BOCATOMAS

Una bocatoma, toma o captacin, es una estructura hidrulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, ro, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin especfico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generar energa mediante su utilizacin en una central hidroelctrica, enfriamiento de instalaciones industriales, etc. Generalmente la obra bsica para un aprovechamiento hdrico.Las bocatomas suelen caracterizarse por el Caudal de Captacin, el que se define como el gasto mximo que una obra de toma puede admitir.

Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para el xito de un proyecto. Si por una razn u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significara la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidrulico.

Tipos de Bocatomas

En lo referente a los tipos de bocatomas, podemos clasificar en 4, a saber:

a. Bocatomas directas

Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo general es un brazo fijo del ro que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar. Son posibles de disear en cursos de agua de fuerte pendiente; su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud, que por lo general constituye una de las partes de mayor costo. Sin embargo; 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. Tiene desventaja de ser obstruida fcilmente en poca de crecidas, adems permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivacin.

b. Bocatomas con barrajesSon las ms empleadas ya que aseguran una alimentacin ms 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.BARRAJESEs 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 ms reforzadas .

BOCATOMAS DE BARRAJE FIJOLas bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa slida, 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 solidos 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 MOVILSe llama as aquella toma que para crear la carga hidrulica se vale de un barraje mvil. Son tomas que por la variacin de niveles en forma muy marcada entre la poca de estiaje y avenida, necesitan disponer de un barraje relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua adecuado.A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a travs de ellos se les conoce como barraje mvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.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 solidos 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 O CONVENCIONALSe trata de una toma que realiza la captacin mediante el cierre del ro con una estructura llamada azud o presa de derivacin, el cual puede ser fija o mvil dependiendo del tipo del material usado. Ser fija cuando se utiliza un elemento rgido, por lo general concreto, y ser mvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera.Tienen una parte de la presa integrada por una estructura slida (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.La captacin en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el ro.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 la costa peruana, 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.

c. Bocatoma Tirolesa o Caucasiana

Son tomas cuyas estructuras de captacin se encuentran dentro de la seccin del azud, en un espacio dejado en l, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ros donde el arrastre de sedimentos es intenso, ya que podran causar rpida obstruccin de las rejillas.Conviene comentar que la gran mayora de ros del Per son muy jvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en pocas de crecidas, por lo que la construccin de estas tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan.

Para concluir el tipo de bocatoma ms recomendable para realizar la captacin de un caudal determinado previamente, depende de la altura del vertedero, de las condiciones de la cimentacin, del flujo en el ro, remanso aguas arriba, de la disponibilidad de los materiales de construccin y del monto del dinero asignado para la ejecucin de la obra.

Partes de una Bocatoma

Ventanas de captacin con compuertas Canal de Limpia para evacuar sedimentos. Barraje que puede ser fijo, mvil o mixto. Trampas para material de fondo y rejillas para material flotante. Disipadores de Energa en los cambios de rgimen. Aliviaderos de Demasas para evacuar los excedentes en la captacin. Muros de encauzamiento o muros de proteccin de la estructura. Desrripiador y canal de purga. Enrocado para evitar la erosin aguas abajo. Compuertas para operacin de purga y captacin.

Construccin de Bocatomas

Tradicionalmente las bocatomas se construan, y en muchos sitios se construyen aun, amontonando tierra y piedra en el cauce de un ro, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivacin. Normalmente estas rudimentarias construcciones deban ser reconstruidas ao a ao, pues las avenidas las destruan sistemticamente.Las bocatomas construidas tcnicamente constan en general de las siguientes partes: Compuerta de control y cierre de la compuerta; Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la informacin al centro de operacin, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta;Si se encuentran en ros y arroyos, generalmente constan tambin de: Un vertedero para fijar la seccin del curso de agua, tanto planimtricamente, como en cota, evitando de esta forma la migracin del curso de agua en ese punto y su socavacin, lo que podra dejar la bocatoma inoperante. Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarenamiento de la aproximacin a la bocatoma. Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte slido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.Realizando una visin a travs del tiempo, desde un punto de vista tcnico, podemos establecer tres etapas del desarrollo de la construccin de bocatomas.

a. Empleo de madera y piedrasAnte las limitaciones de las tcnicas de uso del concreto, manufactura del acero o generacin de energa, se usaron la madera y piedras (caballos) como elementos principales para la construccin de las bocatomas. Es conocido que las bocatomas construidas de este modo son arrastradas y destruidas durante la poca de avenidas a pesar de que se construyen tratando de darle la menor resistencia al efecto erosivo del ri. (ver fig.1)

b. Empleo del acero y el concretoEsta etapa se caracteriza con la aparicin de nuevas tcnicas de fabricacin del concreto y el acero, as como la introduccin de la energa elctrica para la operacin y construccin, haciendo posible la edificacin de vertederos rgidos con mayor resistencia. Sin embargo, esto genera problemas de roturas en los diques laterales, debido al impacto directo de las aguas hacia ellos, tal como se indica en la fig.2. Para prevenir este problema se recomienda construir el vertedero en el ngulo recto con respecto a la direccin del flujo, siendo la mayor parte del cauce del ro cubierto por el vertedero o barraje. (fig.3)

c. Empleo de maquinaria pesadaLa etapa ms reciente se caracteriza con la aparicin de potentes maquinarias para la construccin civil (retroexcavadoras, bulldozers, etc.) y el empleo de nuevas tcnicas en ingeniera civil y en la comunicacin, los que han permitido la construccin de cimentaciones que pueden alojar compuertas de grandes luces que son accionadas por equipos con sistemas elctricos o hidrulicos, recomendndose siempre la necesidad de contar con un equipo auxiliar independiente para casos de emergencia.Actualmente existen grandes luces de vertederos mviles que son controlados con censores a control remoto que permiten un manejo ms apropiado del caudal del ro que discurre a travs de la bocatoma. (fig. 4)

Diseo de bocatomas

Antes de iniciar el diseo de una bocatoma, se debe examinar los siguientes aspectos: UbicacinEs de suma importancia la ubicacin de la bocatoma en el cauce del ri, para la que se recomienda que el sitio elegido rena por lo menos las siguientes condiciones:a. La direccin a ruta del flujo de agua debe ser lo ms estabilizada o definida.b. La captacin del agua a ser derivada debe ser posible an en tiempo de estiaje.c. La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivacin debe ser limitado en el mximo posible. Un punto recomendable para cumplir las condiciones anteriores, se encuentra ubicado inmediatamente aguas abajo del centro de la parte cncava en los tramos curvos del ro (fig. 5)

Lgicamente, este punto estar condicionado a cumplir las condiciones topogrficas (cota de captacin), condiciones geolgicas y geotcnicas, condiciones sobre facilidades constructivas (disponibilidad de materiales), evitar posibles inundaciones a daos a construcciones vecinas, etc.Existe posibilidad de efectuar con una bocatoma con dos captaciones, o sea que se va a regar utilizando una misma estructura las dos mrgenes, en este caso se recomienda la ubicacin del barraje estar en un tramo recta del ro. Condiciones Geolgicas y GeotcnicasEs importante conocer las condiciones geomorfolgicas, geolgicas y geotcnicas, ya que su conocimiento permitir dimensionar en mayor seguridad la estructura; por lo que se recomienda la obtencin de los siguientes datos como resultado de los estudios geolgicos geotcnicos:a. Curva de graduacin del material conformarte del lecho del rob. Seccin transversal que muestre la geologa de la zona de ubicacin de la bocatoma.c. Coeficiente de permeabilidad.d. Capacidad portantee. Resultados sobre ensayos de hincado de pilotes o tabla, estacasf. Cantidad de sedimento que transporta el ro.

Informacin HidrolgicaEs de suma importancia conocer el comportamiento hidrolgico del ro, ya que esto permitir garantizar el caudal a derivar y as como definir el dimensionamiento de los elementos conformantes de la bocatoma. Entre los datos a obtener son:a. Caudal del diseo para una avenida mxima.b. Caudales medios y mnimos.c. Curva de caudal versus tirante en la zona del barraje.Es lgico suponer que, para el proyecto de riego de la zona que va a servir la bocatoma, se ha ejecutado un estudio hidrolgico detallado de las posibles fuentes de agua, por lo que se da por descontado que existe un estudio hidrolgico sumamente detallado, y que para nuestro caso, slo se usaran los datos anteriormente recomendados.

CONDICIONES DE DISEO

Con respecto a su Funcionamiento:

Tener derivacin permanente del caudal de diseo. Proveer un sistema para dejar pasar las avenidas, que acarrean material slido y flotante. Captar el mnimo de slidos y disponer de medios apropiados para su evacuacin. Estar ubicado en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista constructivo. Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar sedimentaciones.

Con respecto al Material Slido

Evitar su ingreso. Decantacin y eliminacin luego de su ingreso.

DISENO HIDRAULICOEs conveniente, antes de comenzar a detallar los criterios ms difundidos sobre diseo de bocatomas, precisar sobre la necesidad, tipos y partes que componen la bocatoma.Es comn que los terrenos potencialmente a ser irrigados en un valle, se encuentran a considerable distancia del cauce del ro de donde se pretende obtener el agua, o en algunos casos se trate de terrenos de cota relativamente alta con respecto al nivel del agua en el ro. En consecuencia es necesario remontar el ro con la finalidad de encontrar un lugar apropiado topogrficamente que permita el riego de dichos terrenos, situacin no siempre fcil de encontrar, ya que podra ser que topogrficamente sea factible, pero que geolgicamente o de facilidad constructiva no sea lo apropiado; por lo que a veces es necesario formar la carga hidrulica mediante la construccin de una presa de derivacin que permita elevar el nivel de Ia superficie del agua en el ro a fin de que sea posible captar parte del caudal del ro en forma oportuna y eficiente. (ver figura 6)