Diquetoma o Bocatoma diseño, ventajas y desventajas, analisis desde el punto de vista hidraulico y estructural

1. DDIIQQUUEE --TTOOMMAA OO BBOOCCAA --TTOOMMAA
Br. José Agustín García Zepeda
Br. Sharon Giselle Torres Ramírez
Br. Ramón Enrique Alemán Alvarado
Br. José Carlos Sánchez Solórzano

2. INTRODUCCION
2
El primer punto de un sistema de agua es la fuente, donde el agua
se recolecta se denomina Bocatoma y luego es canalizado en
una tubería para utilizar al fluido en un propósito en particular;
este documento abordará en su contenido los aspectos más
importantes que definen un dique, toma o bocatoma, la
funcionabilidad de este, el propósito para el cual es construido,
que beneficios y consecuencias negativas puede ofrecer al medio,
etc.

3. El empleo de estas captaciones esta aplicado en aguas superficiales como ya
hemos mencionado de desplazamiento continuo tales como: ríos, quebradas,
tributarios y canales de irrigación, se aconseja su empleo en ríos de poca caudal y
gran pendiente. Deberán ser construidos en el lecho del río de forma que no
alteren u perfil longitudinal.
La utilización de dique toma es de suma importancia para la regulación de
sistemas de captación de aguas superficiales que pueden proporcionar el vital
liquido a comunidades y ciudades completas, ser utilizada el sistemas de irrigación
para el sector agricultor y como fuente se abastecimiento de agua en la ganadería,
otra importancia que puede tener el diseño de esta estructura civil es el
almacenamiento de agua para la generación de energía hidroeléctrica y algunas
veces para mitigar los daños que pueden causar las crecidas de los ríos a los
sectores que se asientan en las laderas de estos; tanto para los seres humanos,
como, al mismo ecosistema y sus elementos.
3

4. OBJETIVOS
Objetivo General:
Dar a conocer la definición, funcionamiento y aplicación de un dique-toma o
boca-toma.
Objetivos Específicos:
Presentar la definición de un dique toma o bocatoma.
Definir el funcionamiento y donde es aplicada dicha estructura.
Clasificar los tipos de captaciones con diques.
Explicar ¿Cómo es diseñado una bocatoma?
Establecer cuales son las ventajas y desventajas de su utilización.
 Mostrar un ejemplo de bocatoma
Ilustrar la operación y mantenimiento de los diques.
4

5. ¿ Que es un Dique – Toma?
5
El dique toma es una obra
civil que consiste en un dique
de represamiento construido
transversalmente al cauce del
río, donde el área de
captación se ubica sobre la
cresta del vertedero central y
está protegida mediante rejas
que permiten el paso del
agua (véase figura 1)

6. ¿ Donde se emplean los Dique – Toma?
6
El empleo de estas
captaciones esta aplicado
en aguas superficiales de
desplazamiento continuo tales
como ríos, quebradas,
tributarios y canales de
irrigación, se aconseja su
empleo en ríos de poco caudal
y gran pendiente. Deberán ser
construidos en el lecho del río
de forma que no alteren su
perfil longitudinal.

7.  PROBLEMAS A RESOLVER DESDE EL PUNTO DE
VISTA HIDRAULICO Y ESTRUCTURAL EN EL
DISEÑO DE UN DIQUE TOMA
7
Bajo el punto de vista hidráulico, el
problema se reduce a determinar
una altura de aguas sobre el area de
captación, tal que el gasto mínimo
aforado asegure la captación del
gasto deseado (Q máximo diario).
Bajo el punto de vista estructural, el
diseño deberá de proveer seguridad
a la acción destructiva del rio:
deslizamiento, volcamiento, erosión,
sedimentación.etc.

8. 8
 TIPOS DE DIQUE - TOMA
Considerando el funcionamiento hidráulico y la ubicación del dispositivo de
captación existen tres tipos de Dique – Toma:
•Dique – Toma con tanque de captación por debajo del vertedero de rebose.
•Dique- Toma con tanque de captación por medio de vertedero lateral.

9. CRITERIOS DE DISEÑO PARA UN DIQUE – TOMA POR
DEBAJO DEL VERTEDERO DE REBOSE.
9
Un dispositivo de este tipo tiene la ventaja de que no se ve afectado por la
cantidad de sedimentos depositados por el rio.
El dispositivo en cuestión consiste en
un tanque, de caja central o canal,
ubicado en el mismo cuerpo del
dique-toma, por debajo del vertedero
de rebose del mismo, ocupando todo
el ancho de dicho vertedero

10. El caudal medio del rio pasa a través del
vertedero de rebose del dique. Una
parte de dicho caudal cae en el canal
ubicado por debajo del vertedero, y es
conducido por un tubo hasta cerca del
anclaje lateral del dique, de donde
arranca la Línea de Conducción o toma.
La entrada al canal esta protegida
contra el paso de material flotante, por
medio de una rejilla, cuyas barras están
orientadas paralelas la dirección de la
corriente.
10

11. 11
Estructura del dique toma
Rejillas
Ventana de Captación
Cámara de Decantación
Cámara de Decantación:
Compuerta de Regulación:
Transición:
Estructuras de Disipación

12. UCATSE. AGOSTO
2010------------------------------------ Paniagua,
Edgard. 12

13. UCATSE. AGOSTO
2010------------------------------------ Paniagua,
Edgard. 13

14.  Captación con vertedero lateral
Es la obra civil que se construye en uno de los flancos del curso de agua,
de forma tal, que el agua ingresa directamente a una caja de captación
para su posterior conducción a través de tuberías o canal.
La obra de toma se ubica
en el tramo del río con
mayor estabilidad
geológica, debiendo prever
además muros de
protección para evitar el
desgaste del terreno
natural.
La toma se localiza
lateralmente a la presa o
en cualquier punto del
perímetro del vaso de
agua.

15.  Uso y aplicaciones
La captación a través de vertedero lateral es recomendado cuando
el dispositivo de captación en un curso superficial está expuesto a
impactos de consideración debido a cantos rodados, troncos de
árboles, etc., arrastrados por las crecidas.
También es recomendado en el caso de
algunos ríos o arroyos que traen mucha
arena durante las crecidas violentas, y
el material depositado puede cubrir el
dispositivo de captación en corto tiempo.
Este tipo de obra debe ser empleada en
ríos de caudal limitado y que no
produzcan socavación profunda.

16. 16
INFORMACIÓN BÁSICA Y ELEMENTOS NECESARIOS A SER
TOMADOS EN CUENTA PARA EL DISEÑO DE BOCATOMAS
 El nivel de entrada de las aguas debe quedar a la máxima altura
posible para evitar ser alcanzada por los sedimentos.
 El área de captación debe de protegerse contra el paso de material
grueso.
 La velocidad de la corriente en las cercanías de la estructura debe ser
tal que no provoque excesiva sedimentación.
 Debe de ofrecerse seguridad de volcamiento y deslizamiento,
mediante anclajes firmes y seguros.
Antes de iniciar el diseño de una bocatoma, se debe examinar los
siguientes aspectos:

17. 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.
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.
Un punto recomendable para cumplir las condiciones anteriores, se encuentra
ubicado inmediatamente aguas abajo del centro de la parte cóncava en los
tramos curvos del río.
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18.  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.
 b. 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.
 c. 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.
 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; la
escala variara entre 1:100 y 1:200.
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19.  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.
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20. 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:
a. Caudal del diseño para una avenida máxima.
b. Caudales medios y mínimos.
c. Curva de caudal versus tirante en la zona del barraje.
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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.

21. Ventajas y desventajas de su utilización
Desventajas:
El impacto ambiental de una obra de captación de agua es inminente, por lo
tanto un buen estudio de la influencia ambiental de la obra es imprescindible
para poder reducir el daño
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22. a)Las estructuras de captación de agua como diques o presas, producen una
modificación del medio natural: excavaciones, instalaciones, los efectos más
importantes de la construcción de este tipo de obras.
b) La obstrucción de la corriente de un rio o arrollo causa la acumulación de
partículas sólidas y limo que se encuentran en movimiento dentro del flujo,
afectando directamente la vida útil del embalse.
C) Se corta la comunicación de especies en el rio donde se sitúa la presa.
d) La flora que queda sumergida se descompone lentamente
.
e) El peso de las estructuras de captación de agua, influencia
considerablemente en la resistencia de los suelos.
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23. Ventajas:
a) Mejoramiento para usos industriales. Mejoramiento de la ecología vegetal y animal.
b) La intensificación de la agricultura, localmente, mediante el uso del riego, puede, a su
vez, reducir la presión que existe sobre los bosques primarios, los hábitats intactos de la
fauna, y las áreas en otras partes que no sean adecuadas para la agricultura. Asimismo,
las represas pueden crear pesca en el reservorio y posibilidades para producción
agrícola en el área del reservorio que pueden más que compensar las pérdidas sufridas
por estos sectores debido a su construcción
c) Generación de Energía; protección y suministro de energía para usos domésticos e
industriales.
d) El proyecto hidroeléctrico es la energía eléctrica, la misma que puede apoyar el
desarrollo económico y mejorar la calidad de la vida en el área servida. Los proyectos
hidroeléctricos requieren mucha mano de obra y ofrecen oportunidades de empleo
.
e) Recreación; aumento de bienestar de la población
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24. PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO
DEL DIQUE-TOMA.
El primer paso para el diseño del un dique-toma es verificar que el caudal
mínimo de la fuente de abastecimiento a ser aprovechado sea superior al
gasto máximo diario para el periodo de diseño considerado:
24
QMINIMO AFORADO ˃ QMAXIMO DIARIO FUTURO
QCAPTACION = QMAXIMO DIARIO FUTURO
A fin de contemplar otros aspectos del diseño es conveniente disponer de
información sobre los caudales medio y máximo de la fuente de
abastecimiento, la información que se necesita de la fuente de
abastecimiento para el diseño del dique – toma es: El caudal de la fuente
(mínimo, medio y máximo en l/s), la sección transversal en el lugar de
captación, la velocidad de la crecida y la capacidad de arrastre de
sedimentación.

25. 25
 PASOS PARA EL DISEÑO DE UN DIQUE-TOMA
1. Seleccionar las longitudes tentativas de los vertederos de rebose y de
crecida, en base a la sección transversal del cauce.
2. Determinar la altura a dar al vertedero central o de rebose en base al caudal
de aforo medio.
3. Determinar para el gasto máximo la altura necesaria para el vertedero de
crecida.

26. 4. Dimensionar y diseñar el vertedero de crecida el más utilizado es el
vertedero de forma trapezoidal.
Vertedero Trapezoidal: El vertedero trapezoidal También llamado Cipolleti,
tiene forma de un trapecio de paredes laterales con pendiente 1:4 (horizontal :
vertical). Con esta forma se elimina las contracciones laterales que sufre la
corriente de agua en los vertederos rectangulares. Por ello, el caudal es
proporcional a la longitud de la cresta del vertedero (L).
El caudal se calcula mediante la siguiente fórmula:
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Q = 1.86 x L x H3/2
Donde:
Q : Caudal o gasto en metro
cúbicos por segundo.
L : Ancho de la base del vertedero
en metros.
H : Carga o altura de agua en
metros.

27. 27
5. Dimensionar las Rejas: El área efectiva de paso a través de las rejas
será dos veces el área necesaria para el ingreso del caudal de diseño.
El área total de la reja se calculará considerando el área de las barras
metálicas y el área efectiva del flujo de agua.
At = As + Af
Siendo:
As = nxsxl
Af cxQ
ö çè
÷ø
= æ
KxVa
Donde:
At = Área total de la rejas (m2)
As= Área total de las barras metálicas (m2)
Af = Área necesaria de flujo (m2)
n = Número de barras
s = Ancho de cada barra (m)
l = longitud de cada barra (m)
c = Coeficiente de mayoración por efectos de
colmatación: c=1.5-2.
k = Coeficiente de contracción de la vena de agua
k= 0,82 (barras rectangulares). k= 0,9 (barras
circulares)
k= 0,98 (barras con curvas parabólicas)
Q = Caudal de diseño (m3/s)
Va = Velocidad de aproximación
Va = 0,6 a 1,0 para flujo laminar
Va = Variable para flujo turbulento, deberá
determinarse en el río.

28. 6. Canal de derivación: El canal de derivación se construirá para conducir el
agua desde la bocatoma hasta una cámara colectora, desarenador o planta de
tratamiento. Los canales deberán ser construidos cuidando que la velocidad no
ocasione erosión ni sedimentación de material. En los canales revestidos la
velocidad deberá ser menor a 0,6 m/s para evitar la sedimentación de sólidos
suspendidos. Para el cálculo hidráulico de canales se empleará la ecuación de
continuidad:Q =VxA Donde:
Q= Caudal a través del canal (m3/s)
A= Superficie de la sección del agua (m2)
V= Velocidad de escurrimiento del agua (m/s)
28
La superficie se calculará mediante fórmulas geométricas de acuerdo a la
forma del canal, y la velocidad por medio de cualquiera de las siguientes
fórmulas:

29. 29
a) Fórmula de Manning:
2 / 3 1 / 2
V R S
n
=
b) Formula de Bazin:
87 1 / 2
2 / 3
V RS
R
+
=
g
R = A
H P
Donde:
V = Velocidad de agua (m/s)
R = Radio hidráulico (m)
A = Superficie de la sección del agua de
escurrimiento (m2)
PH = Perímetro mojado del agua (m)
S = Pendiente del canal en un tramo
(m/m)
N = Coeficiente de Manning
ɣ = Coeficiente de bazin

30. La verificación de la posición de la resultante se calculara mediante la siguiente
fórmula:
30
M
V
e = S MR - S
MV
V
= D
S
S
La línea de acción debe pasar por el tercio central en la base del dique

31. 7. Dimensionamiento del Dique: El dimensionamiento de la sección transversal del
dique debe asegurar la protección contra los efectos de volcamiento y
deslizamiento causado por el empuje hidráulico, empuje de sedimentos e
impactos sobre el dique.
Las fuerzas de impacto pueden calcularse por la ecuación de cantidad de
movimiento Cm = M x V, estimando la velocidad del rio, y el tamaño, peso y
velocidad de los objetos arrastrados.
31

32. Verificación al volcamiento: Se usara un factor de seguridad al volcamiento >2:
32
³ 2
= S
S
R
M
V
Fv M
Se utilizara un factor de seguridad al deslizamiento ≥ 1.5 y un coeficiente de
fricción del concreto y roca μ = 0.70:
³ 1.5
Fd = m S
V
H
S
Si Fd > 1.5 no se necesitan dentellón, si Fd <1,5 se usaran dentellón,
algunos datos de utilidad son: ɣagua: 1,000 Kg/m3, ɣsedimentos: 1,800 Kg/m3,
ɣconcreto: 2,200 – 2400 Kg/m3.
Una tabla como la que se indica a continuación se sugiere para la
determinación de las fuerzas y momentos actuantes:

33. FUERZA Verticales (Kg) Horizontales (Kg) Brazo (m) Mom. Resistente Mom. Volcamiento
33
Concreto
Impacto
Empuje Hidráulico
Empuje de
Sedimentación
Σ ΣFv ΣFh ΣMres=Fxd ΣMvol=Fxd

34. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
Control de turbiedad :
 Se debe fijar un límite permisible de turbiedad para captar el
agua, que debe estar de acuerdo con la capacidad de la planta de
tratamiento, aguas debajo de la captación, para la remoción de
este parámetro.
Se debe controlar la turbiedad del agua de la fuente con cierta
frecuencia al día, la cual se debe incrementar en épocas de lluvias
o avenidas.
 Si la turbiedad excede el límite permisible fijado, se debe
suspender la captación del agua, para lo cual se debe abrir
totalmente la compuerta de represamiento o cerrar la válvula o
compuerta aguas debajo de la toma.
Los operadores deben ser entrenados en este control.
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35. Limpieza de rejas:
Se debe limpiar en forma permanente las rejas y rejillas que retienen los
sólidos flotantes, para evitar reducir el caudal de captación.
 Desprender los residuos flotantes de las rejas verticales y extraerlos de
las rejas inclinadas.
Los residuos extraídos deben ser dispuestos adecuadamente en
contenedor desde donde se trasladará al relleno sanitario de la
comunidad.
Para la extracción de sólidos se debe emplear herramientas construidas
localmente.
El operador debe contar con la indumentaria adecuada para la ejecución
de esta tarea.
35

36.  Desarenado del lecho del río:
 Cuando el nivel de sedimentos, en el lecho del río, se encuentre próximo a
la ventana o tubo de captación se debe abrir la compuerta de represamiento
y desarenar por espacio de 30 a 60 minutos.
 Realizar esta actividad sólo en temporadas de lluvias o avenidas, cuando el
flujo en la fuente sea mayor a la demanda de la población
 Regulación de compuertas:
 La compuerta de captación se regulará de acuerdo al caudal que requiera
la planta de tratamiento.
 La compuerta de represamiento se operará sólo en temporadas de
avenidas, regulándola para captar lo necesario y dejando pasar el
remanente
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37. Mantenimiento de bocatomas:
El mantenimiento de bocatomas y riberas de los ríos debe realizarse con
maquinaria pesada que supere los 120 HP (tractores de oruga, cargadores
frontales). Los trabajos consisten fundamentalmente en reforzar y reparar las
estructuras existentes; los diseños que se emplean están orientados a
controlar y reducir la erosión hídrica que se produce sobre todo en los sectores
críticos en las épocas de avenidas del rio. Estos trabajos garantizan una
adecuada captación de las aguas del rio hacia los canales de derivación, así
como la protección de los terrenos de cultivo.
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38. CONCLUSIÓN
Los problemas que se presentan en una bocatoma son mucho más
difíciles cuando se capta agua desde un río que cuando se hace desde
un cauce artificial. El análisis del comportamiento de las obras en
funcionamiento es muy importante, es necesario tener presente que la
bocatoma es una estructura muy importante para el éxito de un
proyecto.
38

39. 39
MUCHAS GRACIAS