Este documento presenta información sobre el diseño hidráulico y estructural de bocatomas. Describe elementos como ventanas de captación, pilares, muros de encauzamiento y pozas disipadoras. Explica consideraciones de diseño como el cálculo de caudales, alturas y dimensiones requeridas para captar y derivar el agua de manera segura y eficiente.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA SELVA CENTRAL
“JUAN SANTOS ATAHUALPA”
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
DOCENTE:
Mg. Ing. Ortiz Llanto, DENNYS
ASIGNATURA:
Estructuras Hidráulicas
INTEGRANTES:
▪ ARCOS CERRON
▪ x
▪ GARAMENDE BAUTISTA, Fredy Joel
▪ LIMA QUISPE, DARIO
▪ MARCELO CAÑARI, Treyci
▪ PANTOJA ALANYA, JORGE
▪ TAIPE SANCHEZ, Anthony Josué
BOCATOMAS II

2. VENTANAS DE CAPTACION
Definición
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. Sus
dimensiones son calculadas en función
del caudal a derivar y de las condiciones
económicas más aconsejables

3. El agua se capta por medio de un orificio que
se encuentra en una o en ambas márgenes.
Este orificio es provisto de barrotes verticales
o ligeramente inclinados que impiden el paso
del material flotante y de piedras mayores al
espacio entre los mismos.

4. Consideraciones de una ventana de captación
ho
h
Altura para evitar
ingreso de material
de arrastre
𝑄 = 𝑐. 𝐿. ℎ
3
2
Altura de la venta
na de captación

5. ESTRIBOS O PILARES
Son estructuras por las que se
deslizan las compuertas,
también sirven de la losa de
operación, pasos peatonales y
como puente.
PILARES DE
BOCATOMA
Los pilares están
considerados dentro de
un barraje móvil.

6. LA ALTURA DEL PILAR
La altura del pilar (Hp) Debe ser tal que en ningún momento
el agua cubra el mecanismos de izaje o de losa de
operación.
Hp=1.25(p+Ho)
P : Altura del aliviadero sobre fondo del río.
Ho: Carga de diseño.
LA PUNTA O TAJAMAR
Ka: de forma generalmente
triangular o redondeada, para
ofrecer la menor resistencia a
la corriente del agua.
ESPESOR DEL PILAR (e)
El espesor del pilar para el predimensionamiento es:
e = c/4
c:luz libre entre pilares
El pilar debe llevar dos ranuras. Una de ellas sirve para colocar las ataguías,
que son compuertas provisionales que se colocan sólo caso de reparación o
mantenimiento de las compuertas permanentes.
Diseño Hidráulico de un pilar

7. Para analizar estructuralmente un pilar de bocatoma, se debe seguir lo
siguiente.
1. Debe trabajar a compresión (la resultante en el núcleo central) la situación
más desfavorable es considerar cerrada una compuerta, actuando el
empuje del agua en una de las caras del pilar.
El análisis debe hacerse para la máxima carga de agua en el río y a diferentes
alturas del pilar.
Las fuerzas actuantes son:
ab = bc = cd = 1/3 e
Fuerzas que se presentan en el pilar.
Donde:
FH : Empuje del agua.
W : Peso del pilar más zapata más el
peso de la losa de operación área de
influencia.
SV : Fuerza del sismo vertical
SH : Fuerza del sismo horizontal
VC : Fuerza del sismo cobre el agua
SP : Subpresión
FV : Peso del agua actuando sobre la
cimentación
Diseño Estructural de un pilar

8. 2. Verificar la capacidad portante del
terreno.
3. Deslizamiento: Si es solo una
compuerta deberá considerarse la
mitad del empuje sobre la compuerta
que es transmitida a la ranura del pilar
que como apoyo.
4. Colocar acero de temperatura en
ambas caras, un doble refuerzo en las
ranuras (aquí existe concentración de
esfuerzo, siendo las zonas que
debilitan el pilar).
5. f’c = 210 kg/cm2
Detalle en planta de la distribución
del empuje del agua (sobre la
compuerta y el pilar)
Detalle en planta de las fuerzas
que actúan en el pilar.

9. MUROS DE ENCAUZAMIENTO
• Son estructuras que permiten
encauzar el flujo del río entre
determinados límites con el fin de
formar las condiciones de diseño
preestablecidas (ancho, tirante,
remanso, etc.)
• Estas estructuras pueden ser de
concreto simple a de concreto
armado y evitan la socavación de las
estructuras de captación y derivación.
• La altura total del muro es mayor
que el nivel del terreno natural.
• Además se recomienda que la altura
máxima este por lo menos 0.50 m
sobre el nivel máximo del agua.

10. Tipos de Muros de Encauzamiento
MUROS DE GRAVEDAD
MUROS EN VOLADIZO
MUROS CON CONTRAFUERTE
Son muros de gran masa y dependen
principalmente de su peso propio para asegurar la
estabilidad; no llevan ningún refuerzo; son muros
económicos para alturas bajas, hasta 3.00 - 3.50
metros aproximadamente.
Son muros en concreto armado cuyo perfil común
es el de una T o L, utilizan parte del peso del
relleno para asegurar la estabilidad; es el tipo de
muro de mayor uso; y resulta económica hasta
alturas de 6.00 metros aproximadamente.
Están constituidos por placas verticales que se
apoyan sobre grandes voladizos espaciados
regularmente que se denominen contrafuertes; este
tipo de muro es conveniente cuando las alturas son
mayores a 6.00 metros.

11. Elección del tipo determinado de muro
La función que debe cumplir. Las condiciones del terreno.
Los materiales de construcción
disponibles.
La economía en general.

12. Consideraciones de diseño
GASTO DE DISEÑO
ESTRUCTURA
ALTURA
DRENAJE

13. Ventana de captación
• En estiaje el vano de la reja funciona
como un vertedor. La carga necesaria
viene del remanso producido por el azud
Altura del umbral del orificio (hu) :
h𝑢 = 3𝜑 + 𝐵𝐿 h𝑢: 0.50 𝑎 1.50 𝑚
DISEÑO HIDRÁULICO- FLUJO LIBRE
Altura del barraje fijo-vertedero de cimacio
• La altura del Barraje vertedero tiene el objetivo de mantener una altura de agua en el río ,
garantizando un caudal por el canal de derivación.
• Para el logro de este objetivo se ubicará y dimensionará primero la ventana de captación.
DISEÑO HIDRAULICO

14. Diseño hidráulico - flujo libre vertedero
Altura del tirante sobre el
vertedero (h):

15. Ventana de captación- rejillas
Son platinas unidas mediante soldadura formando paneles . Para facilitar
la limpieza , la colocación de la rejilla puede tener una pequeña
inclinación de 1:1/4 .
Pérdidas de carga (hr): La fórmula de CREAGER nos da un buen criterio
para evaluarla.

16. Diseño hidráulico - Orificio
Para orificios con descarga completamente
sumergida.
• Cd=0,675. Coeficiente de descarga para orificios de pared delgada
• 𝑨𝒐: área del orificio
• ∆𝒉: 𝐝𝐢𝐟𝐞𝐫𝐞𝐧𝐜𝐢𝐚 𝐝𝐞 𝐧𝐢𝐯𝐞𝐥𝐞𝐬

17. Ejemplo de aplicación

18. 𝑉𝑖𝑛𝑔 =
𝑄
𝐴
=
3.7
2.2 ∗ 1.05
= 1.602 𝑚/𝑠
ℎ𝑟 = 0.3536 ∗
1.3462
2 ∗ 9.81
= 0.0327 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑜𝑏𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑗𝑎𝑠

29. DISEÑO
ESTRUCTURAL
DE BOCATOMAS

30. Condiciones de diseño
• Asegurar la derivación permanente del caudal de diseño y de los
caudales menores que sean requeridos.
• Proveer un sistema para dejar pasar la avenida de diseño, que tiene
gran cantidad de sólidos y material flotante.
• Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios apropiados
para su evacuación.
• Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables.
• Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte.

31. Criterios de diseño Altura de barraje
Es la suma de la altura a la
cual se encuentra la ventana de
captación, la altura de esta
ventana y el borde libre que se
da por seguridad.

32. Poza disipadora
Primero es necesario conocer el tirante a pie del
barraje y su tirante conjugado, lo cual se calcula
usando la ecuación de energía al inicio y al final.
𝐸𝑂 = 𝐸1 + ℎ𝑓
Se toma como referencia el nivel de terreno natural
y siendo ∆𝑧 la profundidad de la poza, la altura de
barraje H, la altura de la lámina de agua 𝐻𝑑 se
obtiene la siguiente ecuación.
𝐻 + 𝐻𝑑 +
𝑉𝑂
2
2𝑔
= 𝑦1 − ∆𝑧 +
𝑉1
2
2𝑔
+ ℎ𝑓
El valor de 𝐻𝑑 se calcula usando la ecuación de
vertedero. 𝐻𝑑 = (
𝑄
𝐶𝐿
)
2
3
El tirante conjugado se calcula usando la ecuación
que se obtiene del principio de fuerza específica.
𝑦2
𝑦1
=
1
2
( 1 + 8𝐹1
2
− 1

33. Análisis de estabilidad del barraje
Tendiendo en cuenta que el barraje es un elemento de concreto, el cual logra la estabilidad
debido a su propio peso. El análisis se debe desarrollar bajo la condición mas severa (CAUDAL
DE AVENIDA). Las fuerzas tomadas en cuenta son:
PESO PROPIO DEL
BARRAJE
Es la fuerza mas
importante, ya que
se trata de un
elemento de
gravedad, la cual
debe poder
contrarrestar las
fuerzas desfavorables
y así lograr la
estabilidad.
EMPUJE DEBIDO A
LA SUBPRESIÓN
Esta fuerza surge del
empuje generado
por el agua filtrada
en la base del barraje
EMPUJE DEBIDO AL
LECHO DE RÍO
En este caso sobre la
carga aguas arriba
del barraje existe un
espesor de sólidos
los cuales son parte
del lecho del río,
ellos producen un
empuje en la
estructura.
EMPUJE
HIDROSTÁTICO
Esta fuerza resulta de
las presiones
producidas por el
flujo de agua, la
función de esta
fuerza va en función
al nivel del río.

34. Diseño de ventana de captación
Este es el elemento que empieza a captar las aguas, y su función principal es impedir que los
elementos sólidos muy gruesos continúen el recorrido. Para esto se debe considerar:
Colocarla a una altura no menor a
0.80 m
Debe estar segmentada por barrotes
espaciados a una distancia no mayor
a 0.20 m
Para diseñar la ventana se usa la
fórmula del vertedero
𝑏 =
𝑄
𝐾. 𝑆. 𝑀𝑂. 𝐻𝑂
3
2

35. DISEÑO DEL DESRIPIADOR
Su función es retener las piedras que lograron
atravesar la ventana, las cuales serán desechadas por
una compuerta.
Su diseño es similar al de la posa disipadora del
barraje
DISEÑO DEL DESARENADOR
Su función es separar las partículas en suspensión
gruesas (ARENAS) del agua.
Se halla la velocidad de
sedimentación
Luego se halla el área
superficial .
𝑣𝑠 =
4
3
.
𝑔
𝑐𝑑
. 𝜌𝑠 − 1 . 𝑑
𝐴𝑠 =
𝑄. 𝑐𝑜𝑒𝑓. 𝑠𝑒𝑔
𝑉𝑠