obras de derivacion

2. OBRAS DE DERIVACIÓN
Sistema de aprovechamiento hidráulico superficial. Es una
estructura hidráulica que permite elevar suficientemente el nivel en
un curso de agua (río, arroyo, lago), con la finalidad de derivar una
parte del agua disponible para ser utilizada en un fin específico.

3. OBRAS DE DERIVACIÓN
Adicionalmente, se puede decir que es un conjunto de estructura
calculadas y diseñadas para abastecer una demanda de agua
(Riego, Hidroelectricidad, Abastecimiento de poblaciones) cuando
el caudal mínimo de estiaje del río a aprovechar es suficiente para
tales fines

4. SE PLANTEA EN LAS SIGUIENTES SITUACIONES:
 Cuando el río o quebrada tiene, con un riesgo aceptable,
agua suficiente para cubrir sin regulación las demandas
(caso A).
 Cuando las aguas reguladas en un embalse son
descargadas a un curso de agua y captadas aguas abajo
para ser conducidas al centro de consumo (caso B y E).
 Cuando las aguas de un río o quebrada son captadas y
conducidas a un embalse, en el cual se regulan para
acoplarlas a las demandas (caso C y D).
 Cuando las aguas se extraen directamente de un cuerpo
natural de agua almacenada, tal como un lago o el mar. En
estos casos existe una regulación natural de las aguas.

5. Fuente: Proyectos de Ingeniería
Hidráulica. Bolinaga

6. COMPONENTES
PRINCIPALES
 Vertedero
 Obra de Toma
 Obra de Limpieza
COMPLEMENTARIOS
 Estribos y Diques
Marginales
 Diques y Protección
Aguas Arriba
 Obras de Protección de
Taludes
OBRAS DE DERIVACIÓN

7. COMPONENTES
OBRAS DE DERIVACIÓN
Vertedero
Toma
Canal de Limpieza

8. PRINCIPALES PROBLEMAS
 Variación de la ubicación del cauce principal del río a
través del tiempo, ocasionando zonas de sedimentos
adyacentes a las obras de toma y limpieza.
 Captación de sedimentos provenientes del arrastre de la
carga de fondo del río en épocas de crecientes.
 Inestabilidad de la estructura del vertedero por efecto,
principalmente, de las subpresiones causadas por la
diferencia entre los niveles aguas arriba y aguas debajo
de la misma.
 Socavación al pie del vertedero por altas velocidades
aguas abajo del mismo, como consecuencia de la caída.
OBRAS DE DERIVACIÓN

9. UBICACIÓN
 ALTIMETRICAMENTE: La cota del sitio deberá permitir
la conducción por gravedad de las aguas captadas
hasta las obras de conducción.
 GEOLOGICAMENTE: Zona de fundación estable.
 TOPOGRAFICAMENTE: Zona que permita una cierta
diferencia de elevación entre los terrenos adyacentes a
las márgenes y el nivel de máximas crecidas.
 Debe escogerse un lugar donde el lecho del río sea
comparativamente angosto y de relativa estabilidad.
OBRAS DE DERIVACIÓN

10. ESTUDIOS BASICOS
OBRAS DE DERIVACIÓN
Localizar geográficamente el sitio de obra,
vías de comunicación y accesos.
Saber el área de la cuenca
Proyectar obras de toma y vertederos
TOPOGRAFÍA
Topografía del cauce 100 a 200 m aguas arriba y aguas abajo del
emplazamiento (escala 1:200 a 1:500)
Topografía del lugar del emplazamiento (escala 1:100 a 1:200)

11. OBRAS DE DERIVACIÓN
ESTUDIOS BASICOS
Capacidad de Soporte de la Fundación
Efecto que la carga hidrostática puede
ocasionar
Efectos de la infiltración sobre la
estabilidad de la presa
Perforaciones practicadas en las laderas y en el lecho del río
Pruebas de permeabilidad
Tipo de tratamiento que debe dársele a la
fundación
Problemas que pueden presentarse
durante la construcción y operación
GEOLOGÍA

12. OBRAS DE DERIVACIÓN
ESTUDIOS BASICOS
Precipitación de la Cuenca
Pérdidas de agua producidas en la
superficie
Cantidad y características del caudal
Registro de caudales máximos, mínimos y al 75% de probabilidad
Determinar la cota de la obra de toma y el
volumen muerto
Diseño de tomas y vertederos (crecientes
máximas).
HIDROLOGÍA

13. GARANTÍA DE SUMINISTRO DE LA DEMANDA EN
CAPTACIÓN DIRECTA:
La manera usual de calcular el riesgo involucrado en una obra
de derivación es mediante una CURVA DE DURACIÓN DE
CAUDALES:
 Es un procedimiento gráfico para el análisis de la frecuencia
de los datos de caudales.
 Se construyen a partir del caudal medio anual, mensual o
diario.
 Suministran información sobre el porcentaje de tiempo que
una determinada demanda es igualada o superada por los
escurrimientos del río, pero no señala cuando.
 La curva nos indica el valor de caudal en función de la
frecuencia de su ocurrencia.

14. Fuente: Proyectos de Ingeniería
Hidráulica. Bolinaga
Ejemplo 1:
Se tiene una demanda constante de 4
m3/s para abastecimiento a un caserío.
Cual es la garantía de que la obra de
captación cubra la demanda requerida?

15. Los caudales se disponen
en orden descendente,
usando intervalos de clase
si el número de valores es
muy grande. Siendo N el
número de datos y m el
acumulado total.
140 - 120,1 0 1 5 6 6 0,55
120 - 100,1 2 7 10 19 25 2,28
100 - 80,1 12 18 15 45 70 6,39
80 - 60,1 15 32 15 62 132 12,05
60 - 50,1 30 29 45 104 236 21,55
50 - 40,1 70 60 64 194 430 39,27
40 - 30,1 84 75 76 235 665 60,73
30 - 25,1 61 50 61 172 837 76,44
25 - 20,1 43 45 38 126 963 87,95
20 - 15,1 28 30 25 83 1046 95,53
15 - 10,1 15 18 11 44 1090 99,54
10 - 5,1 5 - - 5 1095 100,00
Total 365 365 365 1095
(N)
Q (m3/s)
diarios Total
Acumulado
Total (m) P (%)
2000 2001 2002
Ejemplo 2:
Se tienen registros de 3 años de caudales diarios en un río. Construir la curva
de duración de caudales.
Σi

16. Q (m3/s) P (%)
7,5 100,00
12,5 99,54
17,5 95,53
22,5 87,95
27,5 76,44
35 60,73
45 39,27
55 21,55
70 12,05
90 6,39
110 2,28
130 0,55
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
110.00
120.00
7.5 12.5 17.5 22.5 27.5 35 45 55 70 90 110 130
P
(%)
Q (m3/s)
Curva de Duración de Caudales
Determinar los caudales con probabilidades del 50% y del 75% de
ser excedidos durante el año.

17. OBRAS DE
TOMA

18. OBRAS DE TOMA
Es el conjunto de estructuras que permiten la entrada del agua a
las obras de conducción.
Tienen, por lo general, un alineamiento perpendicular al eje del río
y al canal de limpieza.

19. COMPONENTES
Las obras de toma, por lo general, tienen los siguientes
componentes, aunque no necesariamente existen todos ellos
en las tomas.
 Bocal: Es una estructura formada por muros verticales, que
en planta, forman un ángulo comprendido entre 0° y 45°
con el eje de la toma. Debe estar por encima del canal de
limpieza entre 0,50 y 1 m como mínimo. En la entrada están
previstas unas ranuras que permitan la colocación de rejas
para evitar la entrada de basura a las compuertas.
 Compuertas de Regulación: Elementos destinados a
regular y controlar las aguas a través de la toma. Pueden
ser radiales o, lo que es más frecuente, deslizantes.
OBRAS DE TOMA

20.  Obras de descarga y disipación:
 La descarga puede ser:
 Por conexión directa a una tubería de conducción.
 Por conexión a una estación de bombeo.
 Por conexión a las turbinas de una sala de
máquinas de una planta hidroeléctrica.
 Descarga a un lecho natural o canal superficial.
 Es necesario disponer de disipadores de energía:
 Cuando la conexión final requiere de transiciones
de unas formas geométricas a otras
 Para reducir los niveles de energía, pues los que
trae el conducto no son aceptables por la obra de
conducción.
COMPONENTES
OBRAS DE TOMA

21.  Obras complementarias:
 Obras de acceso a la cámara de maniobras u
operación de los controles y la cámara en si.
 Obras de protección de taludes, accesos a las tomas
(puentes, carreteras, etc).
COMPONENTES
OBRAS DE TOMA

22.  P = ho + e + s
 b´ debe estar entre 0,7b y 0,8b
 ho > 1,3b
 0,7 m/s < v < 1 m/s
 Se deben utilizar dos o más
compuertas
 La entrada de la toma debe
formar un ángulo entre 0 y 45°
 Se debe colocar en la entrada
una rejilla de protección para
impedir el paso de sedimentos
 La longitud del brocal de entrada
L debe ser mayor de 2 mts
CRITERIOS DE DISEÑO
OBRAS DE TOMA
e=0.5-1 m
s=0.15 m

23. CRITERIOS DE DISEÑO
OBRAS DE TOMA
Gasto de la sección a derivar:
Donde:
Ncompuertas: Numero de compuertas
B: Ancho de las compuertas
Cd = coeficiente de gasto (se recomienda 0,65 para orificios con descarga
sumergida y controlados por compuertas)
b` = abertura de la toma en condición de diseño
ho = carga sobre el fondo de la compuerta
q = Gasto máximo a derivar por m

24. CRITERIOS DE DISEÑO
OBRAS DE TOMA
• El cálculo hidráulico consistirá simplemente en que partiendo de la
altura de agua correspondiente al nivel de la cresta del vertedero, se
determina el nivel justo antes de las compuertas, mediante la ecuación
de la energía.

26. Ejemplo: la obra de derivación a diseñar estaría destinada a la captación de agua con
fines de riego el cual según datos hidrológicos se ha estimado en 35 m3/s.
Solución:
Asumiendo
b´=0.80 b;
ho =1.3 b;
Ncompuertas =3;
Cd=0.65;
B=60¨ (1.524 m);
Considerando en caudal por unidad de ancho:
q = Q / (Ncompuertas * B)
q = 35 m3/s / (3 * 1.524 m)
q = 7.65 m3/s/m
Sustituyendo ho=1.3 b y b´=0.80 b en q
gho
b
Cd
q 2
´*
*


27. OBRAS DE
LIMPIEZA

28. OBRAS DE LIMPIEZA
FUNCIONES
 Evacuar el mayor volumen posible de sedimentos
depositados.
 Contribuir al paso de la creciente máxima.
 Permitir la descarga de la totalidad de los gastos para
realizar labores de mantenimiento o reparación en el
vertedero.
COMPONENTES
 Canal de Limpieza
 Compuertas
 Pozo Disipador
bL
Canal de
Limpieza
Arco parabólico o
circular
Pozo
Disipador
Compuertas

29. CRITERIOS DE DISEÑO
 La cota de fondo del canal debe coincidir con la cota de
fondo del cauce principal del río.
 Utilizar dos o más compuertas de ancho entre 3 y 6 mts
 La velocidad debe ser mayor de 2 m/s para garantizar el
arrastre de sedimentos
 bL > Hvertedero = P
 Ancho del canal aproximadamente 10% del ancho del río en
el sitio de la obra.
OBRAS DE LIMPIEZA

30. CURVA DE GASTO DEL
CANAL DE LIMPIEZA
HL
QL
HLmax
QLmax
Comportamiento
de la compuerta
Ecuación
Canal (0; bL)
Orificio
(1,3bL; Hmáx)
Cc = 0,611