DEFINICIONUn vertedero es un dique o pared que intercepta una
corriente de un lquido con superficie libre, causando una elevacin
del nivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se
emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel
aguas arriba que no exceda un valor lmite, o bien para medir el
caudal circulante por un canal. Como vertedero de medida, el caudal
depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba,
adems de depender de la geometra; por ello, un vertedero resulta un
medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos.
CLASIFICACIN a) Segn la altura de la lamina de fluido aguas
abajo, en vertederos de lmina libre si z< z y vertederos
sumergidos si z > z.
CLASIFICACIN b) Segn la disposicin en planta del vertedero con
relacin a la corriente, en: Vertederos normales, vertederos
inclinados, vertederos quebrados y vertederos curvilneos.
CLASIFICACIN c) segn el espesor de la cresta o pared, en
vertederos de cresta afilada y vertederos de cresta ancha.
Los vertederos de cresta afilada sirven para medir caudales con
gran precisin, mientras que los vertederos de cresta ancha desaguan
un caudal mayor. Los de cresta afilada se emplean para medir
caudales y los de cresta ancha, como parte de una presa o de otra
estructura hidrulica, para el control del nivel.
VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA Dichos vertederos tambin se
clasifican segn la forma de la abertura en: Rectangulares,
trapezoidales, triangulares y parablicos.
VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA A su vez, los vertederos
rectangulares se clasifican en: Vertederos sin contraccin lateral,
si el ancho del vertedero es igual al ancho del canal. Vertederos
con contraccin lateral en caso contrario.
3 / 2 Q 1.84 * ( L 0.1n * H ) H 3 / 2 Q 1.84 * L * H
VERTEDERO TRIANGULAR Este tipo de vertedero se emplea con
frecuencia para medir caudales pequeos (inferiores aprox. a 6 l/s).
En la Figura 7 se muestra un esquema de la geometra de este tipo de
vertedero. El ngulo puede tomar cualquier valor, aunque es muy
frecuente el vertedero con 90 = .
Q 1.4 * H 5 / 2
DEFINICIONLa bocatoma , azud, toma o presa derivadora es la
estructura que se construye sobre el lecho del ro con la finalidad
de atajar cierto caudal de agua, para verter dicho caudal en el
canal de derivacin .
La bocatoma , es la estructura que se construye sobre el lecho
del ro con la finalidad de derivar cierto caudal de agua, para
llevar dicho caudal por el canal de derivacin .
CLASIFICACION DE LAS BOCATOMAS Las podemos clasificar en: A)
BOCATOMAS DIRECTAS: son posibles de disear en cursos de agua de
fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura
costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede
variar y dejar la toma sin agua, igualmente en las pocas de estiaje
al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir
considerablemente el ingreso de agua en la toma.
B) BOCATOMAS CON BARRAJES: son las ms empleadas ya que aseguran
una alimentacin mas regular, conservan un nivel constante en la
captacin que permite dominar una mayor rea regable. Estas tomas
pueden presentar tres variantes: La toma con barraje fijo, la toma
con barraje mvil y la toma con barraje mixto.
BARRAJES DEFINICION
Es una represa construida a travs del ro con el objeto de
levantar el nivel de agua del mismo, su altura debe ser tal que
permita una carga de agua suficiente en la toma, para el ingreso
seguro del agua en esta, considerando las prdidas de carga que se
producen en los muros, rejillas y compuertas de seccin en la
toma.
El barraje puede presentar los casos extremos
siguientes:
Una presa muy larga y poco elevada en tramos anchos del curso
del ro. La solucin es sencilla ya que la presin del agua no es
elevada y permite diseos estables. Una presa corta pero elevada en
tramos profundos del curso del rio. En este caso la presin es menor
por lo cual la presa ser ms cara , ya que demandar estribos y
cimentaciones mas reforzadas .
ELEMENTOS PRINCIPALES DEL BARRAJELos elementos son: La presa
propiamente dicha La poza de tranquilizacin o colchn de disipacin
El enrocamiento
DISEO DEL BARRAJE Para el diseo del barraje se considera esta
estructura como si fuera un vertedero de pared gruesa. El gasto
sobre el barraje esta dado por :
3/ 2 Q g * L *Y cdonde:
3/ 2 Q 2* L* H
L= Longitud del barraje en metros Yc= Tirante critico en
metros
El perfil de la cresta del vertedero se ajusta al perfil que
tendra la vena liquida al caer libremente. Utilizando la formula
:
donde: Hd
x y 2* H1.85
0.85 d
x e y : coordenadas referidas: carga de diseo
a la cresta
BOCATOMAS DE BARRAJE FIJO Las bocatomas de barraje fijo son
aquellas que tienen una presa solida, para levantar el tirante
frente a las compuertas de captacin Esta solucin es posible cuando
el rgimen del rio es uniforme y la capacidad de captacin de la toma
es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es
necesario ninguna regulacin, ya que el exceso de agua pasara encima
de la presa.
Igualmente
es aconsejable este tipo de bocatomas cuando el rio tiene un
transporte de slidos o una capacidad de transporte apreciable. Con
el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la
presa se disean muros de encausamiento y proteccin.
BOCATOMAS DE BARRAJE MOVIL En este tipo de barraje se consigue
la retencin del
caudal y elevacin del tirante mediante el cierre del curso del
rio por un sistema de compuertas sostenidas en un conjunto de
pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contencin. Es
conveniente esta solucin cuando el caudal de la captacin es igual o
mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de
flujo no es alta debido a la pequea pendiente del curso del rio .
Como consecuencia el transporte de slidos es pequeo y no afecta
mayormente al sistema de compuertas.
En la poca de avenidas la toma trabaja con las compuertas
abiertas o parcialmente cerradas , de ninguna manera el barraje
mvil debe ser un obstculo para el paso del agua; ya que la
obstruccin podra causar remansamientos desfavorables y en otros
casos desbordamientos,
por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas
debe calcularse para las mximas descargas .
BOCATOMAS DE BARRAJE MIXTO Tienen una parte de la presa
integrada por una estructura solida (Barraje fijo) y una parte
integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje mvil). La
parte mvil tiene en ciertos casos muros guas o separadores del
barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo
canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para
eliminar las gravas llamado tambin desempedradores.
El desempedrador tiene una fuerte pendiente y al
extremo del mismo se instalan compuertas para la eliminacin de
los materiales gruesos. Este tipo de bocatoma se adapta mejor al
rgimen variable de los ros de las quebradas en los valles, ya que
en la poca de estiaje trabajan nicamente con la regulacin que se
efecta con el barraje mvil, mediante el cierre o la apertura de las
compuertas mientras que en la poca de crecidas trabajan con las
compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del
barraje fijo.
TOMAS SUB SUPERFICIALES
Este tipo de captaciones son establecidas en los lugares donde
por lo menos se tiene un mnimo tirante de agua, es decir, debe
fluir por lo menos algo de agua sea esta sub superficialmente
TOMA TIROLESA TITIRI CBBA.
Esta obra est implantada en el ro Titiri, que es un torrente que
baja de la cordillera del mismo nombre, con moderada erosin basal,
con una pendiente del 3% y un ancho de 55 metros. Esta obra fue
construida con el objetivo de ser utilizada en el abastecimiento de
agua potable de la ciudad de Cochabamba. Los taludes de ambos
mrgenes son estables, de baja altura y conformados por morrenas. El
ancho del ro es bastante amplio.
TOMAS SUB SUPERFICIALES
Una caracterstica de este tipo de captaciones son las galeras
filtrantes, que concentran el escurrimiento sub superficial, y
luego son conducidas al exterior por medio de un canal colector
CAPTACIONES SUB SUPERFICIALES
Seccin transversal de una galera filtrante, construida con
bloques de piedra. Seccin en arco de medio punto, con solera
revestida y canal director central.
CAPTACIONES SUBTERRANEAS
Galera filtrante vertical de seccin circular, denominada tambin
pozo poco profundos, que capta aguas para extraccin con roldana.
Construcciones muy comunes en lugares de planicie, con
profundidades no mayores a 20 metros.
GALERIAS FILTRANTES
Introduccin Las galeras son obras de captacin y conduccin de
agua subterrneas hasta un punto determinado, bien sea para su
distribucin o para su consumo.
GALERIAS FILTRANTES El diseo y construccin de galeras requiere
de una cuidadosa planificacin para asegurar su buen funcionamiento.
De los estudios iniciales para la obtencin de los datos de diseo,
dependern las actividades que deban implementarse para la
construccin y funcionamiento de una galera.
2. Trabajos preliminares 2.1 Informacin bsica Para disear una
galera filtrante se necesita la siguiente informacin:
GALERIAS FILTRANTES a) Plano cartogrfico de la zona.
b) Plano geolgico y perfiles transversales.c) Perfil
estratigrfico.
d) Mapa de niveles de las aguas subterrneas y su variacin en el
ao hidrolgico.e) Parmetros hidrogeolgicos determinados por ensayos
de bombeo. f) Anlisis fsico-qumico y bacteriolgico del agua.
GALERIAS FILTRANTES 2.2 Reconocimiento de campo El
reconocimiento de campo es imprescindible porque permite apreciar
el relieve, el afloramiento de rocas, la proximidad de posibles
focos de contaminacin, etc. 2.3 Trabajos complementarios De no ser
suficiente la informacin disponible, ser necesaria a ejecucin de
trabajos complementarios como perforaciones exploratorias, trabajos
de topografa, ensayos de bombeo de pozos y anlisis fsicoqumico y
bacteriolgico de muestras de agua, entre otros.
GALERIAS FILTRANTES 2.4 Ubicacin
Frecuentemente, la ubicacin es perpendicular al flujo de las
aguas subterrneas, pero si existe una recarga constante de un ro,
podr ser paralela a ste. La profundidad ser definida en funcin de
la variacin del nivel de las aguas subterrneas, de manera que
garantice su funcionamiento durante todo el ao y bajo las
condiciones de sequa ms severas.
GALERIAS FILTRANTES3. Diseo
Considerando que el proyectista de pequeas obras de
abastecimiento de agua tiene que disear la galera de filtracin de
acuerdo con su experiencia y, por lo general, sin un detallado
estudio hidrogeolgico, resulta prctico efectuar clculos por medio
de diferentes mtodos y variar los parmetros dentro de un rango
razonable de magnitud, para luego seleccionar los resultados mas
probables. Aunque el procedimiento no parece confiable, en muchos
casos proporciona buenos resultados en el diseo de pequeos sistemas
de abastecimiento de agua. Emplear diferentes modelos en el diseo
de la galera filtrante, permite al proyectista identificar los
parmetros o factores de mayor influencia y por lo tanto, ayuda a
definir las pruebas de campo que se deben realizar.
GALERIAS FILTRANTES3.1 Colector En el diseo del colector se
deben considerar los siguientes aspectos: a) Seccin con capacidad
suficiente para el caudal de diseo. b) Mnimas prdidas por friccin.
c) rea de las aberturas del dren que faciliten el flujo hacia el
conducto. 3.1.1 Dimetro
El dimetro mnimo es el que garantice el escurrimiento del caudal
de diseo con un tirante no mayor al 50%,y no ser menor de 200 mm.
para facilitar la limpieza y mantenimiento de los drenes. En las
galeras largas, es posible usar distintos dimetros y hay que tener
en cuenta que los tramos iniciales no necesitan una alta capacidad
de conduccin, (ver figura ).
GALERIAS FILTRANTES3.1.2 Tipo de material Por lo general, se
usan tuberas comerciales, como las de cloruro de polivinilo (PVC),
asbesto cemento, hierro fundido y hormign simple o armado. Si se
evalan los materiales, se encuentra que la tubera plstica de PVC
presenta grandes ventajas: es barata, liviana, induce pocas prdidas
por friccin, es fcil de transportar, instalar y perforar, no se
corroe y tiene una larga vida til. El hierro fundido tiene alta
resistencia a las cargas, gran durabilidad y permite un alto
porcentaje de rea abierta. Sin embargo su costo es alto y es
propenso a las incrustaciones, las que disminuyen su capacidad
hidrulica. Las tuberas de hormign son pesadas y frgiles, lo que
complica su manejo, perforacin e instalacin. No obstante, pueden
instalarse en pequeos tramos con las juntas abiertas.
GALERIAS FILTRANTES3.1.3 Velocidad Para evitar la acumulacin del
material fino que pueda entrar al conducto, la tubera del dren debe
tener una pendiente adecuada que facilite su autolimpieza.
Normalmente, la velocidad de escurrimiento del agua en el dren debe
ser mayor a 0,60 m/s. De esta manera, el material fino podr ser
arrastrado hasta la cmara colectora donde se depositar para su
eliminacin. La velocidad de autolimpieza se logra con pendientes
que varan de 0,001 m/m a 0,005 m/m. No se recomienda pendientes
altas para evitar una profundidad excesiva en casos de galeras de
gran longitud.
GALERIAS FILTRANTES3.1.4 rea abierta En el diseo del rea
perimetral abierta de los conductos, se debe tomar en consideracin
dos aspectos: a) Prdida de la resistencia estructural de la tubera;
b) Velocidad de ingreso El valor de la mxima velocidad de entrada
permisible para evitar el arrastre de partculas finas, varan desde
2,5 cm/s hasta 10 cm/s con un valor recomendado de 3 cm/s y para un
coeficiente de contraccin de entrada por orificio de 0,55. En todo
caso, es recomendable disponer de la mayor cantidad de rea abierta
para tener bajas velocidades de entrada. El rea abierta por unidad
de longitud del conducto estar dada por la siguiente expresin:
GALERIAS FILTRANTES
Donde: A = rea abierta por unidad de longitud del conducto (m2 )
Q = Caudal de diseo por unidad de longitud (m3 /s) Ve = Velocidad
de entrada (m/s) Cc = Coeficiente de contraccin
GALERIAS FILTRANTES3.1.5 Forma, tamao y distribucin de las
aberturas. El tipo de abertura que se practica en las tuberas son
las perforaciones y las ranuras, las que pueden ser realizadas con
taladros o discos. Las dimensiones de las perforaciones dependen de
las caractersticas del conducto. Segn la publicacin The Desing of
Small Dams, del Bureau of Reclamation, la relacin que debe existir
entre la mayor dimensin de la abertura y el tamao de los granos del
filtro est dada por la siguiente expresin:
GALERIAS FILTRANTES
GALERIAS FILTRANTES A su vez, la relacin de dimetros entre el
forro filtrante y el material granular del acufero debe ser igual o
menor a cinco.
La distribucin de las aberturas se hace de forma tal que no
reduzca sustancialmente la resistencia a las cargas externas del
conducto original. Se recomienda que tanto las perforaciones como
las ranuras se distribuyan uniformemente en el rea perimetral, tal
como se muestran en la figura anterior.
GALERIAS FILTRANTES El mximo porcentaje de rea perimetral
abierta depende del tipo de material del conducto, de modo que a
mayor resistencia del material, mayor rea abierta permisible. En
pruebas realizadas en laboratorio con tuberas de PVC de 200 mm de
dimetro, la resistencia a la carga externa aplicada con platos
paralelos, disminuy 20% con un rea abierta del 3,2%. Normalmente,
un rea abierta de alrededor del 3,0% permite velocidades de entrada
por debajo de los valores mximos recomendados. Como los conductos
solamente soportan cargas de relleno, es poco probable que colapsen
debido a la prdida de resistencia causada por las
perforaciones.
3.2 Forro filtrante
GALERIAS FILTRANTES
Su funcin principal es impedir que el material fino del acufero
llegue al interior del conducto sin que sea afectada la velocidad
de filtracin, el forro filtrante debe ser mucho ms permeable que el
acufero. El forro filtrante se asemeja a la capa de soporte de los
filtros de arena, y se deben seguir las recomendaciones que se
sintetizan en el cuadro siguiente:
GALERIAS FILTRANTES Actualmente, se dispone de geotextiles de
material sinttico resistente al agua, que pueden ser empleados de
manera exitosa en la conformacin del forro filtrante .
GALERIAS FILTRANTES Una vez concluido el acomodo de todas las
capas filtrantes, se cierra conformando el empaque de grava. Encima
del empaque se coloca el material de excavacin hasta
aproximadamente unos 0.30 m por debajo de la superficie natural del
terreno (ver figura).
GALERIAS FILTRANTES 3.3 Sello impermeable En las galeras
ubicadas en las mrgenes de los ros o lagos y en los acuferos con
escurrimiento propio, es recomendable sellar la parte superior del
relleno de la galera. Se sella con material impermeable para evitar
que el agua estancada filtre hacia la galera y contamine el agua
captada. Adicionalmente, la funcin del sello impermeable es
aumentar la longitud del recorrido del agua superficial a travs de
la masa de suelos, y as mejorar su calidad fsica y
bacteriolgica.
GALERIAS FILTRANTESEl sello impermeable puede estar formado por
una capa de arcilla de unos 30 centmetros de espesor. Este sello se
puede complementar si se coloca en la parte inferior papel
impermeable o geomembrana. Para evitar que el agua superficial se
estanque, se recomienda que la capa impermeable quede un poco ms
alta que el terreno circundante y con una pendiente que facilite el
drenaje del agua superficial fuera del rea donde se ubica el
dren.