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PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE CANALES Y BOCATOMAS
INTRODUCCION: Los canales y bocatomas han sido determinantes en el desarrollo de la sociedad, básicamente porque éstos son los que proveen de agua necesaria para la producción de alimentos en las huertas y campos de produc pro ducción ción agr agríco ícola. la. En la actualidad el estudio de los canales tiene un gran avance ya que podemos hacer uso de fórmulas prácticas para calcular su geometría y características geométricas de manera muy precisa, logrando eficiencias en su construcción como en su manejo, mant ma nten enim imie ient nto o y me mejo jora rami mien ento to
INTRODUCCION: Los canales y bocatomas han sido determinantes en el desarrollo de la sociedad, básicamente porque éstos son los que proveen de agua necesaria para la producción de alimentos en las huertas y campos de produc pro ducción ción agr agríco ícola. la. En la actualidad el estudio de los canales tiene un gran avance ya que podemos hacer uso de fórmulas prácticas para calcular su geometría y características geométricas de manera muy precisa, logrando eficiencias en su construcción como en su manejo, mant ma nten enim imie ient nto o y me mejo jora rami mien ento to
QUE ES UN CANAL? Son conductos en los que el agua circula debido a la acción de gravedad y sin ninguna presión, la superficie del liliq quid ido o esta en cont nta acto con la atmosfe fera ra.. Sirve para conducir el agua y distribuirla para el riego u otro ot ross us usos os..
CLASIFICACION:
NATURALES: (Ríos y arroyos)
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ARTIFICIALES: (alcantarillas y tuberías) Conductos libres:
Conductos a presión:
PARTES DE UN CANAL:
PROCESOS CONSTRUCTIVOS:
Primero se debe diseñar en base a las necesidades del lugar donde se pretende localizar la obra. Es necesario contar con la siguiente información: Fotografías, imágenes satelitales, para localizar los lugares y vías de comunicación. Planos topográficos y catastrales Estudios geológicos, suelos y demás información que se pueda necesitar.
1. OBRAS PROVISIONALES: Son las obras necesarias para el adecuado desarrollo de trabajos de construcción y administración.
a). Construcción y/o mejoramiento de vías de acceso a la obra: Es la habilitación de vías de acceso para facilitar el transporte de equipos y materiales a obra.
b). Topografía y georeferenciación del canal: son las obras topográficas de trazo y replanteo de obra
c). Desbroce y limpieza: es la limpieza por donde pasara el eje del canal
2. MOVIMIENTO DE TIERRA Y EXPLANACIONES
Consiste en realizar con maquinaria y equipo pesado todos los trabajos necesarios para la construcción de la plataforma en la cual se alojará la caja del canal
3. EXCAVACIÓN DE LA CAJA DEL CANAL
Una vez construido el terraplén para el canal, se procede a la excavación puede ser de forma manual o con maquinaria de acuerdo al tipo de suelo, con el fin de darle la pendiente necesaria a las secciones transversales que forman la pared del canal y ser compactadas.
CONSTRUCCION DE CANALES ABIERTOS:
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ES UNA CONSTRUCCION POR MEDIO DE LA CUAL SE REALIZA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS, POR LO GENERAL EL AGUA.
PUEDEN RESISTIR A LA EROSION, PERMITEN VELOCIDADES ALTAS Y DISMINUYEN FILTRACIONES
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SON CANALES DE TIERRA, LAS CUALES SON EROSIONABLES
5. REVESTIMIENTO DE LA CAJA DEL CANAL
a). REVESTIMIENTO CON CONCRETO: lugares con cambio de temperatura, muy durable, se conserva)
i). COMPACTACIÓN: para construir un canal de concreto, se debe compactar todas las superficies que estarán expuestas en el canal. ii). COLOCACIÓN DE CERCHAS: son guías se colocan en cada plantilla, son alineadas y encuadradas respecto al eje del canal. iii). COLADO: acción de vaciar el concreto en los moldes preestablecidos. iv). CURADO: el concreto fresco para endurecerse y llegar a la resistencia deseada debe perder humedad lentamente 10 días mínimo. v). RETIRO DE CERCHAS Y LLENADO DE JUNTAS: se compacta el suelo natural de la junta con brea y kerosene para que tenga viscosidad .
b). REVESTIMIENTO CON MAMPOSTERIA: puede ser de piedra, ladrillo o bloques.
c) REVESTIMIENTO CON GEOMEMBANAS Protección de filtraciones
REVESTIMIENTO EN LOS CANALES:
Revestimiento con mortero Revestimiento con concreto asfaltico Revestimiento con gaviones (márgenes de ríos, 20 o 30 e. )
6. TRABAJOS PARA OBRAS DE ARTE
Consiste en todas los trabajos que se realizan para construir obras de arte a lo largo del canal de riego.
7. INSTALACION DE COMPUERTAS Y ACCESORIOS EN UN CANAL DE RIEGO
Consiste en la ejecución de trabajos para la instalación de compuertas o estructuras metálicas en aliviaderos, desarenadores y tomas laterales construidas a lo largo del canal de riego.
PROCESO CONSTRUCTIVO DE BOCATOMA
DEFINICION:
bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir.
FINALIDAD: La finalidad es uno de los muchos criterios que existen para la clasificación de las obras de toma. Desde el punto de vista de su finalidad las obras de toma se clasifican en función de las características del proyecto al que sirven. Es así como se tiene: Obras de toma para abastecimiento público Obras de toma para irrigación Obras de toma para centrales hidroeléctricas Obras de toma para industria y minería Obras de toma para otros propósitos Obras de toma para uso múltiple
ETAPAS DEL DESARROLLO DE LA CONSTRUCCIÓN DE BOCATOMAS. a) EMPLEO DE MADERA Y PIEDRAS:
Ante las limitaciones de las técnicas de uso del concreto, manufactura del acero o generación de energía, se usaron la madera y piedras (caballos) como elementos principales para la construcción de las bocatomas. Es conocido que las bocatomas construidas de este modo son arrastradas y destruidas durante la época de avenidas a pesar de que se construyen tratando de darle la menor resistencia al efecto erosivo del rio.
ETAPAS DEL DESARROLLO DE LA CONSTRUCCIÓN DE BOCATOMAS. b) EMPLEO DEL ACERO Y EL CONCRETO:
Esta etapa se caracteriza con la aparición de nuevas técnicas de fabricación del concreto y el acero, así como la introducción de la energía eléctrica para la operación y construcción, haciendo posible la edificación de vertederos rígidos 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 . Para prevenir este problema se recomienda construir el vertedero en el ángulo recto con respecto a la dirección del flujo, siendo la mayor parte del cauce del río cubierto por el vertedero o barraje
ETAPAS DEL DESARROLLO DE LA CONSTRUCCIÓN DE BOCATOMAS c) EMPLEO DE MAQUINARIA PESADA:
La etapa más reciente se caracteriza con la aparición de potentes maquinarias para la construcción civil (retroexcavadoras, buldóceres, etc.) y el empleo de nuevas técnicas en ingeniería civil y en la comunicación, los que han permitido la construcción de cimentaciones que pueden alojar compuertas de grandes luces que son accionadas por equipos con sistemas eléctricos o hidráulicos, recomendándose siempre la necesidad de contar con un equipo auxiliar independiente para casos de emergencia.
Actualmente existen grandes luces de vertederos móviles que son controlados con censores a control remoto que permiten un manejo más apropiado del caudal del río que discurre a través de la bocatoma
ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS 1)
UBICACIÓN:
Es de suma importancia la ubicación de la bocatoma en el cauce del rió, para la que se recomienda que el sitio elegido reúna por lo menos las siguientes condiciones:
La dirección a ruta del flujo de agua debe ser lo más estabilizada o definida. La captación del agua a ser derivada debe ser posible aún en tiempo de estiaje. La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivación debe ser limitado en el máximo posible.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS 2)
TOPOGRAFÍA:
Definida la posible ubicación, se realizarán los siguientes trabajos topográficos:
Levantamiento en planta del cauce del río, entre 500m. a 1000m; tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje, la escala recomendada es 1:2000.
Levantamiento localizado de la zona de ubicación de la bocatoma, se recomienda un área de 100m. x 100m. como mínimo, la escala no debe ser menor de 1:500.
Perfil longitudinal del río, por lo menos 1000m, tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje; la escala recomendada es H = 1:2000 Y V = 1:200.
Secciones transversales del cauce del río a cada 50m. en un tramo comprendido 1000m. aguas arriba y 500m. aguas abajo del eje del barraje; la escala variara entre 1:100 y 1:200.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS 3) CONDICIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS: Es importante conocer las condiciones geomorfológicas, geológicas y geotécnicas, ya que su conocimiento permitirá dimensionar en mayor seguridad la estructura; por lo que se recomienda la obtención de los siguientes datos como resultado de los estudios geológicos – geotécnicos: Curva de graduación del material conformarte del lecho del río Sección transversal que muestre la geología de la zona de ubicación de la bocatoma. Coeficiente de permeabilidad. Capacidad portante Resultados sobre ensayos de hincado de pilotes ó tabla, estacas Cantidad de sedimento que transporta el río.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS 4) INFORMACIÓN HIDROLÓGICA:
Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río, ya que esto permitirá garantizar el caudal a derivar y así como definir el dimensionamiento de los elementos conformantes de la bocatoma. Entre los datos a obtener son: Caudal del diseño para una avenida máxima. Caudales medios y mínimos. Curva de caudal versus tirante en la zona del barraje.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS 5) CONDICIONES ECOLÓGICAS:
Siempre toda construcción en un río causa alteración del equilibrio ecológico de la zona, sobre todo en lo relacionado con la fauna. Es por esta razón que, se debe tratar de no alterar dicho equilibrio mediante la construcción de estructuras que compensen este desequilibrio causado por la bocatoma; aunque debemos reconocer que, en nuestro país estas estructuras son de costo elevado y que siempre se tratan de obviar por limitaciones presupuéstales; como por ejemplo la escalera de peces y camarones.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS 6) Otros: En este grupo se puede incluir las limitaciones u obligaciones que se deben tener en cuenta para la construcción de la bocatoma; estas son de orden legal, ya que, mediante la bocatoma por efecto del remanso que se forma, podrían inundarse terrenos aledaños o construcciones anteriores (puentes, caminos, etc.). Asimismo en algunos casos será necesario pedir autorización del Instituto Nacional de Cultura por la existencia de restos arqueológicos. Por este motivo, todo diseño se deberá ser previamente coordinado con todos los demás entes estatales y particulares que estén relacionados de alguna manera con el río donde se va a construir la bocatoma, con el fin de evitar duplicidad o generación de problemas en proyectos similares por la construcción de una estructura en el mismo cauce.
DISEÑO HIDRAULICO
DISEÑO HIDRAULICO Es conveniente, antes de comenzar a detallar los criterios más difundidos sobre diseño de bocatomas, precisar sobre la necesidad, tipos y partes que componen la bocatoma. Es común que los terrenos potencialmente a ser irrigados en un valle, se encuentran a considerable distancia del cauce del río 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 río.
TIPOS DE BOCATOMAS: a) TOMA DIRECTA:
Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo general es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar. 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; tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en época de crecidas, además permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación.
b) TOMA MIXTA O CONVENCIONAL:
Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del río con una estructura llamada azud o presa de derivación, el cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido, por lo general concreto, y será móvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el río.
TIPOS DE BOCATOMAS: c) TOMA MÓVIL:
d) TOMA TIROLESA O CAUCASIANA:
Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época 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.
Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es intenso, y sé que podrían causar rápida obstrucción de las rejillas.
A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos se les conoce como barraje móvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.
PROBLEMAS ESPECIALES QUE PRESENTAN LAS BOCATOMAS En los grandes aprovechamientos hidráulicos el costo de la bocatoma representa sólo un porcentaje muy pequeño del costo total del proyecto. La consecuencia práctica de este hecho es que no se debe escatimar esfuerzos ni tratar de obtener una “estructura económica”, sino que se debe buscar el máximo de seguridad. Para el estudio de una bocatoma es necesario tener en cuenta que un río transporta lo siguiente: Agua proveniente de la precipitación que ocurre en la cuenca
Sólidos, también llamados sedimentos, provenientes de la erosión de la cuenca Hielo, en los lugares que existe, y Cuerpos extraños como árboles, plantas, basura y desperdicios.
CONDICIONES DE DISEÑO Son varias las condiciones generales de diseño que debe cumplir una bocatoma, cualquiera que sea su tipo o características. Entre las principales están las siguientes: Asegurar la derivación permanente del caudal de diseño y de los caudales menores que sean requeridos. En algún caso se admite una interrupción temporal del servicio. Proveer un sistema para dejar pasar la Avenida de Diseño, que tiene gran cantidad de sólidos y material flotante. En zonas sujetas al Fenómeno de El Niño es mejor utilizar un Hidrograma de Diseño. Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios apropiados para su evacuación. Muchas veces esta es la clave del diseño eficiente. Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo. Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar sedimentación. Tener un costo razonable
LA INGENIERÍA CIVIL EN EL DISEÑO DE UNA BOCATOMA En el diseño de una obra de toma se requiere emplear al máximo los conocimientos del ingeniero civil. Las cinco fases correspondientes a una bocatoma son: Planeamiento Diseño Construcción Operación, y Mantenimiento.
Pero, además intervienen otros aspectos de la ingeniería. Sin pretender que la relación sea limitativa se presenta a continuación una relación de los principales temas vinculados al diseño de una obra d e toma. Ellos son:
Estudio de la Demanda
Topografía
Meteorología
Hidrología
Transporte de Sedimentos
Hidráulica Fluvial
Geología
Geodinámica
Geotecnia
Sismicidad
Materiales de Construcción
Diseño Hidráulico
Diseño Estructural
Diseño Electromecánico
Procedimientos de Construcción
Modelos Hidráulicos
Costos y Presupuestos
LAS BOCATOMAS Y EL FENÓMENO DE EL NIÑO (FEN) De los numerosos problemas que tienen que enfrentar las bocatomas hay tres que se ven notablemente exacerbados durante el Fenómeno de El Niño, especialmente cuando tiene características de Mega niño y que están asociados a: La precaria estabilidad fluvial, Las avenidas extraordinarias, y Las grandes descargas de sólidos.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA BOCATOMA DE CAPTACIÓN LATERAL Elementos de encauzamiento y cierre: Su objeto es elevar el nivel del agua para permitir su ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir el desborde del río. Elementos de descarga de avenidas: Permiten el paso de las crecidas. Son órganos de seguridad. Elementos de control de sedimentos: Tienen por objeto el manejo de los sólidos. Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad de agua que ingresa a la derivación. Elementos de control de la erosión: Permiten disminuir la erosión y la abrasión Elementos estructurales: Son los que dan estabilidad a la obra.
FUNCIONES ADICIONALES DE UNA BOCATOMA Las bocatomas tienen a veces funciones adicionales a la que les es propia. Ellas pueden ser: Reparto de Aguas Medición de Caudales Puente (Peatonal o Carretero) Embalse para recreación (Natación, Pesca) Mini central Hidroeléctrica
CONCLUSIONES:
Los datos para el diseño deben obedecer a todos los estudios topográficos, de mecánica de suelo e hidrogeológicos, para que el canal funcione de la manera más óptima posible. La construcción o mejoramiento de accesos a la obra es muy importante para el traslado del personal y materiales. El revestimiento de un canal de concreto no cumple ninguna función estructural sino más bien impermeabilizar. Actualmente existe tecnología como los geo textiles y geo membranas.
