Rejilla de fondo

OBRAS DE TOMA CON REJILLA
DE FONDO, CAUCASIANA,
TIROLESA
14/12/2015 MSc. Carmen Mireya Lapo Pauta

Los ríos de montaña y torrentes tienen las
siguientes características:
•Pendientes fuertes de hasta 10% o más.
•Crecientes súbitas causadas por aguaceros de corta
duración y que llevan gran cantidad de piedras.
•Grandes variaciones diarias de caudal cuando
provienen de nevados.
•Pequeño contenido de sedimentos finos y agua
relativamente limpia en estiaje.

Las obras de toma convencional tienen las
siguientes desventajas:
•El azud debe estar levantado una cierta altura sobre
el fondo del río para poder captar el agua, por lo que
las obras de disipación de energía son bastante
costosas.
• La compuerta de purga tiene eficiencia baja por lo
que algunas piedras quedan en la reja; si no hay
mantenimiento constante los sedimentos tapan la reja
causando daños en la captación.

Con el fin de subsanar estos efectos se ha diseñado un
tipo diferente de toma llamado tipo tirolesa o
caucasiano.
Consiste en una rejilla fina de fondo ubicada
horizontalmente o con una pequeña inclinación sobre
una galería hecha en el cuerpo del azud y que conecta
con el canal.

La presa que cierra el río consta de tres partes:
•Un tramo en la orilla opuesta al canal que se
compone de un azud macizo sobre el cual vierte el
agua en creciente, este azud debe tener un perfil
hidrodinámico, normalmente diseñado con
coordenadas Creager.
•Un tramo central con rejilla

•Un tramo hueco que tiene en su interior la galería
que conduce el agua desde la rejilla del canal; la
galería está tapada con una losa de hormigón
armado y en la parte superior sigue el mismo perfil
del azud. Cuando la rejilla está pegada a la orilla,
este tramo se suprime.
Luego de la presa se construye un zampeado cuyas
dimensiones dependen de la altura de la presa y el
caudal de la creciente.

CÁLCULO Y DISEÑO DE LA REJA DE ENTRADA
Consiste en diseñar la rejilla de entrada, de tal
manera que impida el paso de sedimentos gruesos al
sistema.
El caudal que entra por la rejilla viene dado por la
ecuación:
055.2 HLbkCQ r 

Ancho de la rejilla:
2
3
)(
313.0
LrkC
Q
b



Siendo:
Q = caudal de diseño de captación, (m3/s).
C = coeficiente de contracción en
platinas según la
disposición de los hierros en la rejilla y
la inclinación.
k = coeficiente de reducción de área.
Lr = longitud de la rejilla en sentido del flujo,
(m).

Inicialmente adoptamos la longitud de la rejilla Lr,
este puede ser un valor pequeño para controlar
la entrada del flujo a la cámara y teniendo en
cuenta el caudal a captar.
Los parámetros C y k son coeficientes que toman
en cuenta las condiciones geométricas de la
rejilla.

Factor C:
 iCoC  325.0
Siendo:
i = tan A: inclinación de la rejilla en %. (La rejilla debe
tener una inclinación con la horizontal entre 0º y 20º
para facilitar el paso de las piedras, pero según
Bouvard se podría llegar hasta 40º)
Co = 0.6 para e/s > 4
Co = 0.5 para e/s < 4 4
FACTOR C

e = altura de un barrote, (m).
s = espaciamiento entre barrotes,
(m).
f = porcentaje de obstrucción en la
rejilla debido a gravas
y arenas, se toma entre 15% al
30%








ts
s
fk )-1(
FACTOR K

s
b
espaciosdenúmero 
1 espaciosdenúmerobarrotesdenúmero
NÚMERO DE BARROTES EN LA REJILLA:
s t s
e
Lr
b

CÁLCULO Y DISEÑO DE LA GALERÍA
El caudal que entra a la GALERIA es variable, lo que
ocasiona pérdidas debido a la turbulencia de la
entrada, las mismas que deben ser tomadas en
consideración para el diseño geométrico de la galería.
Az u d o d iq u e
G a le ría
H c r
b
Fuente: Adaptado de KROCHIN Sviatoslav (1986), Diseño hidráulico,
editorial universitaria, tercera edición, Quito-Ecuador, Pág. 94.14/12/2015 MSc. Carmen Mireya Lapo Pauta

3
2
2
Lrg
Q
Yc

 YcgVc 
El caudal en la galería bajo la rejilla es un flujo de
caudal variable en ruta. Para determinar su sección se
diseñará para condiciones de flujo subcrítico:
a.- Se calcula la profundidad (Yc) y la velocidad
crítica (Vc):

YcH  1.12
3
2
3
2
2
2
2
3
1
JbJb
H
H
Yc
H






 



b. Cálculo de la altura del agua al final del canal
recolector:
c. Cálculo de la altura del agua al inicio del canal
recolector:

22
bazuddelancho
Lg 
bLg 
d) Determinación de la longitud de la galería
Caso 1) Si la rejilla está ubicada en el lado opuesto
del desripiador, L es igual al ancho del azud.
Caso 2) Si la rejilla está ubicada en el centro,
Caso 3) Si la rejilla está junto al desripiador

Lg
Lg
Lg
Lg
Ancho del muro

A
Q
V 2
2V
e) Chequeo de las condiciones de flujo.
La velocidad al final del canal recolector es:
Luego:
< Vc, lo que asegura condiciones de flujo
subcrítico

DATOS:
Caudal de diseño = 0,14 m³/s
Caudal de estiaje = 0,10 m³/s
Caudal de máxima crecida = 17,30 m³/s
Ancho de la captación (azud) = 3,50 m
Pendiente del río (J ) = 5 %
n (lecho y bordes con hierva) = 0,03
Cota de coronación del perfil = 2900,64 m
Elevación del azud (P) = 0,64 m
Altura de los barrotes (pletina) e= 25,00 mm
Espesor de barrotes (t)= 9,50 mm
Separación entre barrotes (s)= 20,00 mm
Pendiente de la rejilla (i) = 0,30
Porcentaje de obstrucción (f) = 0,25
Pendiente del fondo de la galería (J) = 5,00 %
Longitud de la rejilla (Lr asumida) = 0,45 m
EJERCICIO 1

3.5 m
2900,64
P = 0.64 m
2900,00

a.- Determinación de la relación e/s.
25.1
20
25

mm
mm
s
e
Co = 0.6 para e/s>4
Co = 0.5 para e/s<4
Como e/s = 1.25 <4 , entonces Co= 0,5

31.0º17tan i
iCoC 325.0
31.0*325.050.0 C
40.0C
51.0
50.920
20
)25.01(
)1(

















k
k
ts
s
fk
Si A = 17º

2
3
2
3
)()(
313.0
LrCk
Q
b 
2
3
2
3
)45.0()51.040.0(
140.0313.0


b
mb 57.1
b.- Cálculo de b (ancho efectivo de la rejilla)
Lr = 45 cm longitud de la rejilla asumido
b=157cm Ancho efectivo de la rejilla

s
b
espaciosdenumero 
cm
cm
espaciosdenumero
2
157

5.78espaciosdenumero
1 espaciosdenumerobarrotesdenumero
178barrotesdenumero
77barrotesdenumero
Nº DE PLATINAS O BARROTES

   tbarrotesnúmerosespaciosnúmerob `
   cmucmub 95.077278` 
cmb 229`
CALCULO DEL ANCHO TOTAL DE LA REJILLA.

2
55.2








LrbKC
Q
Ho
2
45.057.151.04.055.2
140.0







Ho
mHo 14.0
Altura de agua para el caudal de diseño
Esto significa que la rejilla estará a 14 cm por debajo
de la cresta del azud las dimensiones finales de la
rejilla son:
b’ =229cm
Lr =45cm

2.29

mYc
Yc
gLr
Q
Yc
21.0
)45.0(81.9
)140.0(
3
2
2
3
2
2




smVc
Vc
YcgVc
/45.1
21.081.9



CALCULO DE LA GALERÍA
a) Se calcula la profundidad (Yc) y la Velocidad Critica
(Vc)

YcH  1.12
21.01.12 H
24.02 H
b) Cálculo de la altura del agua al final del canal
recolector

3
'2
3
'2
2
2
2
3
1
JbJb
H
H
Yc
H






 



3
05.029.22
3
05.029.2
24.0
24.0
)21.0(2
23
1






 


H
mH 267.01 
c) Cálculo de la altura de agua al inicio del canal recolector
J: 5% pendiente de fondo de la galería

murodelanchobLg  `
mLg
Lg
49.2
2.029.2


•Determinación de la longitud de la Galería:
Ancho del muro = 0.20m (supuesto)

•Chequeo de las condiciones de flujo:
El dimensionamiento del canal es de 0.45 de ancho por
0.24 +( franco de seguridad )= 31 cm.
0.24m
0.45m
0.31m

2
2
A
Q
V 
24.045.0
14.0
2

V
smV /30.12 
La velocidad crítica es Vc = 1.45m/s; V2 < Vc lo que
asegura condiciones de flujo subcrítico.
22 HLrA 

CAPTACIÓN SUMERGIDA
CON PLACA PERFORADA

EJERCICIO 2.
Dimensionar una captación con la alternativa de
captación sumergida utilizando una placa perforada
para una corriente de agua que presenta las
condiciones siguientes:
•Ancho promedio del cauce: 2.00m
•Caudal mínimo: 20.00 L/s
•Caudal máximo: 400L/s
•Caudal de diseño: 12L/s

•Cálculo de la placa perforada
Para controlar el paso de piedras grandes que
puedan obstruir el sistema se utiliza una placa
perforada que posee las siguientes características:
•Diámetro de agujeros: 1.5cm
•Coeficiente de descarga (C): 0.5
•Número de agujeros por metro cuadrado (n): 816
•Inclinación de la placa (): 15º

totalárea
orificiosdeárea
e 
 
2
2
1
4
m
n
e
 

  144.0
14
015.0816 2





e
•Cálculo de e
Se considera inicialmente 1m2 como área total

•Cálculo del caudal
  5.0
2 EgbCeLrQ 
Donde:
Q - caudal derivado (m3/s)
Lr - Dimensiones de la placa en la dirección de la corriente (m)
e - Relación entre el área libre y el área total de la placa
C - coeficiente de descarga
b - Dimensiones de la placa en la dirección normal de la corriente (m)
E - Energía específica sobre la reja (m)
Primeramente se necesita calcular el dimensionamiento de la placa
(Lr y b) y la energía específica (E).

3
2
2
1
gB
Q
YY c 
cmY
mY
Y
c
c
c
3.2
0232.0
80.18.9
020.03
2
2




En forma simplificada se supone que la altura del
agua sobre la placa es igual a la profundidad crítica.
Se considera el caudal mínimo y el ancho de la losa
donde se coloca la placa es B=1.80 m (asumimos).

YcB
Q
ónaproximacidevelocidad

 min
smVaónaproximacidevelocidad
Vaónaproximacidevelocidad
/47.0)(
0232.080.1
020.0
)(



smsm /50.0/47.0 
Chequeo de la velocidad

g
V
YE
2
2
1 
mE
E
035.0
81.92
47.0
0232.0
2



Energía específica

  5.0
2 EgbCeLrQ 
 
sLQ
smQ
Q
/18.14
/014.0
0344.081.9280.050.0144.030.0
3
5.0



)(/20/14 mínimocaudalsLsL 
Caudal
Lr = 0.30m asumido
b = 0.80m asumido

2
24.08.03.0 m
19681624.0 
La sección de la placa es:
y tendrá un número de orificios igual a:

•Cálculo del canal recolector
Se adopta una sección rectangular con un ancho
b` = 30cm y una pendiente So = 0.030, la misma que
es adecuada para autolimpiar los sedimentos.
H1: Altura del agua
h: Borde libre
H
N.A.
Placa perforada

cYH 1.12 
3
2
2
`gb
Q
Yc 
cmY
Y
Y
c
c
c
06.6
0606.0
30.081.9
014.03
2
2




cc YgV 
smV
V
c
c
/77.0
0606.081.9


Para el diseño del canal se toman las condiciones de flujo
sumergido y subcrítico; y se supone que:
De acuerdo a la geometría del cauce, la longitud del canal
es L = 1.4m

cYH  1.12
cmH
mH
H
67.6
0667.0
0606.01.1
2
2
2



Calculo de la altura del agua a la salida del canal
en condiciones de flujo sumergido:

3
2
3
2
2
2
2
3
1
SLSL
H
H
Y
H c 





 



cmH
mH
H
9.6
069.0
3
030.04.12
3
030.04.1
0667.0
0667.0
0606.02
1
1
23
1








 



Altura del agua en la entrada del canal (H1) es:

A
Q
salidaV 
smsalidaV
salidaV
/70.0
0667.030.0
014.0



smsm /77.0/70.0 
Chequeo de la velocidad:
Es decir tiene flujo subcrítico
2' HbA 

Se observa que el agua alcanza una altura promedio
de 6.9cm, a lo que hay que adicionar el borde libre.
Para fines constructivos las dimensiones de la
canaleta serán de 0.30m x 0.20m.
Por facilidad de construcción es posible sustituir la
canaleta por un tuvo PVC recto, para lo cual se
determina cual será el diámetro mínimo.

2
2
600
06.0
20.030.0
cmA
mA
canaletaA



600
4
2

D
"8.10
6.27
4600




D
cmD
D

La canaleta podría ser sustituida adecuadamente por
un tubo PVC recto de 1.4m de largo y un diámetro
mínimo de 11”

1.60 m

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