FUENTES DE ABASTECIMIENTO
CAPTACIÓN
Clase 5
Acueductos
Ing. Tatiana Mañunga, Dra.
Docente
CONCEPTOS A DESARROLLAR
SUPERFICIALES
SUBTERRANEAS
CAPTACIÓN
REQUISITOS
Cantidad
Calidad
Localización
CANTIDAD
Q Fuente > Q Diseño
Suministro continuo
Superficiales
Subterráneas
Estudios
hidrológicos
Prueba de
equilibrio
CANTIDAD
Estudios hidrológicos
Curvas de duración de
caudales
RAS
Q95% >QMD + Q ECOLÓGICO
Gaviria, C.J., Carvajal-Serna, L.F. 2020. Determination of variability
of flow duration curve for non-stationary effects in Colombia.
Ingeniería del agua, 24(4), 269-283.
https://doi.org/10.4995/Ia.2020.13556
CANTIDAD
Fuentes
superficiales
C. Parshall
Vertedero
Velocidad
superficial
Trazadores
Estación
de aforo
Molinetes
CANALETA PARSHALL
W
Unidades
cm
Mínimo
caudal (L/s)
Máximo
caudal (L/s)
1
Pulgadas
2.54
0.30
5.00
3
Pulgadas
7.62
0.80
53.80
6
Pulgadas
15.24
1.40
110.40
9
1
1 1/2
2
3
4
5
6
7
8
10
Pulgadas
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
22.86
30.48
45.72
60.96
91.44
121.92
152.40
182.88
213.36
243.84
304.80
2.50
3.10
4.20
11.90
17.30
36.80
45.30
73.60
85.00
99.10
200.00
252.00
455.90
696.60
937.30
1427.20
1922.70
2423.90
2930.80
3437.70
3950.20
5660.00
W: garganta
Limites de aplicación de medidores Parshall (Arboleda, 2000)
CANALETA PARSHALL
W
1
3
6
9
1
1.1/2
2
3
4
5
6
7
8
10
Unidades
Pulgadas
Pulgadas
Pulgadas
Pulgadas
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
Pie
cm
2.54
7.62
15.24
22.86
30.48
45.72
60.96
91.44
121.92
152.4
182.88
213.36
243.84
304.8
A
36.6
46.6
62.1
88.0
137.2
144.9
152.5
167.7
183.0
198.3
213.5
228.8
244.0
274.0
B
35.6
45.7
61.0
86.4
134.4
142.0
149.6
164.5
179.5
194.1
209.0
224.0
239.2
427.0
C
9.3
17.8
39.4
38.0
61.0
76.2
91.5
122.0
152.2
183.0
213.5
244.0
274.5
366.0
D
16.8
25.9
40.3
57.5
84.5
102.6
120.7
157.2
193.8
230.3
266.7
303.0
340.0
475.9
E
22.9
38.1
45.7
61.0
91.5
91.5
91.5
91.5
91.5
91.5
91.5
91.5
91.5
122.0
F
7.6
15.2
30.5
61.0
61.0
61.0
61.0
61.0
61.0
61.0
61.0
61.0
61.0
91.5
G
K
20.3 1.9
30.5 2.5
61.0 7.6
45.7 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
91.5 7.6
183.0 15.3
N
2.9
5.7
11.4
22.9
22.9
22.9
22.9
22.9
22.9
22.9
22.9
22.9
22.9
34.3
CANTIDAD
CANTIDAD
Estaciones hidrológicas
y de calidad de agua
CANTIDAD
CALIDAD
CALIDAD
Res. 2115/2007
Física
Química
Otros….
Microbiológica
LOCALIZACIÓN
RAS, 2000
CAPTACIÓN DE AGUA
Estructura destinada a captar o extraer una determinada cantidad
de agua de una corriente
De Fondo
(Sumergidas)
Estaciones de
Bombeo (flotantes)
Laterales
CAPTACIONES
Galerías
filtrantes
De Torre
Otras:
A. Lluvia
Pozos Profundos
Nieblas
Desalinización
ELEMENTOS DE UNA BOCATOMA
ASPECTOS DISEÑO DE UNA BOCATOMA
a. La dirección a ruta del flujo
de agua debe ser lo más
estabilizada o definida
b. La captación del agua a ser
derivada debe ser posible aún
en tiempo de estiaje.
c. La entrada de sedimentos
hacia el caudal de derivación
debe ser limitado en el
máximo posible
Ubicación
ASPECTOS DISEÑO DE UNA BOCATOMA
Topografía
a. Levantamiento en planta del cauce del río, entre 500m. a 1000m; tanto
aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje
b. Levantamiento localizado de la zona
de ubicación de la bocatoma, se
recomienda un área de 100m. x 100m
c. Perfil longitudinal del río, por lo
menos 1000m, tanto aguas arriba como
aguas abajo del eje del barraje
d. Secciones transversales del cauce
del río a cada 50m. en un tramo
comprendido 1000m. aguas arriba y
500m. aguas abajo del eje del barraje
ASPECTOS DISEÑO DE UNA
BOCATOMA
a. Curva de graduación del material conformarte
del lecho del río
b. Sección transversal que muestre la geología
de la zona de ubicación de la
bocatoma
c. Coeficiente de permeabilidad y Capacidad
portante
d. Resultados sobre ensayos de hincado de
pilotes ó tabla, estacas
e. Cantidad de sedimento que transporta el río
Condiciones
Geológicas y
Geotécnicas
ASPECTOS DISEÑO DE UNA
BOCATOMA
a. Caudal del diseño para una avenida máxima
b. Caudales medios y mínimos
c. Curva de caudal versus tirante en la zona del
barraje
Información
Hidrológica
BOCATOMA DE FONDO
GARGANTA
GARGANTA
BOCATOMA DE FONDO
López- Cualla
PRESA
Concreto ciclópeo
C superior = C fondo del rio
MUROS
LATERALES
Protegen los taludes
REJILLA
Ancho min=40 cm
Largo mín = 70 cm
CANAL DE
ADUCCIÓN
Pendiente 1 – 4%
Sección rectangular
RECOLECCIÓN
Vertedero de excesos
Ríos de montaña (P:10%)
Verificar con Q retorno de 50 años o mas
Q de corta duración Poco sedimentos
Altura de rejilla entre 20
a 50 cm sobre el fondo
Información necesaria
Q rio (periodo seco)
Q medio y máximo
Sección del rio
BOCATOMA DE FONDO
Diseño de
la presa
1. Caudal de diseñ0 = 2*QMD; Q95>QMD+ Q ecológico
2. La presa y la garganta se diseñan como un vertedero
rectangular con doble contracción
1,5
𝑄 = 1,84 𝐿𝐻
GARGANTA
L
Máximo
Mínimo
H
3. Lámina de agua sobre la cresta de la
presa (H)
𝑄
𝐻=
1,84𝐿
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
2Τ3
López- Cualla
4. Corrección de L debido a la existencia de contracciones
n = número de contracciones
𝑳′ = 𝐋 − 𝟎, 𝟏𝐧𝐇
5. Velocidad del agua al pasar sobre la rejilla (Vr)
𝑸
𝑽𝒓 = ′
𝑳𝑯
vr entre 0,3 y 3,0 m/s
Fórmulas de alcance de un chorro
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
López- Cualla
Diseño de la rejilla y el canal de aducción
Fórmulas de alcance de un chorro
B min: 0,40m
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
López- Cualla
𝑸
𝐴𝑛𝑒𝑡𝑎 =
𝐾 ∗ 𝑉𝑏
Diseño de la rejilla
1.El Caudal a través de la rejilla
𝑄 = 𝐾 ∗ 𝐴𝑛𝑒𝑡𝑎 ∗ 𝑉𝑏
Coeficiente, para
flujo paralelo =0,9
Vb=velocidad entre
barras (máx 0,15m/s)
2.Area neta de la rejilla
𝐴𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝐚 ∗ 𝐁 ∗ 𝐍
𝐴𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 ≈ (𝐚 + 𝐛) ∗ 𝐁 ∗ 𝐍
𝑨𝒏𝒆𝒕𝒂
𝒂
=
𝑨𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒂 + 𝒃
𝒂
𝑨𝒏𝒆𝒕𝒂 =
𝐴𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥
𝒂+𝒃
𝒂
𝑨𝒏𝒆𝒕𝒂 =
𝐁 ∗ 𝑳𝒓
𝒂+𝒃
𝑨𝒏𝒆𝒕𝒂 𝒂 + 𝒃
𝑳𝒓 =
∗
𝑩 DE𝒂FONDO
DISEÑO BOCATOMA
López- Cualla
Diseño de la rejilla
Ras, 2010 (Título B)
a = separación entre barrotes (usual 5cm)
N = número de orificios entre barras
B = Ø de cada barra (usual ½”)
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
López- Cualla
Longitud del canal (Lc)
𝑳𝐜 = 𝑳𝒓 + 𝐞𝐬𝐩𝐞𝐬𝐨𝐫 𝐝𝐞 𝐦𝐮𝐫𝐨
Niveles en el canal de aducción
Supuestos
1. Todo el volumen de agua
es captado al inicio del canal
Ho
iLc
2. La profundidad del agua al
final del canal es igual a la
profundidad crítica
3. Se entrega a la cámara de
recolección a descarga libre
López- Cualla
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
Diseño del canal de aducción
𝒊𝑳𝒄
𝒉𝒆 −
𝟑
𝟐
− 𝒊𝑳𝒄
𝟑
ho = Profundidad aguas arriba (m)
he = Profundidad aguas abajo (m)
hc = Profundidad crítica (m)
i = pendiente del fondo del canal
g = aceleración de la gravedad (9.81m/s2)
BL = Borde libre (0.15m)
Descarga libre
𝒉𝒐 =
𝟐𝒉𝟐𝒆 +
𝟏
𝟐 𝟐
𝒉𝒆 = 𝒉𝒄
𝑸𝟐
𝒉𝒄 =
𝒈𝑩𝟐
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
𝟏
𝟑
López- Cualla
Diseño cámara de recolección
Formulas de alcance de un chorro
2Τ3
4Τ7
𝑋𝑠 = 0.36𝑉𝑒 + 0.60ℎ𝑒
4Τ7
3Τ4
𝑋𝑖 = 0.18𝑉𝑒 + 0.74 ℎ𝑒
𝐵 = 𝑋𝑠 + 0.30
𝑣𝑒 = 𝑣𝑐 = 𝑔ℎ𝑒
Xs = Alcance filo superior (m)
Xi = Alcance filo Inferior (m)
Vr = velocidad de la corriente (m/s)
H = Profundidad de la lámina de agua (m) (0.60m)
L = Ancho de cámara de recolección (Min. 1.5m)
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
López- Cualla
Diseño cámara de recolección
𝑸
𝑯=
𝟏. 𝟖𝟒𝑳
𝟐Τ𝟑
Q: Caudal superior al de diseño
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
López- Cualla
Desagüe del caudal de excesos
𝑄𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 𝐶𝑑 𝐴𝑛𝑒𝑡𝑎 2𝑔𝐻
Qcaptado = Caudal a través de la rejilla (m3/s)
Cd
= Coeficiente de descarga = 0.3
Aneta = Área neta de la rejilla (m2)
H
= Altura de lámina de agua sobre la rejilla
𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝑄𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 − 𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
López- Cualla
DISEÑO BOCATOMA DE FONDO
Ejemplo
BOCATOMA DE FONDO