DISEÑO DE BOCATOMAS

1. DISEÑO DE BOCATOMAS
Dr. JOSE CLAUDIO GUEVARA BENDEZU
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA
FACULTAD INGENIERIA CIVIL
CURSO: OBRAS HIDRAULICAS
ICA 19 de OCTUBRE del 2022

2. BOCATOMA
DEFINICION
La Bocatoma, azud, toma o presa
derivadora, es la estructura que se
construye sobre el lecho del río con
la finalidad de captar parte o el total
del caudal de agua, que pasa por un
rio, para verter dicho caudal en el
canal de derivación.

3. CLASIFICACION DE LAS BOCATOMAS
Las podemos clasificar en:
A) BOCATOMAS DIRECTAS: son posibles
de diseñar en cursos de agua de fuerte
pendiente, y cuando no se quiere tener
una estructura costosa, tienen el
inconveniente de que el lecho del rio
puede variar y dejar la toma sin agua,
igualmente en las épocas de estiaje al
disminuir el tirante de agua en el rio
puede disminuir considerablemente el
ingreso de agua en la toma.

4. B) BOCATOMAS CON BARRAJES: son las
más empleadas, ya que aseguran una
alimentación mas regular, conservan un
nivel constante en la captación que
permite dominar una mayor área
regable.
Estas tomas pueden presentar tres
variantes: La toma con barraje fijo, la
toma con barraje móvil y la toma con
barraje mixto.

5. BARRAJES
 DEFINICION
Es una represa construida a través del río
con el objeto de levantar el nivel de agua
del mismo, su altura debe ser tal que
permita una carga de agua suficiente en la
toma, para el ingreso seguro del agua en
esta, considerando las pérdidas de carga
que se producen en los muros, rejillas y
compuertas de sección en la toma.

6.  El barraje puede presentar los casos
extremos siguientes:
Una presa muy larga y poco elevada en
tramos anchos del curso del río. La solución
es sencilla ya que la presión del agua no es
elevada y permite diseños estables.
Una presa corta pero elevada en tramos
profundos del curso del rio. En este caso la
presión es menor por lo cual la presa será
más cara, ya que demandará estribos y
cimentaciones mas reforzadas .

7. ELEMENTOS PRINCIPALES DEL BARRAJE
Los elementos son:
 La presa propiamente dicha
 La poza de tranquilizadora o colchón
de disipación
 El enrocamiento o rip rap

8. DISEÑO DEL BARRAJE
 Para el diseño del barraje se considera esta
estructura como si fuera un vertedero de
pared gruesa.
El gasto sobre el barraje esta dado por :
donde:
L=Longitud del barraje en metros
Yc=Tirante critico en metros
2
/
3
*
*
c
Y
L
g
Q 

9.  El perfil de la cresta del vertedero se ajusta
al perfil que tendría la vena liquida al caer
libremente.
Utilizando la formula :
donde:
x e y : coordenadas referidas a la
cresta
Hd : carga de diseño
85
.
0
85
.
1
*
2 d
H
x
y 

10. BOCATOMAS DE BARRAJE FIJO
 Las bocatomas de barraje fijo son aquellas
que tienen una presa solida, para levantar el
tirante frente a las compuertas de captación.
 Esta solución es posible cuando el régimen
del rio es uniforme y la capacidad de
captación de la toma es menor que la
descarga promedio del rio, por lo que no es
necesario ninguna regulación, ya que el
exceso de agua pasara encima de la presa.

11.  Igualmente es aconsejable este tipo de
bocatomas cuando el rio tiene un
transporte de solidos o una capacidad de
transporte apreciable.
 Con el objeto de proteger las riveras
aguas arriba y aguas debajo de la presa
se diseñan muros de encauzamiento y
protección.

12. BOCATOMAS DE BARRAJE MOVIL
 En este tipo de barraje, se consigue la retención
del caudal y elevación del tirante mediante el
cierre del curso del rio por un sistema de
compuertas sostenidas en un conjunto de pilares
y adosadas en sus extremos a los muros de
contención.
 Es conveniente esta solución cuando el caudal de
la captación es igual o mayor de la descarga
promedio del rio o cuando la velocidad de flujo
no es alta debido a la pequeña pendiente del
curso del rio. Como consecuencia el transporte
de solidos es pequeño y no afecta mayormente
al sistema de compuertas.

13. BARRAJE MOVIL

14.  En épocas de avenidas la toma trabaja con las
compuertas abiertas o parcialmente cerradas, de
ninguna manera el barraje móvil debe ser un
obstáculo para el paso del agua; ya que la
obstrucción podría causar remansamientos
desfavorables y en otros casos desbordamientos,
por lo que la altura de los pilares y la abertura de
compuertas debe calcularse para las máximas
descargas .

15. BOCATOMAS DE BARRAJE MIXTO
 Tienen una parte de la presa integrada por
una estructura solida (Barraje fijo) y una
parte integrada por compuertas sustentadas
en pilares (Barraje móvil).
 La parte móvil tiene en ciertos casos muros
guías o separadores del barraje fijo que
forma un canal denominado de limpia y un
segundo canal separado por un vertedero de
rebose lateral que sirve para eliminar las
gravas llamado también desempedradores.

16.  El desempedrador tiene una fuerte pendiente
y al extremo del mismo se instalan
compuertas para la eliminación de los
materiales gruesos.
 Este tipo de bocatoma, se adapta mejor al
régimen variable de los ríos de la costa
Peruana, ya que en la época de estiaje
trabajan únicamente con la regulación que se
efectúa con el barraje móvil, mediante el
cierre o la apertura de las compuertas
mientras que en la época de crecidas trabajan
con las compuertas de limpia abiertas y el
paso libre del flujo encima del barraje fijo.

19. DISENO HIDRAULICO
Es conveniente, 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. En consecuencia es necesario remontar el río con la finalidad de
encontrar un lugar apropiado topográficamente que permita el riego de dichos terrenos,
situación no siempre fácil de encontrar, ya que podría ser que topográficamente sea
factible, pero que geológicamente o de facilidad constructiva no sea lo apropiado; por
lo que a veces es necesario formar la carga hidráulica mediante la construcción de una
presa de derivación que permita elevar el nivel de Ia superficie del agua en el río a fin
de que sea posible captar parte del caudal del río en forma oportuna y eficiente. (ver

20. Barraje Vertedero o Azud.
Altura del Barraje Vertedero
La altura del barraje vertedero está
orientada a elevar o mantener un nivel
de agua en el río, de modo tal que, se
pueda derivar un caudal hacia el canal
principal o canal de derivación.
También debe permitir el paso de agua
excedente por encima de su cresta.
El nivel de la cresta, dará Ia carga
suficiente para derivar el caudal
diseñado para irrigar las tierras servidas

21. De acuerdo a la figura 12 se puede definir que la cota Cc de
la cresta del barraje vertedero será:
Cc = Co + ho + h + 0.20 (en metros)
Donde
Co: cota del lecho detrás del barraje vertedero (del plano
topográfico)
ho: altura necesaria para evitar el ingreso de material de
arrastre (se recomienda ho ≥ 0.60 m).
h: altura que necesita la ventana de captación para poder
captar el caudal de derivación Qd (asumir que funciona como
vertedero.) .20m. sumando de seguridad con el fin de corregir
efectos de oleaje y de coeficientes de la fórmula, pudiendo
ser mayor de ser posible

23. Forma de la Cresta del Barraje Vertedero
Es recomendable dar formas a la cresta de modo tal que
eviten la presencia de presiones negativas que podrían
generar capitación que causen daños al concreto.
Es conveniente aplicar la fórmula del W.E.S. (U.S. Army
Engineers, Waterways Experiment Station) para el
dimensionamiento preliminar pero, es recomendable dar un
poco de robustez debido a que por lo general las fórmulas
dan secciones muy esbeltas y fáciles de ser dañadas por las
erosión del rio (ver fig. 13)

24. Tal como se describirá mas adelante, la sección de barraje
vertedero deberá ir tomando forma para resistir a las
solicitaciones de las fuerzas debido a la presión del agua,
efectos sísmicos, empuje de tierras y subpresión.
Solado o Colchón Disipador
Longitud del Solado o Colchón Disipador
Debido a la colocación del barraje vertedero en el cauce del
río se genera un incremento de energía potencial que, al
momento de verter el agua por encima del barraje se
transforma en energía cinética que causa erosión y por lo
erosivo se construyen estructuras de disipación, conocidas
como: solados (apron), colchón disipador (stilling basin), etc.,
que tienen por objetivo formar un salto hidráulico que logra
disipar la energía cinética ganada por el barraje vertedero.
A continuación se describe el cálculo de la disipación de
energía basada en la longitud del colchón disipador y de los
tirantes conjugados (d1 y d2) necesarios para la formación
apropiada del salto hidráulico.

25. Cálculo de d1 (tirante al pie del barraje vertedero):
De acuerdo a Ia figura 14:
Eo = Co + P + H + VH2/ 2g (3.18) E1 = C1 + dl +V12
/ 2g (3.19) Par Bernoulli : Eo = El + hf 0-1 (3.20)
Reemplazando (3.18) y (3.19) en (3.20) Co + P + H +
VH2 / 2g = C1 + d1 + V12 / 2g + hf 0-1 V12 / 2g = Co –
C1 + P + H + d1 + VH2 / 2g – hf 0-1

26. V1 = (2g x (Co-C1 + P + H –d1 + VH2 / 2g – hf 0-1)) ½
Donde: Co: cota del terreno en 0 C1: cota del colchón
disipador P: altura del barraje H: altura de lámina vertiente
d1: tirante del río al pie del talud hf 0-1: pérdida por fricción
entre 0 y 1 VH : velocidad en Ia cresta del barraje vertedero
V1: velocidad al pie del talud Para resolver (3.21) es
necesario asumir ciertos valores tales como: r= (Co – C1),
(entre 0.5 y 1.0 m.) (3.22) hfo-1 = (0.1 x VH2 / 2g), (en
mts.) (3.23) d1 ≥ 0.1 m. 3.24)
Reemplazando (3.22) y (3.23) en (3.21) V1 = (2g x ( r + p + H
– d1 + 0.9 x VH2 / 2g)) ½
V1 = (2g x ( r + p + H – d1 + 0.9 x VH2 / 2g)) ½ (3.25)
Este valor calculado por la ecuación (3.25) necesita
comprobación, ya que: V1 = Q1 / A1 = Q1 / (b1.d1) = q1 /d1 (3.26)
Donde: q1 = Q1 / b1 (3.27) De (3.26) se tiene:
d1 = q1 / V1 (3.28), Si d1 obtenido en (3.28) es muy
cercano al dl supuesto (en 3.24) se prosigue, o sea cálculo
de d2, en caso contrario se volverá a tantear con otro d1.

27. Calculo del tirante conjugado d2 De la conservación de la
fuerza especifica o momento entre la sección 1 y 2, se tiene:
d2 = -d1 / 2 + (d12 / 4 + 2x (V12 / g) x d1) ½ (3.29)
Comprobando: d2 = dn + r (3.30)
Donde: dn: tirante normal en el río r: profundidad del colchón
disipador La condición (3.30) pocas veces se presenta, por lo
que para buscar un salto sumergido en el colchón disipador, se
acepta que: dn + r = 1.15 x d2 (3.31)

28. Conocidos los tirantes conjugados (d1 y d2) es posible
calcular la longitud necesaria para que se produzca el salto
hidráulico. Existen varias fórmulas empíricas y
experimentales que se dan a continuación, y que por lo
general dan valores un poco conservadores pero que
orientan para la toma de decisiones en el diseño final.
L = (5 a 6) x (d2-dl ) (Schoklitsch) (3.32)
L = 6 d1. F1,
siendo Fl = V1 / (g x d ) ½ (Safranez) (3.33)
L = 4 d2 (U.S. Bureau of Reclamation) (3.34)
Y el método gráfico de U.S. Bureau of Reclamation.
(ver gráfico de la figura 15)
Cálculo de la longitud del colchón disipador

29. De estos valores se elige el mayor, pero sin olvidar el factor
económico que podría afectar el resultado elegido

30. Espesor del Solado o Colchón Disipador
Para resistir el efecto de la subpresión es recomendable
que el colchón disipador tenga un espesor que soporte
el empuje que ocasiona la supresión. (Ver figura 16)

31. La fórmula que permite calcular el espesor conveniente se
basa en que el peso del solado debe ser mayor que la
subpresión, es decir:
W ≥ Sp (3.35) γs . A . e > γ . h . A
De donde:
e = γ. h / γs (3.36)
e = (γ . h) / (γs - γ) (3.37)
La ecuación (3.37) es la corrección por saturación del suelo.
De donde: e = h / ((γs / γ) -1 ) = h / (SGs-1) (3.38) Donde:
SGs : gravedad especifica del suelo
h= ∆h – hf (3.39)
hf= ∆h. (Sp / Sr) (3.40)
Sp: camino de percolación parcial
Sr : camino de percolación total
Recomendaciones:
El espesor dado por (3.38) debe ser corregido por seguridad,
se tiene así: e = (4/3). (h/(SGs- 1)) se recomienda (3.41)

32. Enrocado de Protección o Escollera
Al final del colchón disipador es necesario colocar una
escollera o enrocado (rip - rap) con el fin de reducir el
efecto erosivo y contrarrestar el arrastre del material
fino por acción de la filtración. (Ver figura 17).

33. La longitud de escollera recomendada por Bligh es:
Ls= Lt – Lo (3.42) X1/2
Donde: Lt= 0.67 C (Db .q)½ : longitud total de
escollera (3.43) Lo= 0.60 C D11/2 : longitud del colchón
(3.44) Db: altura comprendida entre la cota del extremo
aguas abajo el colchón disipador y la cota de la cresta del
barraje vertedero, en m. (ver figura 17). D1: altura
comprendida entre el nivel de agua en el extremo aguas
abajo del colchón disipador y la cota de la cresta del barraje
vertedero, en m. (Ver figura l7). q: avenida de
diseño por unidad de longitud del vertedero. C: coeficiente
de Bligh. (Ver tabla 10). Reemplazando (3.43) y (3.44) en
(3.42), resulta: Ls= 0.6 C D11/2 (1.12 (q.Db / D1) ½ -1)
(3.45)

34. Lecho del Cauce (Lane)
Lecho del
cauce Lane
tamaño de
Grano (mm.)
C (Bligh) C (Lane)
Arena
Fina y Limo
Arena Fina
Arena
Gruesa
Gravas
Arena
Bolonería.
Gravas y
Arena
Arcilla
0.005 a 0.01
0.1 a 0.25
0.5 a 1
18
15
12
9
4-6
6 - 7
8.5
7.0
6.0
4.0
3.0
1.6 a 3

35. Control de Filtración El agua que se desplaza por debajo de la
presa vertedero causa arrastre de material fino creando el
fenómeno de tubificación: este problema se agrava cuando el
terreno es permeable.
El ingeniero Bligh recomendo que el camino que
recorre el agua por debajo del barraje vertedero (camino de
percolación) debe ser mayor o igual que la carga disponible
entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del barraje
vertedero afectado por un coeficiente, es decir: S ≥ C. ∆h
(3.46) Donde: S: camino de percolación C: coeficiente de
Bligh ∆h: diferencia de nivel entre el nivel aguas arriba y aguas
abajo del barraje vertedero (Ver figura 18).

36. Este criterio fue corregido por Lane después de observar casi
200 estructuras entre las que funcionaban bien y las que
fallaron. Lane planteo la siguiente expresión: S = 1/3 ∑LH +
∑ Lv > CL. ∆h (3.47)
Donde: LH, LV : suma de longitudes horizontales y verticales
respectivamente, que tenga la sección de la presa. CL : coeficiente de
Lane. (Ver tabla 10). Es por este criterio que se busca alargar el camino
de percolación de un dentellón aguas arriba y aguas abajo, manteniendo
siempre una separación entre ellos, que debe ser mayor que el doble de la
profundidad del dentellón más profundo. Asimismo; se acostumbra a
poner zampeado aguas arriba del vertedero, sobre todo cuando el suelo
es permeable, con el fin de alargar el camino de percolación así como dar
mayor resistencia al deslizamiento y prevenir efectos de erosión, en
especial en épocas de avenidas.
La longitud recomendada por la experiencia es tres veces la carga sobre la
cresta.
La figura 19 muestra el perfil del barraje vertedero con los elementos
dimensionados.

38. Canal de Limpia
Velocidad Requerida para el Canal de Limpia, El canal de
limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de
sedimentos que trata de ingresar al canal de derivación,
así como la eliminación del material de arrastre que se
acumula delante de las ventanas de captación.
Su ubicación recomendada es perpendicular al eje del barraje
vertedero y su flujo paralelo al del río y formando Un ángulo
entre 60 y 90 con el eje de la captación, a menos que se
realice un modelo hidráulico que determine otras condiciones.
En los referente al material que se acumula en el canal de
limpia, el flujo existente en el canal debe tener una velocidad
(Vo) capaz de arrastrar estos sedimentos depositados. La
magnitud de Vo está dada por la siguiente fórmula: Vo= 1.5 c.
d1/2 = 1.5V (3.48)

39. Donde: Vo: es la velocidad requerida para iniciar el arrastre.
C: coeficiente en función del tipo de material; siendo 3.2
pare arena y grava redondeada y 3.9 para sección
cuadrada; de 4.5 a 3.5 para mezcla de arena y grava. d :
diámetro del grano mayor. V : velocidad de arrastre. La
figura 20 presenta una gráfica de la ecuación (3.48)

40. Ancho del Canal de Limpia El ancho del canal de limpia se
obtiene de la relación: B= Qc/q (3.49) q= Vc3/g (3.5)
Donde: B: ancho del canal de limpia, en metros Qc:
caudal a discurrir en el canal de limpia para eliminar el
material de arrastre, en m3/s. q: caudal por unidad de
ancho, en m3 /s/m. Vc : velocidad en el canal de limpia para
eliminar el material de arrastre, en m/s. g: aceleración de la
gravedad, en m/s2. Este ancho sirve de referencia para el
cálculo inicial pero siempre es recomendable que se disponga
de un ancho que no genere obstrucciones al paso del material
de arrastre, sobre todo el material flotante (troncos, palizada,
etc.). Basado en las experiencias obtenidas en ríos del Perú, se
recomienda que el ancho mínimo sea de 5 metros o múltiplo
de este valor si se trata de varios tramos; situación
recomendable para normar el ancho del canal de limpia. (Ver
figura 21).

41. Algunas recomendaciones sobre parámetros o características
del canal de limpia:
a. Caudal en la zona de limpia Se debe estimar el caudal en
la zona del canal de limpia en por lo menos 2 veces el
caudal a derivar o igual al caudal medio del rio.
b. Velocidad en la zona de Limpia Se recomienda que esté
entre 1.50 a 3.00 m/s
c. Ancho de la zona de Limpia Se recomienda que sea un
décimo de la longitud del barraje.

42. Pendiente del Canal de Limpia Es recomendable
que el canal de limpia tenga una pendiente que
genere la velocidad de limpia. La fórmula
recomendada para calcular Ia pendiente critica es:
Ic = n2 .g10/9 / q2/9 (3.51) Donde: Ic :
pendiente critica. g : aceleración de la gravedad,
en m/s2. n : coeficiente de rugosidad de Manning.
q : descarga por unidad de ancho (caudal
unitario), en m2/s. Se debe recordar que, siempre
el fondo del canal de limpia en la zona de Ia
ventana de captación debe estar por debajo del
umbral de ésta entre 0.6 a 1.20 m. Asimismo el
extremo aguas abajo debe coincidir o estar muy
cerca de la cota del colchón disipador.

43. Toma o Captación
3.12.1 Criterios Generales
Ya se ha definido la función del barraje vertedero y del canal
de limpia; a continuación se tratará de la estructura de
captación o toma, la cual está ubicada por lo general aguas
arriba del barraje vertedero, siempre tratando de estar en un
lugar donde el ingreso de sedimentos sea en mínimo (ya se
ha mencionado, que el ideal es el lado exterior de la parte
cóncava de una curva).
En lo que respecta a su cimentación es recomendable que el
lugar elegido reúna condiciones favorables de geología (es
preferible buscar roca para asentar la estructura), de
topografía (que disponga de una cota suficientemente a fin
de disminuir las obras complicadas), y de facilidad
constructiva (objetivo básico para reducir los costos de
construcción).

44. Estructuras Componentes de Ia Toma Tal como se muestra en
la figura 22, describiremos las partes de una toma de acuerdo
al sentido del flujo del agua derivado:

45. Rejillas (Trash Racks) Su objetivo básico es impedir que los
materiales de arrastre y suspensión ingresen al canal de
derivación, los cuales causan obstrucción y desborden aguas
abajo de la captación. Las rejillas platinas unidas mediante
soldadura formando paneles. La separación entre rejillas se
recomienda tomarla de eje a eje; y dependiendo del tipo de
material que se quiere impedir su ingreso la separación variará
entre 0.025m y 0.10m (material fino) y de 0.10m a 0.20m
(material grueso), recomendándose que las rejillas de menor
separación en la parte superior. La colocación de la rejilla
puede ser vertical o con una pequeña inclinación de 1:1/4 para
facilitar su limpieza. Esta limpieza se recomienda que se haga
mediante acción mecánica ya que cuando es manual en épocas
de avenidas es casi imposible ejecutar con la frecuencia debida.
La principal objeción de colocar rejillas es que causa pérdidas,
las cuales deben ser consideradas durante el dimensionamiento
de la altura del vertedero y en el cálculo del tirante en el canal
de derivación.

46. La pérdida de carga que ocasiona una rejilla se puede
calcular por Ia fórmula: H = 1.32 (T.V/D)2. (sen A) .
(sec15/8 B) (3.52) Donde: H : pérdida de carga, en
pulgadas T: : espesor de la platina (rejilla), en pulgadas V: :
velocidad de ingreso a través de la rejilla, en pies/s (Se
recomienda V = 1 m/s). A : ángulo de rejilla con la horizontal
(ver fig. 23) B : ángulo de aproximación (Ver figura 23) D :
separación entre ejes de cada platina, en pulgadas.

47. Ventana de Captación La captación de agua se realiza
mediante una abertura llamada ventana de captación debido a
que se encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de
limpia como mínimo (Ver figura 24). Sus dimensiones son
calculadas en función del caudal a derivar y de las condiciones
económicas más aconsejables. Para dimensionar la ventana de
captación se debe tomar en cuenta las siguientes
recomendaciones: Ho : altura para evitar ingreso de material
de arrastre; se recomienda 0.60 m. como mínimo. Otros
recomiendan ho > H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea
ho menor será el ingreso de caudal sólido. h : altura de la
ventana de captación; es preferible su determinación por la
formula de vertedero: Q = c. L . h 3/2 (3.53) Donde:
Q : caudal a derivar más caudal necesario para operación del
sistema de purga. C : coeficiente de vertedero, en este caso
1.84 L : longitud de ventana que por lo general se asume entre
3 a 4 m.

49. Cámara de Decantación o Desripiador Después que el agua
rebosa el vertedero de la ventana de captación, es necesario
atrapar o decantar el material que ha podido pasar a través
de la rejilla; a esta estructura que realiza la decantación y
aquietamiento del agua antes que éste ingrese a la zona de
compuertas de regulación, se le conoce como cámara de
carga, cámara de decantación a desripiador. (Ver figura 25)

50. En lo referente a su diseño, algunos autores lo dimensionan
asumiendo que el espacio entre las ventanas de captación y
las compuertas debe ser igual a la longitud del resalto,
considerando que se produce un resalto sumergido, criterio
que asume que siempre se va atener una sección trapezoidal
o similar. En nuestra opinión, es preferible diseñar en función
de generar una velocidad que permita un arrastre del material
que pudiera ser decantado, para lo cual es necesario dar una
fuerte pendiente paralela al flujo en el río; pero esto está
limitada por la cota de salida que le permite al río, sobre todo
en épocas de avenidas. Se recomienda una pendiente mayor
de 2%.
Asimismo es conveniente que la compuerta de limpia tenga
una abertura capaz de descargar el caudal de derivación en el
mejor de los casos, pero es practica común darle un ancho de
1.50 m. a la compuerta.

51. Compuerta de Regulación Son aquellas compuertas que
regulan el ingreso del caudal de derivación hacia el canal
principal (ver figura 26). Por lo general se recomienda que el
área total de las compuertas sea igual al área del canal
conducto aguas abajo. Asimismo se recomienda que Ia
velocidad de diseño sea de 2.0 a 2.5 m/s.

52. El caudal que pasa por cada compuerta se calcula mediante la
siguiente fórmula: Q = C. A. (2gh)1/2 = C. A. V (3.54)
Donde: Q : caudal que debe pasar por la compuerta (m3/s) C
: coeficiente de descarga, su valor está entre 0.6 a 0.8 A :
área de abertura de la compuerta (m2) g : aceleración de la
gravedad (m/s2) h : diferencia de niveles entre aguas arriba
y a. abajo de la compuerta (m). En (3.54), conociendo V (del
valor de diseño recomendado), se determina h (por lo general
se estima entre 0.15 a 0.30 m) y luego se halla el valor de A..
Cuando se tiene una luz grande es conveniente dividir la luz
en varios tramos iguales para disponer de compuertas más
fáciles de operar.

53. Transición De acuerdo al criterio del diseñador, algunas veces
se suele unir las zonas de las compuertas con el canal
mediante una transición. que a la vez permite reducir las
pérdidas de carga. Para determinar la longitud requerida se
aplica el siguiente criterio: L = (b1-b2) / (2tg12°30’)
(3.55) Donde: b1 : ancho de la zona de compuertas b2 :
ancho del canal de derivación

54. Estructuras de Disipación Coma producto de la carga de
posición ganada por colocación de la cresta del vertedero de
derivación a una altura sobre el lecho del río, se genera una
diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es
necesario controlar mediante la construcción de una
estructura de disipación (ver figura 26). Esta estructura por
lo general tiene un colchón o poza disipadora, que permite
disipar dentro de la longitud de la poza de energía cinética
adquirida del flujo y así salir hacia el canal de derivación un
flujo más tranquilo

55. Aliviaderos En algunos casos por mala operación de las
compuertas de regulación ingresa mayor cantidad de caudal
al canal de derivación; para controlar esta situación no
deseada es necesario colocar un aliviadero. Por lo general los
aliviaderos se colocan cerca de las compuertas de
regulación.( ver figura 27

56. Muros de Encauzamiento Son estructuras que permiten
encauzar el flujo del río entre determinados limites con el fin
de formar las condiciones de diseño pre-establecidas (ancho,
tirante, remanso, etc.; ver figura 28).

57. Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto
armado. Su dimensionamiento esta basado en controlar el
posible desborde del máxima nivel del agua y evitar también
que la socavación afecte las estructuras de captación y
derivación. En lo referente a la altura de coronación que estas
estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior
esté por lo menos 0.50 m por encima del nivel máximo de
agua. Con respecto a su cota de cimentación, se recomienda
que ésta debe estar por debajo o igual a la posible
profundidad de socavación (ver diques de encauzamiento).
Con la altura definida se puede dimensionar los espesores
necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el
relleno y altura de agua; es práctica común diseñar al volteo,
deslizamiento y asentamiento.

58. Diques de Encauzamiento En la mayoría de los casos, al
colocar un obstáculo (barraje) en un río, por un remanso
hacia aguas arriba podría causar inundaciones a los terrenos
ribereños, situación no deseada que se podría agravar si el
río forma un nuevo cauce coma consecuencia del remanso y
que podría dejar aislada a la bocatoma. Para controlar esta
situación se construyen diques de encauzamiento por lo
general del tipo escollera si existen canteras de rocas en la
zona del proyecto. Su dimensionamiento se realiza en
función de la altura que puede alcanzar el tirante del agua en
la zona de remanso: usualmente, la cota del dique se debe
colocar con un borde libre (B.L) de 0.50m por encima del
tirante. La figura 29 presenta la sección típica recomendada.

60. Cálculo del Tamaño de Roca, se presentan dos métodos que permiten
dimensionar el tamaño medio del enrocado.
El primer método emplea la siguiente fórmula:
Db=(b/Ω).(V2/2g).(1/f) (3.56)
Donde: f= (1-sen2a/sen2φ)1/2 (3.57)
Ω = ( γs-γa) / γa = (SG-1) (3.58)
Db: diámetro de roca, en mm. V: velocidad del río, en m/s.
SG: gravedad especifica de la roca, en kg/m3
γs: peso especifico de la roca, en kg/m3
γa: peso especifico del agua, en kg/m3
b: coeficiente (1.4 para nuestros ríos)
g: aceleración de la gravedad, en m/sg2
a: ángulo del talud del dique (1:1.5. ~ 33°)
φ: ángulo de fricción interna

61. El otro método recomendado es usando los gráficos de
las figuras 30 y 31; el primer gráfico nos da el
diámetro de la roca para iniciar el movimiento,
asumiendo peso especifico de la roca igual a 2.64
Tn/m3 y en función de la fórmula:
W=13.75 x 10-3 V6 (3.59) Donde: W: peso de la
roca, en Kg
V: velocidad media en el cauce, en m/s
El segundo gráfico nos da la relación entre la velocidad
media actuante sobre la roca (Vo) y la velocidad media
en el cauce (V) mediante la siguiente fórmula: Vo / V
= 0.71 / (0.68 Log (d/k) + 0.71) (3.60)

62. Este método se basa en que, se conoce el tirante en el
cauce (d), la velocidad en el río (V) y se desea conocer
el diámetro nominal de la roca (k) para resistir una
velocidad media sobre ella.
El proceso consiste en asumir un diámetro (k) y
aplicando la ecuación (3.60) calcular (Vo), luego se
comprueba el valor del diámetro supuesto con la
utilización del gráfico de la figura 30 que permite
ajustar el valor del diámetro supuesto.
Es recomendable que el enrocado descanse sobre un
filtro cuya misión es impedir que el agua al entrar en
contacto con el talud se introduzca por los intersticios y
que podría arrastrar el material conformarte del núcleo
del enrocado.

63. Donde: D15f : diámetro de grano del material de filtro del cual el 5% de
todos los granos son más pequeños. D15b: diámetro de grano en el material
de base del cual el 15% de todos los granos son más pequeños. D85f :
diámetro del grano del material del filtro del cual el 85% de todos los
granos son más pequeños. D85b: diámetro del grano del material de base
del cual el 85% de todos los granos son más pequeños. M: mayor
dimensión de abertura entre rocas, a través del cual el filtro va a defender el
arrastre del material conformarte del dique.
La curva del material de filtro debe tener una graduación paralela al
material de base apoyo. Para calcular la profundidad de socavación se
recomienda la siguiente fórmula: Hs =1.25 h (0.6 - V1/V2) (3.64)
Donde: H : profundidad de socavación, en m V1: velocidad de socavación,
en m/s V2: velocidad superficial, en m/s H: tirante en el río, en m
Para el filtro en mención, se recomienda que cumpla
las siguientes especificaciones: D15f / D15 b = a;
5 < a < 40 (3.61) Dl5f / D85b = b; b ≤ 5
(3.62) D85f / M = c; c ≥ 2 (3.63)

65. Diseño de Compuertas de Limpia Gruesa Con el desarrollo de la tecnología
peruana en la construcción de compuertas, el diseño de las compuertas ha
caído en el campo de la ingeniería mecánica: pero es necesario que el
aspecto hidráulico precise las condiciones que guíen el dimensionamiento de
las compuertas de limpia gruesa,
así se recomienda:
a. Altura El nivel de la corona de la compuerta debe estar 0.20 m. por
encima de la cresta del vertedero.
b. b. Tirante máximo de agua de diseño Es aquel que se genera cuando Ia
compuerta funciona tipo rebose libre (overfliw).
c. Tirante de agua de rebose permisible 0.30 a 0.50 m.
d. Altura de izaje La compuerta debe estar 1.5 a 2.0m más alto que el
máximo nivel de agua con la avenida de diseño.
e. Velocidad de izaje Se recomienda 30 cm/minuto, es conveniente tener en
cuenta que los costos aumentan cuando aumenta la velocidad de izaje.
f. Tipo de izaje El uso de cables es recomendable cuando las luces son
considerables y el de vástagos cuando las luces son pequeñas.
g. Coeficiente de seguridad El coeficiente de seguridad del acero se puede
asumir entre 3 y 4. h. Plancha

66. EI espesor mínimo debe estar entre 6 y 10 mm. Se debe considerar
siempre el efecto de corrosión. En 1o referente al dimensionamiento del
área del tablero, se recomienda usar la siguiente fórmula: A = Q / (c.
(2 g H )1/2) (3.65) Donde: Q: caudal que pasa a través de la
compuerta
A: área del tablero de la compuerta
C: coeficiente de descarga; se usa 0.60 para compuertas deslizantes y
0.72 para radiales.
g: aceleración de la gravedad. H: carga efectiva sobre la compuerta.
Con el área (A) obtenida, se puede calcular el tipo de mecanismo
necesario para el izaje de la compuerta mediante la obtención de la
fuerza de izaje total (F), que permite el levantamiento de la compuerta
de área (A), de peso (W) y con Ia utilización de un vástago de peso (w).
La siguiente formula permite calcular la fuerza necesaria que debe tener
un mecanismo de izaje para levantar la compuerta: F= A .H .f + W + w
(3.66)
Donde: A: área de la compuerta H: carga efectiva sobre la compuerta f:
coeficiente de fricción; asumir 0.7 como valor conservador. W: peso de la
compuerta. w: peso del vástago.

67. VISITA TECNICA A LA BOCATOMA LA ACHIRANA, MIENTRAS NO
CONTAMOS CON LABORATORIO, ES UNA BOCATOMA MIXTA

68. DESDE EL MIRADOR, SE PUEDE EVALUAR EL SISTEMA DE
PROTECCION RIBEREÑA DEL RIO ICA, SECTOR LOS
MOLINOS

69. BOCATOMA LA ACHIRANA SE EVALUA EL UNICO DESARENADOR
EN EL RIO ICA
BOCATOMA LA ACHIRANA SE APRECIA EL BARRA
BARRAJE MOVIL, LAS VENTANAS DE CAPTACION,
PUENTE DE MANDO, ADEMAS DEL ENCAUZAMIEN
SUS DEFENSAS RIBEREÑAS

70. BARRAJE
FIJO
BARRAJE
MOVIL
BOCATOMA LA ACHIRANA SE APRECIA EL BARRAJE FIJO, EL
BARRAJE MOVIL, LAS VENTANAS DE CAPTACION, EL PUENTE DE
MANDO, ADEMAS DEL ENCAUZAMIENTO CON SUS DEFENSAS
RIBEREÑAS

71. ENLACE DEL BARRAJE FIJO Y EL DIQUE DE
REPRESAMIENTO CON ENROCADO EN SU CARA
HUMEDA

72. BARRAJE FIJO Y LA POZA DISIPADORA DE ENERGIA

73. INGRESO DE LAS AGUA AL CANAL LA ACHIRANA, MEDIANTE
UNA RAPIDA Y UNA POZA DISIPADORA DE ENERGIA,
PASANDO EL FLUJO DE SUPERCRITICO A SUBCRITICO

74. CANAL DE CONDUCCION DEL CANAL LA ACHIRANA
COMPORTAMIENTO DEL AGUA EN CURVAS

75. EXCESIVA INFILTRACION DE AGUA HACIA EL TERRENO COLINDANTE A LA
BOCATOMA