OBRAS DE TOMAS DE DESCARGAS EN PRESAS DE EMBALSESINTRODUCCINEl agua del embalse de una presa se libera a travs de dos tipos principales de estructuras: los vertederos y las obras de tomaLas obras de tomas sirven para varios propsitos, tales como la regulacin de caudal y calidad del agua, la liberacin de agua de la inundacin, la generacin de energa, la evacuacin de emergencia, y proporcionar riego y agua industrial.

OBJETIVOEl objetivo principal de una obra de toma es permitir la liberacin controlada del agua almacenada en la presa en la cantidad y momento que se requiera.

OBRAS DE TOMAS EN PRESAS DE ALMACENAMIENTOLas tomas de descargas son llamadas as porque ellas liberan agua fuera del reservorio. En ocasiones, las tomas de descarga pueden ser colocadas en un nivel lo suficientemente alto para suministrar agua a un canal, mientras una derivacin se prolonga hasta el ro para proporcionar caudales necesarios debajo de la presa, Dichos flujos derivados pueden ser requeridos para satisfacer usos anteriores utilizadas aguas abajo o para mantener un caudal ecolgico para la preservacin de la vida acutica, o para otros propsitos. Las presas son construidas principalmente para almacenar agua y tambin para recreacin o para la cra de peces y conservar la vida silvestre requiere un nivel de embalse bastante constante. Para este tipo de presas una toma de descarga puede ser necesarias solo para liberar los caudales mnimos necesarios para mantener el caudal ecolgico por debajo de la presa.

FUNCIONES DE LAS TOMAS DE DESCARGA EN PRESAS DE EMBALSE

a. Control de inundaciones. Una obra de toma para proyectos de control de inundaciones generalmente requiere diseos que tienen grandes capacidades de flujo y menos capacidad de regulacin.b. Irrigacin. Puertas y vlvulas para irrigacin exige una estrecha regulacin y rangos de descarga menores que los controles de obras de toma de descarga que las de control de inundaciones.c. Abastecimiento de agua. Entradas de abastecimiento de agua municipales son generalmente una funcin de proyecto secundario. La fiabilidad y la calidad del agua tienen suma importancia en el diseo.d. Energa. Compuertas de poder dentro de las estructuras de admisin deben estar situados de forma que no se produzca ninguna condicin de flujo de entrada indeseable tales como remolinos que podran poner en peligro el funcionamiento de la turbina.

ELEMENTOS DE LAS OBRAS DE TOMA Estructura de entrada: Este tipo de estructura puede tratarse de desarenadores, rejillas (para evitar daos obstruccin y escombros a la salida puertas de control y turbinas), orificios entre otros.

Obras de conduccin: Las obras de conduccin son las estructuras que transportan el agua hasta el nivel aguas debajo de la obra de toma. Se pueden clasificar en: Canales abiertos Conductos enterrados Tneles: Por sus ventajas inherentes, en un tnel una toma de descarga no est en contacto directo con el terrapln de presa y, por lo tanto, proporciona un diseo mucho ms seguro y ms durable que se puede conseguir con un conducto de corte y portada. Corte y cubierta de conductos: Si un conducto cerrado debe proporcionarse y cimentarse sus condiciones no conviene para un tnel, o si el tamao requerido de la va fluvial es demasiado pequeo para justificar el tamao mnimo del tnel, una corte y cubierta de conductos debe ser utilizado. Debido a que este tipo de conducto pasa a travs o por debajo de la presa, se deben utilizar diseos conservadores y seguros. Mecanismo de regulacin y de emergencia: La seleccin del dispositivo toma de descarga debe estar basada en el uso de compuertas y vlvulas disponibles comercialmente o diseos relativamente simples puerta donde sea posible. La utilizacin de dispositivos especiales que implican diseo y fabricacin costosos costos debe ser evitado. La compuerta de control para una toma de descarga puede ser colocada en el extremo de aguas arriba del conducto, en un punto intermedio a lo largo de su longitud, o en el extremo inferior de la estructura. La porcin del conducto aguas arriba de la compuerta se encuentra bajo presin; se coloca una puerta de control o la vlvula en el extremo inferior de la estructura, la presin total interna debe ser considerada en el diseo del conducto.

Dispositivos para la disipacin de energa: La descarga para una salida surgir a una velocidad alta, por lo general en una direccin casi horizontal. Si existe lecho de roca resistente a la erosin a poca profundidad, el flujo se puede descargar directamente en el ro. De lo contrario, debe ser dirigida lejos de la punta de la presa por un deflector. Cuando se requiere ms de disipacin de energa para conductos de flujo libre, se pueden utilizar las estructuras terminales descritos para aliviaderos.

OBRAS DE TOMA A TRAVES DE PRESAS DE CONCRETOEn el caso de presas de concreto, la estructura de entrada de irrigacin puede ser localizada en el pie cuando la cabeza de funcionamiento es baja o en el cuerpo de la presa misma cuando la cabeza de funcionamiento es medio o alto. Como se muestra en la siguiente figura

Cuando se construye una obra de toma en una presa de gravedad, comnmente se colocan atravesando la seccin de concreto, a lo largo de lneas horizontales o con pendiente hacia aguas abajo, con el objeto de que el gradiente de energa en ningn momento intercepte el eje del conducto.Los conductos a travs del cuerpo de una cortina de concreto, normalmente son de seccin circular, es posible que se requiera en algunos casos seccin rectangular para la instalacin de ciertos tipos de vlvula o compuertas, por lo que si esto es necesario, se deber proveer la construccin de transiciones.

Diseo Geomtrico de tomas en presas de concretoEn las presas de gravedad, las instalaciones tpicas de las obras de toma se encuentra alojada en el cuerpo de la cortina la cual consiste en:Un canal de llamada, que conecta el agua almacenada de la presa hacia la estructura de entrada, su construccin depende de la elevacin del umbral de la obra de toma. En el parmetro aguas arriba de la cortina se localiza la estructura de soporte de las rejillas de proteccin en cuyo interior se alojan las compuertas deslizantes, las cuales son operadas desde la corona de la cortina; los conductos generalmente trabajan a presin, se inician en esta estructura cruzando el cuerpo de la cortina; al final de los conductos se encuentra la estructura disipadora de energa o concentradora e incluso puede iniciar la conduccin.

OBRAS DE TOMA A TRAVES DE PRESAS DE TIERRA O DE TIERRA Y ENROCAMIENTOCuando el reservorio est formado por una presa de tierra, el tnel de riego se coloca por debajo de ella o en el pilar. La estructura de toma para tales situaciones ser una toma o torre de tipo inclinado de la ingesta. Diseos tpicos para inclinadas y de torre tomas de tipo se muestran en las siguientes figuras respectivamente.

Las obras de toma con conducto de concreto en cortinas de tierra o tierra-enrocamiento se deben proyectar y construir en la superficie de desplante, en roca firme, o en trinchera excavadas en terreno firme. Toda la obra de toma deber estar cimentada por debajo de la superficie de desplante de la presa y no en rellenos donde pueda ser daada por asentamiento diferencial del terreno.En cortinas altas es conveniente que los conductos de la toma queden cimentados en roca firme; en estas, es frecuente que las compuertas o vlvulas de emergencia queden localizadas en cmaras o tiros verticales que coincidan con el eje de la cortina, para eliminar la necesidad de construir torres de toma demasiado altas al pie del talud de aguas arriba as como puentes de acceso al cuarto de control.Las vlvulas o compuertas de regulacin se instalan en el extremo de aguas debajo de las de emergencias, existiendo la posibilidad de incluir dispositivos disipadores de energa en la descarga. La forma de la seccin de los conductos mayormente utilizados son la circular y la de herradura. En lo relativo a cortinas bajas, las cimentaciones de la toma se aceptan en terrenos suaves, despus de las investigaciones de su resistencia. Por lo que respecta a presas de materiales graduados, es posible que la construccin de la obra de toma en forma de tnel quede alojada en el cuerpo de la cortina o en la ladera. Las partes principales de una toma en presa de materiales graduados son como se muestran en la figuran las figuras:

El canal de acceso, con su plantilla a la elevacin del umbral de la toma, la torre de entrada, en la cual se alojan las rejillas, las compuertas de operacin y de servicio, provistas de sus mecanismos elevadores.Las obras de toma mediante tneles en las laderas del embalse, suelen ser las ms convenientes en cortinas de tierra, tierra-enrocamiento y arcos delgados, cuando el caudal de descarga es considerable, sin embargo, se pueden combinar con cualquier tipo de presa cuando las laderas estn conformadas por roca sana. La utilizacin de la obra de desvo (aprovechamiento de los tneles) para el diseo de la toma permite obtener diseos de bajo costo. En las figuras de abajo, se observa: El tnel de la toma, cimentado en laderas firmes. La caseta y puntos de operacin de compuertas y vlvulas. Las compuertas de emergencia y de regulacin o servicio. Las vlvulas de emergencia y de regulacin o servicio.

Diseo GeomtricoEl conducto puede estar formado por uno o varios cuerpos, de seccin transversal rectangular, circular o herradura.La transicin de salida, para unir en forma gradual la seccin del conducto con el inicio de la descarga. La forma geomtrica depende del caso particular de que se trate.La estructura disipadora de energa, la cual tiene como objeto disminuir la energa, que lleva el agua al salir del conducto.El canal de salida, por el que se conduce el agua hasta su aprovechamiento. El puente de acceso, el cual es imprescindible para la comunicacin entre la corona de la torre de entrada y para operar los mecanismos elevadores de las compuertas.En las obras de toma alejadas en el cuerpo de la cortina se tiene mayor seguridad en su construccin que las excavadas en la ladera. En la figura abajo indicada, se presenta un ejemplo de este tipo de obras de toma. En la primera figura se presenta la obra de toma formada por una estructura de rejillas donde se inicia la conduccin a travs del cuerpo de la cortina, la conduccin por medio de una tubera de acero que trabaja a presin, encamisada de concreto y provista de dentellones para reducir el paso de las filtraciones. Aguas abajo, al final de la tubera, se cuenta con una vlvula de emergencia y una vlvula de operacin que descarga a una caja concentradora a partir de la cual inicia la conduccin. Otro ejemplo de una obra de toma en ladera y para un gasto mayor al del caso anterior se tiene en la figura siguiente. En este tipo de obras de tomas, el conducto trabaja como un canal, es decir, se tiene la circulacin libre y el conducto queda alojado en una zanja, la cual, una vez construido el conducto, se rellena con el mismo material impermeable usado en la cortina, compactado en forma especial para evitar tubificaciones en el contacto con el tubo.

Como un uso adicional a dichos tneles se construye en alguno de ellos la obra de toma que consiste en una torre que recibe a las rejillas de proteccin, donde inicia la conduccin en un tnel que trabaja a presin. En el sitio donde el eje de la cortina corta al eje de la conduccin se cambia de un conducto que trabaje a superficie libre y el control del gasto se tiene a travs de compuertas deslizantes localizadas en una lumbrera. Al final del conducto cuenta con una estructura amortiguadora e inicia la conduccin

ESTRUCTURA DE ENTRADALas estructuras de entrada, forman parte principal de los elementos de unas obras de descarga, y que estn conformados principalmente de rejillas y una combinacin de compuertas de control y rejillas.Dependiendo del diseo particular en cada presa, las obras de toma deben corresponder a las condiciones de cimentacin, las cargas de operacin de descarga requeridas, las variaciones en los niveles de agua de reservorios y cantidad de slidos flotantes que pueden atrapar la salida.

REJILLALas rejillas evitan que cuerpos slidos que arrastra la corriente ingresen a la toma de agua, evitando problemas tales como afectar los mecanismos de vlvulas y compuertas ubicados aguas abajo. El tipo rejillas y tamao de las aberturas dependen de la elevacin del depsito , la elevacin de admisin, el tamao del conducto de salida, las condiciones de basura depsito, el tipo de dispositivo de control utilizado, el uso del agua, y la necesidad de excluir la basura. A continuacin se muestran puntos importantes sobre la el uso de las rejillas y el tipo de la misma. Las tomas de regulacin de flujo. Una estructura de basura simple, generalmente de hormign armado, con aberturas horizontales y verticales claras de no ms de dos tercios de la anchura de la puerta debe ser proporcionado en el extremo aguas arriba de la toma de corriente funciona para atrapar rboles y otros grandes de basura que puede llegar a la entrada y ser capaz de bloquear los pasajes cerrados. De basura grande en la entrada del tnel se produce con ms frecuencia cuando la piscina permanente es slo ligeramente por encima de la entrada que si el consorcio permanente es muy por encima de la entrada. Slo en casos especiales en los que los rboles y escombros flotantes estn ausentes en el depsito y las cuencas hidrogrficas debe omitirse la estructura basura. rejillas metlicas de barras muy juntas se utilizan generalmente para los pequeos conductos con vlvulas de control y la toma de suministro de agua que requieren la deteccin de desechos pequeos. Para facilitar la retirada de basura inmediatamente despus de una inundacin, la plataforma de trabajo en la parte superior para rastrillar y la eliminacin de la basura por lo general no debe ser inferior a la elevacin de la parte superior de la conservacin o la piscina de potencia mxima. La estructura habitual de basura se compone de vigas verticales, inclinadas ligeramente aguas abajo de la vertical para facilitar rastrillar, y vigas horizontales. El rea de las aberturas en la estructura de la basura debe limitar la velocidad neta de rea local a menos de 10 a 15 pies / seg.

Los elementos que integran una rejilla son principalmente soleras de hierro, apoyadas en vigas de concreto o viguetas de acero estructural.Las soleras generalmente son de 1 a 3 cm de ancho por 5 a 15 cm de altura, con separaciones de 5 a 15 cm centro a centro (dependiendo del tamao de los mecanismos que se instalen aguas abajo), y con una magnitud L total (figura 12), que puede llegar a los 5 m, en funcin de las condiciones particulares de cada caso.