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PRESADERIVADORA
1 .- Introducción
Dentro de las obras de captación existen muchos tipos diferentes, pero básicamente se los puede
clasificar en obras de toma por derivación directa y obras de almacenamiento.
Las obras de almacenamiento consisten en presas que cierran el cauce del río u otro sitio apropiado
formando un reservorio o embalse en el mismo. El reservorio permite regular la utilización del
caudal del río, almacenando el agua en las épocas de lluvia o crecientes y utilizándola en las épocas
de sequía.
Las tomas por derivación directa captan el agua que viene por el río sin ningún almacenamiento o
sea que no hay ninguna regulación y se aprovecha el caudal que hay en un momento dado.
La captación puede realizarse directamente sin ninguna obra en el cauce aunque es más común y
conveniente construir una presa que cierre el cauce, llamado a esta presa derivadora.
Las obras de toma directa tienen inconvenientes en su funcionamiento y exigen ciertas condiciones
como en el río debe tener un cauce estable y el caudal del río debe ser bastante mayor que el caudal
de diseño para el canal. Al mismo tiempo tener la seguridad que la profundidad del río en el sitio de
la toma no disminuya nunca de un cierto valor mínimo. Estas condiciones se encuentran
generalmente en río de llanura.
Debido a las condiciones arriba mencionadas, la toma sin azud tienen muchos inconvenientes y la
mayoría de las obras de toma tienen un dique o presa derivadora que cierra el cauce del río y que
eleva el nivel de agua hasta una cota determinada. Según la forma de captación de agua las obras de
toma pueden ser de tipo “convencional” y de tipo caucasiano o tirolés.
2 .- Criterios de diseño
En el diseño de una obra derivadora se deben considerar los siguientes criterios.
a) Con cualquier emplazamiento en el río deben captar una cantidad de agua prácticamente
constante.
b) Debe impedir hasta donde sea posible la entrada a la conducción de material sólido y flotante
y hacer que este siga por el río.
c) Satisfacer todas las condiciones de seguridad necesarias, como la estabilidad de taludes de
corte.
d) La profundidad de la fundación deberá estar fijada bajo el criterio de seguridad contra la
tubificación.
e) La ubicación del emplazamiento está en función a las condiciones geológicas y topográficas
del sitio, pero es importante la cota de inicio del canal principal en la zona de riego, a esta
cota conocida debe llegar el trazo del canal de conducción que se empalma a la obra
derivadora.
f) Se recomienda, que para disminuir la entrada de los sedimentos es conveniente ubicar la
toma en la orilla cóncava de un río, y la denominada playa se encuentra en el lado convexo y
se necesita tener un espacio para poder situar el desarenador y la transición, razón por la cual
muchas veces el sitio se desplaza hacia aguas abajo, ubicándolo donde termina la concavidad
y comienza la parte convexa.
g) Se deberá tomar en cuenta la obstrucción del cauce producida por el azud altera
substancialmente las condiciones de flujo y también las condiciones de transporte de
sedimentos.
h) El muro en el cual se ubica la reja, por lo general se ubica perpendicularmente a la dirección
del azud, o sea paralelo a la dirección del río. Sin embargo es conveniente darle una
inclinación respecto a la dirección del río, tanto para acortar la longitud necesaria para legar
a terreno alto como para mejorar las condiciones hidráulicas.
El Prof. Dr. Kiselev recomienda que si Vr es la velocidad media del río y Ve la velocidad
de entrada al canal, el ángulo entre la dirección del canal y el río deba ser igual.
Ve
Vrarc cos.
La velocidad del río es variable y se debe escoger la que corresponda al caudal medio anual.
Se recomienda que para facilitar la limpieza de los sedimentos, el plano de la reja no tenga
un ángulo superior a 20 con la dirección del canal de limpieza.
3.- Componentes de una presa derivadora
La obra derivadora o presa derivadora consiste de un dique vertedero o azud, que cierra el cauce del
río y capta las aguas por un orificio o vertedero lateral.
Los componentes de una presa se describen a continuación:
a) Azud
Un dique o presa que cierra el cauce de un río y obliga a que toda en agua que se encuentra por
debajo de la cota de su cresta entre a la conducción o sea captada por la toma.
En tiempos de crecida el exceso de agua pasa por encima de la corona del azud derivador, para
evitar que en una avenida o crecida entre agua excesiva a la conducción, entre este y la toma se
coloca estructuras de regulación, como compuertas que permiten interrumpir totalmente el
servicio o en el caso que se quiere hacer una reparación o mantenimiento.
b) Rejilla
Una reja de entrada que impide que pasen material sólido, flotante o demasiado grueso hacia la
conducción. La rejilla debe entrar ubicada a cierta altura del fondo del río y la separación entre
los barrotes normalmente no pasa de 20 cm. A pesar de esto parte del material sólido alcanza a
pasar.
c) Desripiador(Trampa para piedras)
El Desripiador se encuentra ubicado al otro lado de la rejilla, es una cámara donde se decanta o
se asientan los materiales sólidos que logran pasar la rejilla.
El Desripiador debe tener una compuerta hacia el río a través de la cual periódicamente se lava
el material acumulado en el fondo.
Además en el Desripiadorestá previsto un vertedero de salida por donde pasa el agua hacia el
canal de conducción.
Lo óptimo es que la mayor parte del material grueso que llega al desripiador se deposite en el
fondo y no pase al canal.
d) Transición
La transición de entrada al canal que es la conexión del desripiador que generalmente tiene como
salida un vertedero cuyo ancho es bastante mayor que el canal que sigue, entonces es necesaria
la construcción de una transición para evitar que haya perdidas grandes de energía entre la salida
del desripiador y el canal.
e) Colchón amortiguador
El agua que vierte por el cimacio en crecidas, cae con gran energía que erosiona el cauce y
puede socavar las obras causando su destrucción. El colchón sirve para disipar de manera que le
agua pase al cause no-revestido con velocidades no erosivas.
El agua que filtra por debajo del azud ejerce una supresión que hace que el colchón ya sea de
zampeado o losa de hormigón se pueda producir una rotura.
Para disminuir la supresión como también para dar mayor seguridad al azud en necesario la
construcción de un dentellón aguas arriba y abajo del colchón se deja drenes con sus respectivos
filtros que abatan la supresión.
f) Compuerta de purga o limpieza
La compuerta de limpieza se ubica en un extremo del azud, al lado de la reja de entrada.
Generalmente el río trae una gran cantidad de piedras que se acumulan aguas arriba del azud e
incluso el arrastre del material sólido puede tapar la reja de entrada e interrumpir el
funcionamiento de la toma. Para lo cual es necesario que la puerta de limpieza cumpla la función
de purgar o descargar el material grueso.
Generalmente la eficiencia de la compuerta de limpieza es baja, pero por lo menos cumple su
función de mantener limpio el cauce frente a la rejilla.
La compuerta de purga del azud con su respectivo canal se calcula en una forma similar al
desripiador tomando en cuenta que el ancho debe ser suficiente para que pase las piedras grandes
y que la velocidad del agua no debe ser inferior a 2 m/s pare que pueda arrastrarlas.
4.- Hidráulica del azud derivador
El diseño del azud derivador consiste básicamente en determinar: La longitud de su sección de
control, la carga de diseño, las características de sus canales de acceso y descarga, y de las
estructuras disipadoras de energía, a partir del gasto de la avenida de diseño.
4.1.- Vertedero tipo Creager
Este tipo de obra de excedencias es una estructura que consta de un canal de acceso, sección de
control, tanque amortiguador o disipador de energía y canal de descarga. Se caracteriza porque
su sección de control está formada por un cimacio que adopta la forma del flujo del agua y se
conoce como perfil Creager.
Las condiciones para su selección son las que existen en aquellas laderas que presentan una
pendiente fuerte y que el material es duro para la excavación, por lo que se requiere de un
vertedor de longitud corta, que puede compensar esa longitud con un aumento de carga y logre
desfogar la avenida de diseño.
Longitud de cresta ( L )
Se determina de acuerdo a las características topográficas y geológicas del sitio en que se
localice.
Carga de diseño ( Hd )
Dada la magnitud de las obras, se recomienda que la carga de diseño fluctúe entre 0.5 m. y
2.0 m. y se determine a partir de la siguiente formula.
3
2
2
3
*
**
LC
QHd
HdLeCQ
Siendo:
Hd : Carga de diseño
C : Coeficiente de descarga ( Según Francis C =2 )
L : Longitud de la cresta de control
Q : Caudal de diseño
La carga de diseño se presenta aguas arriba de la sección de control.
La longitud efectiva de la cresta es por donde escurre el caudal del vertedero, para todos los
casos la longitud efectiva viene dado por:
HKNKLLe ap 2
Donde: L: longitud neta de la cresta (m)
N: número de pilas
Kp: coeficiente de contracción por pilas
Ka: coeficiente de contracción por estribos
H: carga total sobre la cresta del vertedero (m)
Tirante critico ( dc )
En la sección de control el escurrimiento se realiza con el tirante crítico.
32
2
* Lg
Qdc
Perfil del cimacio
Este perfil se obtiene para cualquier valor de la carga de diseño, multiplicando esta por las
coordenadas (X,Y) del perfil correspondiente a una carga unitaria Hd= 1 m, dadas por Creager.
Las alturas máximas del cimacio según la carga máxima de diseño varían de 3 a 12 m. En caso
de tener alturas mayores, el talud aguas abajo se continuara con un talud cerrado en decimos que
sea prolongación de las ultimas coordenadas.
Al pie del cimacio se debe diseñar un arco circular que lo ligue o empalme al tanque
amortiguador.
Hd (m) 1
X (m) Y (m)
0 0,13
0,1 0,04
0,2 0,01
0,3 0
0,4 0,01
0,6 0,06
0,8 0,14
1 0,26
1,2 0,4
1,4 0,57
1,7 0,87
2 1,22
2,5 1,96
3 2,82
3,5 3,82
4 4,93
4,5 6,22
Carga de diseño
Coordenadas
Existiendo la siguiente expresión para determinar las coordenadas X;Y, y así obtener el perfil del
cuadrante aguas abajo mediante:
YHdX *2 85.085.1
Para el perfil del cuadrante aguas arriba del cimacio, se tiene la siguiente expresión
625,0375,0
85,0
85,1
27,04315,0126,027,0
*724,0 HdXHdHdHd
HdXY
Para unir el perfil del vertedero con el canal de descarga, se utiliza una curva circular contraria a la
de la cresta, cuyo radio se calcula con la siguiente expresión:
646,34,61
10
HHV
R
Donde:
R: radio de enlace (pies)
V1: velocidad al pie del cimacio (pies/s)
H: carga sobre el vertedero (pies)
4.2.- Estructura de disipación
El tanque amortiguador es una estructura disipadora que sirve para cambiar el régimen de
escurrimiento pasándolo de supercrítico a subcrítico en una longitud determinada produciéndose
en ella el salto hidráulico.
Es importante la estabilidad del salto hidráulico y la formación del mismo al pie del cimacio. La
forma del salto hidráulico y su estabilidad depende del número de Froude correspondiente al
tirante conjugado menor ( d1).El número de Froudeestá dado por la formula:
1
11
*dg
VF
F1 : Numero de Froude adimensional
V1 : Velocidad del agua en la sección donde se presenta el tirante conjugado menor al
pie del cimacio (m/s )
d1 : Tirante conjugado menor (m).
Debe tratarse que el valor de este número se encuentre entre 4.5 y 9.0 para tener un salto
hidráulico claro y estable. Cuando se tenga valores del número de Froude menores a 4.5 se
profundiza el tanque, dentro de lo económico, para lograr este tipo de resalto.
La longitud y profundidad del tanque amortiguador se obtiene mediante la determinación del
salto hidráulico que consiste en definir sus tirantes conjugados, el menor ( d1 ) antes del salto y
el mayor ( d2 ) después del salto.
El diseño hidráulico del tanque amortiguador, depende de que el canal de descarga tenga
pendiente normal o mayor y por ello funcione con tirante normal o menor.
Tanque amortiguador con tirante normal en el canal de descarga
Cuando la pendiente topográfica de la zona en que se proyecta el canal de descarga es suave se
puede diseñar éste con pendiente normal.
Hddc
Z
Po
a d2 Yn
d1
P
LT
Se aplica los siguientes pasos.
a) Tirante conjugado menor
Puesto que el tirante conjugado menor debe verificar que el Numero de Froude este entre 4.5 a
9.0 , se propone calcular el tirante conjugado menor ( d1 ) con un Froude igual a 4.5
32
1
2
2
1
3
1
1
1
3
1
1
**
**
*
FrLg
Qd
L
dLg
QFr
T
Ag
QFr
b) Área
Es el correspondiente al tirante conjugado menor
11 *dLA
c) Velocidad
Es el que corresponde al tirante conjugado menor
1
1A
QV
d) Tirante conjugado mayor
Con el valor de d1 se calcula el tirante conjugado mayor ( d2 ) con la ecuación
4**
*2
2
2
1
2
1
2
12
d
Ldg
Qdd
e) Longitud de salto
La longitud ( LT ) del tanque amortiguador se obtiene aplicando la relación
)(*5 12 ddLT
f) Altura total de la caída
Se calcula con la siguiente expresión
g
VZ
*2
2
1
g) Altura del cimacio
Es la altura desde la cresta del cimacio hasta el piso del tanque amortiguador y se obtiene con la
siguiente expresión.
HddZa 1
h) Tirante normal
Es el tirante normal del escurrimiento en el canal de descarga, que se obtiene iterando la
siguiente expresión.
2
5
3
2
1
2
5
3
2
1
*2
**
*
YnL
YnL
S
Qn
P
A
S
Qn
Donde:
Yn : Tirante normal en, m.
L : Longitud de cresta en, m.
Q : Caudal de diseño en, m3/s.
n : Coeficiente de rugosidad del rió ( n = 0.03 )
S : Pendiente del rió
De la comparación de los tirantes conjugado mayor ( d2 ) y el tirante normal en el canal de
descarga ( Yn ) se puede presentar las alternativas que se muestran:
Yn1.15*d2Yn1.15*d2
1.15*d2 Yn
P
Si 1.15*d2>Yn Si 1.15*d2 = Yn Si 1.15*d2<Yn
Se requiere tanque amortiguador No requiere tanque amortiguador No es una solución practica
i) Profundidad del tanque amortiguador
La profundidad ( P ) del tanque amortiguador se obtiene con la expresión siguiente:
YndP 2*15.1
j) Descarga libre
Al fijar la cota del arranque del canal de descarga y su tirante, así como la profundidad del
tanque amortiguador y la altura del cimacio, la descarga debe ser libre, o sea que el nivel del
agua en el canal de descarga debe ser menor que la cresta del cimacio.
PYna
Si esta condición no se cumple se tendrá que re calcular el tirante conjugado menor ( d1 ) con un
numero de Froude mayor a 4.5 sin exceder de 9 , lo cual involucra tener una mayor altura de
cimacio.
4.2.– Tanque amortiguador
a) Gasto de filtración
El gasto de filtración corresponde al diseño hidráulico, pero dada la poca altura que en general
tiene el vertedor tipo cimacio en las pequeñas obras hidráulicas es despreciable.
b) Longitud de filtración
Según el criterio de Lane, se considera que la longitud del recorrido del agua en la superficie de
contacto entre la estructura y el terreno, debe tener un valor mínimo que está en función de la
carga hidrostática y del material en que se aloje la obra. La longitud mínima necesaria
denominada longitud de filtración, tiene por objeto evitar el arrastre de partículas del suelo en la
cimentación que puede provocar falla de la estructura.
La longitud de filtración mínima se obtiene con la fórmula:
hCLf *
Donde:
Lf : Longitud mínima de filtración en, m.
C : Coeficiente de filtración, adimensional
h : Carga Hidráulica efectiva en, m.
Se recomienda que el cálculo de la longitud de filtración se realiza con un valor de h obtenido
con el nivel del agua a la altura de la cresta vertedora, sin verter. Cuando h2 = 0 se obtiene la
condición más desfavorable.
El coeficiente de filtración( C ) depende del material de la cimentación.
El valor de C se obtiene de acuerdo al siguiente cuadro:
MATERIAL COEF.FILTRACION
Arena muy fina o limo 8,5
Arena fina 7,0
Arena tamaño medio 6,0
Arena gruesa 5,0
Grava fina 4,0
Grava media 3,5
Grava gruesa y con cantos 3,0
Boleo con cantos y grava 2,5
Ancilla blanda 3,0
Arcilla concistencia media 2,0
Arcilla dura 1,8
Arcilla muy dura 1,6
Lane estima que en el recorrido del agua, las longitudes horizontales equivalen a un tercio de
igual recorrido vertical, por lo que se calcula una longitud compensada con la relación:
LVLH
Lce 3
Donde:
Lce : Longitud compensada en, m.
LH : Suma de recorridos horizontales de la filtración en, m.
LV : Suma de recorridos verticales de la filtración en, m.
El valor de la longitud compensada determinada en la estructura ( Lce ) debe ser mayor que el
mínimo calculado ( Lf ).
LfLce
h1h
A hx
h2
h* J
D E
F G
B C
Ejemplo:
GJFG
EFDE
CDBC
ABLce 333
Si no se cumple la condición anterior, se debe aumentar el paso de filtración profundizándose los
dentellones o construyendo un delantal aguas arriba de la estructura.
Delantal
A M
D E
B C
I J
K L
Dentellón
F G
Ejemplo:
LMKL
JKJI
GIFG
EFDE
CDBC
ABLce 33
.
333
c) Sub presión
La sub presión es una fuerza vertical hacia arriba, ejercida por el agua que satura la cimentación
de una estructura hidráulica.
Esta fuerza se debe considerar en el análisis de estabilidad de la losa del tanque amortiguador
con el fin de darle el espesor y peso suficiente para evitar su falla por flotación.
La presión hidrostática unitaria se calcula con la siguiente fórmula:
HP w *
Siendo:
P : Presión unitaria en, kg/m2.
w : Peso específico del agua en, kg/m3.
H : Carga hidrostática en, m.
Si se considera un metro cuadrado como superficie unitaria se tiene la presión unitaria total,
calculada con la ecuación, pero expresada en kilogramos.
La subpresión es una parte de la presión hidrostática total, o como máximo igual a ella y se
obtiene con la fórmula:
HCSpx W **
Siendo:
Spx : Fuerza de subpresión en un punto x en, kg.
C: Factor de subpresión, adimensional.
w : Peso específico del agua en, kg/m3.
H : Carga hidrostática en, m.
El factor de subpresión depende de la permeabilidad del material de cimentación, según el
cuadro a continuación:
Material C
Cimentación de roca sana 0,25
Cimentación de roca de mediana calidad 0,5
Cimentación de material permeables 1
FRACTOR DE SUBPRESION
Para los distintos puntos de la cimentación del cimacio y tanque amortiguador, la carga
hidrostática H se integra en la fórmula:
LcxLce
hhhH **
Siendo:
H : Carga hidrostática en, m.
h : Distancia vertical entre las elevaciones de la cresta del cimacio y el deflector
en, m.
h* : Distancia vertical entre la elevación del punto donde se inicia la filtración y
el punto x considerado en, m.
Lce : Longitud compensada en, m.
Lcx : Longitud compensada del punto x considerado con respecto al punto donde
se inicia la filtración en, m.
El término sustantivo es:
LcxLce
h* Carga que se pierde en el recorrido en, m.
Remplazando en la fórmula de subpresión se tiene:
Lcx
Lce
hhhCSpx W *** *
Ejemplo:
h1 h
A h* J
D * Spx E
B C Lcx F G
Lce
Con esta fórmula se calcula los valores de la sub presión en las aristas de la cimentación y se
construye el diagrama de supresiones, según se muestra:
h1
A
J
D E
B C F G
SpJ
SpESpG
SpD
SpF
SpC
SpB
d) Espesor de la plantilla
Para diseñarlo, se requiere conocer la longitud de filtración compensada de la estructura (Lce)
anteriormente citada y la subpresión (Spx).
El espesor mínimo de la plantilla del tanque amortiguador se la calcula a partir de las siguientes
consideraciones:
Para tener una situación de equilibrio, a la subpresión por metro cuadrado habrá que oponerle un
peso (W) de la plantilla y del agua, o sea:
2
2
22 1**1**1* mhmemSpx Wm
Para tener un factor de seguridad, se incrementa la subpresión en 33%.
2***3
1heSpxSpx Wm
Despejando e:
ehSpx mW ***3
42
m
W hSxe
*3
**3*4 2
Esta fórmula proporciona un espesor mínimo de plantilla
Cuando h2 = 0, se obtiene el caso más desfavorable:
m
Sxe
*3333.1
Donde:
e : Es el espesor mínimo de la plantilla en, m.
Sx : Es Subpresión en el punto x en, Kg/m2.
W : Peso específico de agua en, Kg/m3.
m : Peso específico del material a construir el tanque amortiguador en, Kg/m3.
h2 :Tirante de agua en el tanque amortiguador en, m.
Nota:
Peso específico de agua W = 1000 kg/m3.
Peso específico de mampostería m = 2200 kg/m3.
h1
A h2J
D x eE
B C
5 .- Drenes
Cuando el valor de la sub presión es elevado en la plantilla del pie del cimacio y por lo mismo se
obtiene un valor grande de espesor, se debe colocar un dren que consta de una zanja longitudinal al
pie del cimacio, de 0.4 m de espesor y talud 0,5:1 que se rellena de grava uniforme constituyendo un
filtro, el que se conecta a la superficie de la plantilla por medio de lloraderos que son perforaciones
en la plantilla, pudiendo hacerse de 5 cm. (2”) y a cada 2 m.
En la zona del dren, se considera que la sub presión se abate a la mitad del valor que tiene si no se
coloca el dren. Este abatimiento de la sub presión se refleja necesariamente hacia aguas abajo.
De acuerdo con lo anterior, la construcción del dren modifica el diagrama de supresiones, según se
muestra en la figura, Asimismo puede ser necesaria la colocación de otro dren en la zona del
deflector donde termina la plantilla del tanque amortiguador.
Ejemplo:
h1
Lloradero
A J J
D
B C E
Dren F G
SpESpG
SpDSpF
SpC
SpB
Diagrama de sub presión con drenes
Diagrama de supresiones sin drenes
6.- Estabilidad el azud
Por lo general la fundación de un azud esta sobre el lecho de rió que está formada por arena, grava o
arcilla y difícilmente se encuentra roca a flor se superficie.
Es necesario comprobar la estabilidad del azud, asegurar que las fuerzas a que está sometido no
produzcan hundimientos, deslizamientos o volcamientos.
Para un redimensionamiento, se recomienda que la relación entre el ancho del azud y la carga que
actúa sobre el mismo deba tener la siguiente relación:
Material del cauce
Arcilla 2,75 3,00
Franco arcilloso 2,50 2,75
Limo y arena 2,25 2,50
Grava y canto rodado 2,00 2,25
La/z
Ejemplo:
La
z
Conocidas las dimensiones el azud es necesario comprobar la estabilidad del mismo, generalmente
el azud está separado del zampeado con una junta de construcción y por eso el cálculo de este se
hace independiente.
Las fuerzas que se consideran son:
Empuje del agua
2
.1** 2
1 mhF w
Donde:
F : Empuje de agua en, Kg.
w : Peso específico de agua en, kg/m3.
h1 : Tirante de agua en, m.
La sub presión
mLcxLce
hhhCSpx W ..1**** *
Donde:
Spx : Fuerza de sub presión en un punto x en, kg/m.
C : Factor de sub presión, adimensional.
w: Peso específico del agua en, kg/m3.
h : Distancia vertical entre las elevaciones de la cresta del cimacio y el deflector en, m.
h* : Distancia vertical entre la elevación del punto donde se inicia la filtración y el punto x
considerado en, m.
Lce : Longitud compensada en, m.
Lcx : Longitud compensada del punto x considerado con respecto al punto donde se inicia
la filtración en, m.
Peso propio
mAW H .1**
Donde:
W : Peso propio en, kg.
H : Peso específico del material a construir el azud en, kg/m3.
A : Área de la longitudinal en, m2.
W
h1
F
Spx2
Spx1 S
Coeficiente de estabilidad al deslizamiento
Puede producirse el caso de deslizamiento de las obras por falla del terreno a lo largo de la
superficie.
fF
SWKd *
Se recomienda que el valor de Kd este entre 1.2 a 1.4
Los siguientes valores del coeficiente de fricción f son solo de orientación
MATERIAL
Roca 0,6 0,7
Grava 0,5 0,6
Arena 0,4 0,5
Arcilla 0,3 0,4
f
Coeficiente de estabilidad al vuelco
Los momentos que tienden a producir el vuelco en el azud son:
Momento de oposición 1* XWMo
Momento de vuelco 32 ** XSXFMv
Los valore de X1 , X2 y X3 son las distancias de las correspondientes fuerzas al centro de
momentos.El coeficiente de estabilidad al vuelcoestá dado por la siguiente fórmula:
Mv
MoKv
Se recomienda que el valor Kv este entre 1.3 y 1.5
W
F
X2
S
X3
X1
B
Esfuerzos actuantes en la cimentación
Debe comprobarse también los esfuerzos del suelo que son:
2
**6
B
eSW
B
SW
Donde:
: Esfuerzo del suelo en, Kg/m2.
W : Peso propio en, kg.
S : Fuerza de subpresión en, kg/m.
B : Longitud del azud en, m.
e : Excentricidad en, m.
SW
MvMoBe
2
7 .- Aspectos constructivos
En general se recomienda que las obras deben ser construidas en época de estiaje, perode todos
modos el agua que vierte el rió es una dificulta y debe ser desviado, entonces se debe utilizar desvíos
o sea diques provisionales.
El agua se desvía hacia un lado del cauce mientras se construye en el otro, se recomienda construir
primero en la orilla protegida por las ataguias las obras para compuerta de limpieza o esclusa,
desripiador, transición y compuerta de entrada, una vez construida estas obras, el rió se desvía hacia
estas obras, llevando el agua por la compuerta de salida del desarenador o si es posible por el canal
hasta el primer aliviadero, cerrando el cauce con el desvió se construye el azud, el zampeado y los
muros de ala de la otra orilla.
Una vez que han servido a su propósito, todas las obras temporales de desvió son removidas de
manera que estorben el funcionamiento normal de la toma.
a) Reja de entrada
El agua se capta por medio de un orificio que se encuentra en una de las orillas, este orificio está
provisto de barrotes verticales que impiden la entrada del material flotante y de piedras mayores
del espacio entre mismos.
El orificio se ubica dentro de un muro que separa el desarenador del rió y aguas abajo se
prolonga a conectarse con la compuerta de limpieza.
El umbral del orificio debe estar a una altura no menor de 0.6 a 0.8 cm. Del fondo. El dintel es
generalmente de hormigón armado y debe llegar el muro hasta una altura superior a la de la
mayor creciente. Los barrotes deben ser fuertes para resistir el impacto de los troncos y otro
material flotante grueso, que ocasionalmente es traído por las crecidas. Se recomienda que los
barrotes se hagan de rieles o de hormigón armado con un ancho no menor a 10 cm. Los barrotes
deben ubicarse al ras o sobresalir un poco del paramento del muro para facilitar su limpieza del
material flotante que a veces puede tapar la reja. Se recomienda que la reja deba situarse a cierta
distancia aguas arriba del azud a fin de que durante la construcción quede un espacio suficiente
para una ataguia.
En época de estiaje el vano de la reja funciona como vertedero, la carga necesaria para el
vertedero viene del remanso producido del azud. El vertedero trabaja sumergido con un desnivel
muy pequeño entre las dos superficies de agua. El dintel que sostiene los barrotes se ubica a una
altura muy pequeña de la superficie del agua, por lo general está a la misma cota de la cresta del
azud a pocos centímetros menos, de manera que cuando se presenta una creciente, cuando los
niveles de agua suben, queda sumergido y la reja pasa a trabajar como orificio contribuyendo la
regulación del caudal que entra al canal.
A mismo tiempo, durante una crecida, cuando bajan por el rió una gran cantidad de material
flotante, pasan directamente por el azud sin entrar por la reja que está sumergida.
El dintel que sostiene a los barrotes en su parte superior es una viga de hormigón armado que
debe soportar, a más de su peso propio, el empuje horizontal del agua en creciente.
El dintel se apoya solamente en sus extremos, o, si es muy largo, se construyen contrafuertes
intermedios que dividen la reja en varios tramos. Es decir que mientras más baja y más ancha es
la reja, más costoso resulta este dintel.
Por otro lado, la altura del azud debe ser igual a la suma de la altura del umbral desde el fondo
del cauce más la altura de los barrotes. O sea, mientras más corta y más alta es la reja, mas alto
también y más costoso resulta el azud.
Resumiendo, se puede decir que el orificio formado por la reja puede tener distintas relaciones
entre el ancho y el alto para un mismo caudal y la selección se hace basándose en
consideraciones económicas.
b) Desripiador
Después de la rejilla de entrada está ubicada una cámara que se llama desripiador o trampa para
piedras y que sirve para detener el material sólido que alcanza a pasar los barrotes y que no debe
entrar en el canal.
La velocidad en el desripiador debe ser relativamente baja y el paso hacia el canal debe hacerse
por medio de un vertedero sumergido.
Entre la rejilla de entrada y el vertedero de salida puede formarse un resalto sumergido y para que
este último funcione en una forma normal es conveniente que el ancho del desripiador en este
sitio sea igual por lo menos a la longitud del resalto. Pero también puede establecerse el ancho
del desripiador igual que una transición que uniera los anchos de la reja y el vertedero.
Para poder eliminar las piedras que se depositan en el fondo del desarenador, debe dejarse una
compuerta que conecta con el canal de desfogue.
El canal debe tener una pendiente suficiente para conseguir una velocidad de lavado alta y que
posibilite el arrastre de todas las piedras.
