bocatomas 2008
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Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
INFORMACION BASICA PARA EVALUACION O DISEÑODE UNA ESTRUCTURA DE CAPTACION O BOCATOMA .
Área de Ingeniería Sanitaria y Ambientalg yFacultad de Ingeniería
Docentes : Ing M Sc Camilo Hernán Cruz VDocentes : Ing. M.Sc. Camilo Hernán Cruz V.
CALI, SEPTIEMBRE DE 2008
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
INFORMACION BASICA PARA EVALUACION O DISEÑODE UNA ESTRUCTURA DE CAPTACION O BOCATOMA .
Área de Ingeniería Sanitaria y Ambientalg yFacultad de Ingeniería
Docentes : Ing. M.Sc. Camilo Hernán Cruz V.
CALI, SEPTIEMBRE DE 2008
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Análisis o diseño de una Captación
Captación o Bocatoma
Análisis o diseño de una Captación
Información básica1. Requerimientos de Caudal2. Parámetros de diseño 3. Fuentes de Abastecimiento, características caudal y
calidad de agua.4. Selección de tipo de captación5. Localización. Topografía del sitio.6. Condiciones de operación.
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Bocatoma o Captación y función
Captación o Bocatoma
Bocatoma o Captación y función
. Se conoce con el nombre de bocatoma o captación a pla estructura que se coloca directamente sobre la fuente superficial que se ha seleccionado para surtir la red de acueducto.
Las obras de captación son estructuras colocadas directamente sobre las fuentes superficiales ó subterráneas, escogidas para abastecer sistemas de ac ed cto de generación de energía ó de riegoacueducto, de generación de energía ó de riego.
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Parámetros de DiseñoCaptación o Bocatoma
Capacidad y Período de diseño según el Nivel de Complejidad (RAS,2000)
Nivel de Complejidad del
Si t
Capacidad en QMD
Período de diseño
SistemaBajo 1+ (*) 15 años Medio 1+ (*) 20 añosMedio 1+ ( ) 20 añosMedio alto 2 25 años Alto 2,5 30 años
(*) pérdidas en aducción y planta de tratamiento
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Fuentes superficiales.Captación o Bocatoma
cuerpos de agua continuos (ríos,quebradas)depósitos de agua:depós tos de agua
Naturales: Lagos.Artificiales: embalsesArtificiales: embalses.
Fuentes subterráneasManantiales: afloramientos superficiales.Pozos superficiales ó artesianos (manuales)Pozos superficiales ó artesianos (manuales)Pozos perforados, hincados, profundos.
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Tipos de Captaciones
Captación o Bocatoma
p pDiferentes tipos dependiendo del problema particular, cada una con características de diseño especificas.cada una con características de diseño especificas.
Se pueden clasificar en: • Sumergidas o de FondoSumergidas o de Fondo• Laterales • De TorreDe Torre• Flotantes• Pozos ProfundosPozos Profundos • Galerías Filtrantes
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
Captaciones
De
Torre Toma
En LagosEn Lagos
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Localización en Ríos.• Cumplir conceptos MIRH Manejo Integral RH
Captación o Bocatoma
• Cumplir conceptos MIRH Manejo Integral RH.• Adecuada cabeza hidráulica para el sistema
(preferiblemente abasto por gravedad)(preferiblemente abasto por gravedad).• Ubicar la bocatoma lo más cerca posible de la
estructura de aprovechamiento.estructura de aprovechamiento.• Identificar un sitio para construir el (los)
desarenador (es), próximo a Bocatoma.( ), p• Prever un trazado viable del recorrido de la aducción.
Ubicar captación en zonas de cauce estable y resistente a la erosión.
• Ubicar la Bocatoma en un tramo recto del cauce.
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Localización en Ríos
Captación o Bocatoma
Localización en Ríos.• En caso de ubicarse en una curva, en una orilla
externa y en el tramo final de la curvaexterna y en el tramo final de la curva. • Debe protegerse la estructura.• Prever la entrada de sedimentos para proyectar la• Prever la entrada de sedimentos, para proyectar la
remoción y protección estructura.• Conocer y calcular niveles de crecientes para prever• Conocer y calcular niveles de crecientes, para prever
las condiciones hidráulicas en avenidas
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Localización en Lagos.
Captación o Bocatoma
• Las condiciones de la calidad del agua cambian con la profundidad y los niveles variables.
• Se diseñan bocatomas a varias profundidades• Para presas en tierra, esta se ubicará en una torre
aislada de la presa.• Para presas en concreto se ubica en el cuerpo de la
presa.• Cada bocatoma debe equiparse con compuerta ó
válvula Para cabezas mayores de 25 mca seválvula. Para cabezas mayores de 25 mca, se requieren compuertas de alta presión.
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Localización en Lagos.
Captación o Bocatoma
g• La velocidad de paso en la captación, debe ser baja
para impedir arrastre de sedimentos.p p• Deben estudiarse las corrientes superficiales y
subterráneas• Se debe conocer niveles máximos, mínimos y
medios.• Si existe navegación, sumergir la captación, hasta un
máximo de 3 m del fondo para evitar captar sedimentossedimentos.
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Localización en Lagos.
Captación o Bocatoma
oca ac ó e agos• En ocasiones puede servir para regular el agua
almacenada (presa reguladora) ó para distrito riego.(p g ) p g• Prever si se pretende vaciar parcial ó totalmente el
embalse. • Conocer el nivel de operación del embalse, para
ubicar bocatoma, debajo de éste.
• OTRAS QUE INDIQUE LA EXPERIENCIA, EL ÚSENTIDO COMÚN Y EL BUEN JUICIO
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Criterios de selección de Bocatomas Captación o Bocatoma
TIPO DETIPO DE
Captación mediante Gravedad
Captación mediante Bombeo
Bocatoma Lateral
Río de Caudal medio o grande
VARIANTETIPO DE
CAPTACIONTIPO DE FUENTE
Captación mediante Gravedad
Captación mediante Bombeo
Bocatoma Lateral
Río de Caudal medio o grande
VARIANTETIPO DE
CAPTACIONTIPO DE FUENTE
Sobre el lecho del ríoQuebradas y Ríos bajoCaptación de Fondo
Captación LateralEstabilización del cauce
del río y muro transversal
Río Q medio o grande de gran anchura
Captación mediante GravedadBocatoma Lateralg
Sobre el lecho del ríoQuebradas y Ríos bajoCaptación de Fondo
Captación LateralEstabilización del cauce
del río y muro transversal
Río Q medio o grande de gran anchura
Captación mediante GravedadBocatoma Lateralg
Canal con tubería perforada
Lecho filtrante y tubería perforadaBocatoma de Lecho filtranteQuebradas bajo caudal
Mediante dique-tomaBocatoma de Fondo
Quebradas y Ríos bajo caudal
Canal con tubería perforada
Lecho filtrante y tubería perforadaBocatoma de Lecho filtranteQuebradas bajo caudal
Mediante dique-tomaBocatoma de Fondo
Quebradas y Ríos bajo caudal
Manguera se mueve sobre guías de rielToma de flotador con
manguera flexible
Captación con Niveles (profundidad) variableTorre - tomaTomas en lagos
Manguera se mueve sobre guías de rielToma de flotador con
manguera flexible
Captación con Niveles (profundidad) variableTorre - tomaTomas en lagos
Excavación manual entre 3.5 y 10 m- Diám. 0.8-1 5 mPozo artesiano
bocatoma se mueve sobre guías de riel inclinadosToma deslizante
bocatoma se mueve sobre guías de riel verticalesToma flotanteRíos y lagos con nivel variable
Excavación manual entre 3.5 y 10 m- Diám. 0.8-1 5 mPozo artesiano
bocatoma se mueve sobre guías de riel inclinadosToma deslizante
bocatoma se mueve sobre guías de riel verticalesToma flotanteRíos y lagos con nivel variable
Hasta 150 m (ideal para abasto)Pozo perforado
Hasta 25 m: tubería enterrada mecánicamente - 2"Pozo hincado
Pozo taladrado -menor D.-Pozo superficial
1.5 m.Pozo artesianoAgua subterránea
(exige captación por bombeo) Hasta 150 m (ideal para abasto)Pozo perforado
Hasta 25 m: tubería enterrada mecánicamente - 2"Pozo hincado
Pozo taladrado -menor D.-Pozo superficial
1.5 m.Pozo artesianoAgua subterránea
(exige captación por bombeo)
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
B O C A T O M A `P R E S A – M U R O SCaptación o Bocatoma
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Rejilla y Vertedero Bocatoma de fondo Captación o Bocatoma
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Bocatoma Lateral en grandes ríos Captación o Bocatoma
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
DERIVACION DESDE QUEBRADA O CANALCaptación o Bocatoma
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
BOCATOMA
LATERAL
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
BOCATOMA
LATERAL
Abasto de AguaCaptación o Bocatoma
Bocatomas de Fondo o Sumergidas
Captación o Bocatoma
Constan de los siguientes elementos:� Rejaj� Canal Recolector� Canal de Descargag� Vertedero� Caja de Recolección y derivacion de excesosj y� Cuerpo de la Bocatoma� Muros de Protección� Muros de Protección
Perfil del Rio en la Bocatoma
Perfil del Rio en la Bocatoma
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
SECCIÓN LONGITUDINAL
CAMARA DEDERIVACION
TERRENOVERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO REJILLA
SECCIÓN LONGITUDINAL
VERTEDERO DE C O MÁXIMO 0,65X0,4 m0,80 m0,70 m 0,30 m
VERTEDERO DE EXCESOS
TUBERIA DEADUCCION
4,60 mCANAL DE
0,80 m 0,80 mCANAL DE DERIVACION TUBERÍA DE
LIMPIEZA DE LA PRESA
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
REJILLA
SECCIÓN TRANSVERSAL
VERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO
REJILLA 0,6X0,3 m
0,40 m
TERRENO
MÁXIMO
1.00
mTUBERIA O CANAL DEDERIVACIÓNDERIVACIÓN CONCRETO
CICLOPEO
1,00 m
TUBERÍA DE LIMPIEZA DE LA PRESA
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
BOCATOMA LATERAL PLANTA DEBOCATOMA LATERAL PLANTA DE PUERTO MALLARINO-CALI
• Capacidad 7.5 m3/s
C d l Mí i d l Ri 150 M3/• Caudal Mínimo del Rio 150 M3/s• Variaciones de Niveles del Rio Hasta 5.0m
Abasto de AguaEstudios PreliminaresEstudios Preliminares
Cálculos en diseño de una Bocatoma de Fondo o Sumergida
• Calculo de dimensiones de la rejilla • Calculo del Canal de recolección • Calculo del vertedero de mínimos• Calculo de altura de muros (caudales máximos)
Calculo de Cámara de excesos• Calculo de Cámara de excesos• Calculo de Vertedero de Excesos • Tuberías de conducción de excesos al río• Tuberías de conducción de excesos al río• Calculo de Perfil hidráulico • Determinación de niveles de terreno y murosy• Realizacion de esquemas (plantas y cortes)
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
BOCATOMA DE FONDO EN CAUDALBOCATOMA DE FONDO EN CAUDAL MAXIMO DEL RIO PLANTA DE
VISTAHERMOSA CALIVISTAHERMOSA -CALI
• Capacidad 70 L/s • Caudal Minimo del Rio 150 L/s
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO-2
Si un vertedero tiene anchura igual a la del canal, el manto no sufre contracciones laterales.La ecuación gral. de calibración v. rectangular: g gQ= 2/3 (2g)1/2 μ L H1/2
Q= caudal (m3/s),L longitud del vertedero (m)L= longitud del vertedero (m),H= carga sobre la cresta del vertederoμ= Coeficiente de descargaμ gPara un v. rectangular, μ =0.60; reemplazando:Q = 1.84 LH 3/2 - V. rectangular cresta delgada.g gQ =2.48 H 2.48 V. Triangular 90° (Barnes)Q = 3 367 LH 3/2; V Trapezoidal (Cipolleti)Q = 3.367 LH ; V. Trapezoidal (Cipolleti)
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
BOCATOMA DE FONDO PLANTA DE LA REFORMA CALILA REFORMA - CALI
• Capacidad 1 0 M3/s• Capacidad 1.0 M3/s• Caudal Mínimo del RIO MELENDEZ 1000 L/s
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO-3
VERTEDERO RECTANGULAR.Efecto de las contracciones laterales:Efecto de las contracciones laterales:L’ = L – 0.1 n H (n núm. contracciones laterales)Velocidad de paso sobre reja.Vr = Q/ ( L’ H ); debe estar entre 0.3 – 3 m/s, para
l ió l hque se cumplan ecuación alcance chorro
3. Diseño de la rejilla y canal de aducción.3. Diseño de la rejilla y canal de aducción.Ancho canal de aducción:Xs= 0 36 Vr 2/3 + 0 60H 4/7Xs= 0.36 Vr + 0.60H .Xi = 0.18 Vr 4/7 + 0.74H 3/4.
B = Xs + 0 10B = Xs + 0.10
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
BOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTOBOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTO VEREDAS DISTRITO 5 PIENDAMO
• Capacidad 15 L/s • Caudal Mínimo del Quebrada 45 L/s
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 4
3. Diseño de la rejilla y canal de aducción.Ancho canal de aducción:Ancho canal de aducción:Xs= alcance fijo superior (m).Xi = alcance fijo inferior (m).Vr = velocidad del río (m/s). .( )H = profundidad lámina agua sobre presa (m)B = ancho del canal de aducción (m)B = ancho del canal de aducción (m)Rejilla (con barrotes paralelos al flujo).Aneta = a B NAneta = área neta rejilla (m2)j ( )
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
BOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTOBOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTO VEREDAS DISTRITO 5 PIENDAMO
• Capacidad 15 L/s • Caudal Mínimo del Quebrada 45 L/s
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 5
R jill ( b t l l l fl j )Rejilla (con barrotes paralelos al flujo).Aneta = a B Na = separación entre barrotes (m)B = área neta rejilla (m2)N = número de orificios entre barrotes.Siendo b el ancho de cada barroteSiendo b el ancho de cada barrote,Atotal = (a + b) B N,Aneta/Atotal = a / (a+b)Aneta/Atotal = a / (a+b) Aneta = a / (a+b) x AtotalAt t l B L d d L l it d T t l jAtotal = B x Lr, donde Lr = longitud Total reja.Aneta = a/ (a+b) x B x Lr
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 6
Caudal a través de la reja:Q = K Aneta Vb.En la cual:En la cual: K = 0.9 para flujo paralelo a la sección,V l id d t b t ( á 0 2 / )Vs= velocidad entre barrotes (máx. 0,2 m/s)4. NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCIÓN.Asumiendo que todo el caudal es captado al inicio del canal, el nivel aguas arriba será:gho= [2 he2 +(he-iLr/3)2 ] 1/2 -2/3 i Lr;
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 7
4. NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCIÓN.ho= [2 he2 +(he-iLr/3)2 ] 1/2 -2/3i Lr; he= ho (para descarga libre en cámara);he= ho (para descarga libre en cámara);hc= [Q2/ gB2 ]1/3
ho= profundidad aguas arriba (m),he= profundidad aguas abajo (m),he profundidad aguas abajo (m),hc = profundidad crítica (m),i= pendiente fondo de canal autolimpiantei= pendiente fondo de canal -autolimpianteg= aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 8
4. NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCIÓN.Altura del canal aguas arribaHo = ho + bl (bl =borde libre)Ho = ho + bl (bl =borde libre)5. CÁMARA DE RECOLECCIÓN.Si la velocidad de llegada a la cámara está entre 0.3 – 3.0 m/s, se aplican ec. alcance de chorro.Xs= 0.36 Vr 2/3 + 0.60H 4/7.Xi 0 18 V 4/7 + 0 74H 3/4Xi = 0.18 Vr 4/7 + 0.74H 3/4.
B = Xs + 0.10
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 9
5. CÁMARA DE RECOLECCIÓN –sigue-.Se deben revisar medidas mínimas para mantenimiento de la cámaramantenimiento de la cámara.Profundidad: cubrir pérdidas entrada y ffricción entre bocatoma y desarenador. Puede asumirse un valor inicial, para elPuede asumirse un valor inicial, para el tanteo. (Aproximadamente 0.6 m)
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 10
6. DESAGUE DEL CANAL DE EXCESOS. Sobre la rejilla bocatoma pasará un caudal mayor que el caudal de diseño.El caudal máximo captado, ocurrirá cuando se presente el máximo caudal en el río.Se puede aproximar como un orificio sumergidoQcaptado= Cd Aneta (2gH) 1/2 ,p ( g )Qcaptado= caudal máximo a través de rejilla (m)Cd = coeficiente de descarga =0.3Cd coeficiente de descarga 0.3Aneta= área neta de la rejilla (m2)H = altura de lámina de agua sobre la rejilla (m)H = altura de lámina de agua sobre la rejilla (m)
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 11
6. DESAGUE DEL CAUDAL DE EXCESOS. El caudal llega a la cámara de recolección, en la g ,cual se coloca vertedero de excesos, sin contracciones.La cota de la cresta del vertedero de excesos, debe coincidir con el nivel de agua requerido para conducir el QMD al desarenador.Q excesos = Qcaptado – Qdiseño.Distancia entre vertedero y pared: aplicar ecuaciones sobre alcance del chorro + b. libreTubería excesos. Debe entregar por encima nivel del río, a gravedad y con cabezal entrega.
DISEÑO BOCATOMA LATERAL
Limpieza Manual 30 a 45 grados con horizontalLimpieza Mecánica 45 a 90 grados con horizontal
Mínima 0 40 m/sVelocidad a través de rejas limpiasMínima 0.40 m/sMáxima 0.75 m/s
REJAS LATERALESEspacio libre
cm
REJAS GRUESAS 4 a 10
REJAS COMUNES 2 a 4
REJAS FINAS 1 a 2
DISEÑO BOCATOMA LATERAL-2
TAMAÑO DE LAS VARILLAS MANUAL MECÁNICAAncho (m) 0 5 2 0 5 1 5Ancho (m) 0.5 2 0.5 1.5Profundidad (m) 2.5 8 2.5 7.5E i i tEspaciamiento entre rejas (m) 2.5 5 1.5 7.5Velocidad de aproximaciòn (m/s) 0.3 1 0.6 1
5. DETERMINACIÓN DE COTAS
Fondo del río en la captación = 101,80
Lámina sobre la presa:
* Diseño = 101 80 + 0 04 = 101 84 Diseño 101,80 0,04 101,84
* Máxima = 101,80 + 0,21 = 102,01
* Promedio = 101,80 + 0,11 = 101,91
Corona de los muros de contención = 101 80 + 0 50 = 102 30 Corona de los muros de contención = 101,80 + 0,50 = 102,30
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
SECCIÓN LONGITUDINAL
CAMARA DEDERIVACION
TERRENOVERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO REJILLA
SECCIÓN LONGITUDINAL
VERTEDERO DE C O MÁXIMO 0,65X0,4 m0,80 m0,70 m 0,30 m
VERTEDERO DE EXCESOS
TUBERIA DEADUCCION
4,60 mCANAL DE
0,80 m 0,80 mCANAL DE DERIVACION TUBERÍA DE
LIMPIEZA DE LA PRESA
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma
REJILLA
SECCIÓN TRANSVERSAL
VERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO
REJILLA 0,6X0,3 m
0,40 m
TERRENO
MÁXIMO
1.00
mTUBERIA O CANAL DEDERIVACIÓNDERIVACIÓN CONCRETO
CICLOPEO
1,00 m
TUBERÍA DE LIMPIEZA DE LA PRESA
Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma