BASES TEÓRICO-CIENTÍFICAS

BOCATOMAS
Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con
el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal. La
obra de toma es la estructura hidráulica de mayor importancia de un sistema de aducción que
alimentará un sistema de generación de energía hidroeléctrica, riego, agua potable, etc. A partir de
la obra de toma, se tomarán decisiones respecto a la disposición de los demás componentes de la
obra.

Vargas Vargas, Wilson (2013), define una bocatoma o captación, como una estructura hidráulica
destinada a derivar agua de un río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una
parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser
abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento
de instalaciones industriales, etc.

Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el caudal de captación, el que se define
como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir. Así por ejemplo, el caudal de captación
de la bocatoma. Los Ejidos, sobre el río Piura, Proyecto Chira-Piura, es de 60 m3/s. Tradicionalmente
se ha usado el concepto de Avenida de Diseño para designar el máximo caudal del río que una
bocatoma puede dejar pasar sin sufrir daños que la afecten estructuralmente.

DESARROLLO HISTÓRICO DE LAS BOCATOMAS EN EL PERÚ

Según Mansen (2006), realizando una visión a través del tiempo y desde un punto de vista técnico,
podemos establecer tres etapas del desarrollo de la construcción de bocatomas.

a) Empleo de madera y piedras Ante las limitaciones de las técnicas de uso del concreto,
manufactura del acero o generación de energía, se usaron la madera y piedras (caballos) como
elementos principales para la construcción de las bocatomas. Es conocido que las bocatomas
construidas de este modo son arrastradas y destruidas durante la época de avenidas a pesar de que
se construyen tratando de darle la menor resistencia al efecto erosivo del río.

b) Empleo del acero y concreto Esta etapa se caracteriza con la aparición de nuevas técnicas de
fabricación del concreto y el acero, así como la introducción de la energía eléctrica para la operación
y construcción, haciendo posible la edificación de vertederos rígidos con mayor resistencia. Sin
embargo, esto genera problemas de roturas en los diques laterales, debido al impacto directo de las
aguas hacia ellos. Para prevenir este problema se recomienda construir el vertedero en el ángulo
recto con respecto a la dirección del flujo, siendo la mayor parte del cauce del río cubierto por el
vertedero o barraje.

c) Empleo de maquinaria pesada La etapa más reciente se caracteriza con la aparición de potentes
maquinarias para la construcción civil (retroexcavadoras, bulldozers, etc.) y el empleo de nuevas
técnicas en ingeniería civil y en la comunicación, los que han permitido la construcción de
cimentaciones que pueden alojar compuertas de grandes luces que son accionadas por equipos con
sistemas eléctricos o hidráulicos, recomendándose siempre la necesidad de contar con un equipo
auxiliar independiente para casos de emergencia. Actualmente existen grandes luces de vertederos
móviles que son controlados con censores a control remoto que permiten un manejo más apropiado
del caudal del río que discurre a través de la bocatoma.

TIPOS DE BOCATOMAS
SEGÚN MANSEN (2006):
a) Toma Directa Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por
lo general es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar.
Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud que por lo general constituye
una de las partes de mayor costo. Sin embargo; tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en
época de crecidas, además permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación.

b) Toma Mixta o Convencional Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del
río con una estructura llamada azud o presa de derivación, el cual puede ser fija o móvil
dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido, por lo
general concreto, y será móvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. La captación en
ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o
vertedero dependiendo del tirante en el río.

c) Toma Móvil Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje
móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época de estiaje y
avenida, necesitan disponer de un barraje relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal
deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua adecuado. A los barrajes con
compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos se les conoce como barraje
móvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la
cresta del barraje vertedero o azud.

d) Toma Tirolesa o Caucasiana Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de
la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una rejilla que impide el ingreso de
materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es
intenso, ya que podrían causar rápida obstrucción de las rejillas. Conviene comentar que la gran
mayoría de ríos del Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de
crecidas, por lo que la construcción de estas tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan.

PARTES DE UNA BOCATOMA

SEGÚN AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA (2010), NOS INDICA QUE:
- Dique, Barraje, Presa o Azud: Su función es cerrar el cauce del rio, obligando al agua que se
encuentra por debajo de la cota de su cresta, a que ingrese a la conducción. El dique, en épocas de
creciente, funciona como un vertedero.

- Rejilla: Ésta impide que pase al canal de conducción material sólido muy grueso.

- Zampeado y colchón al pie de azud: Sirven para disipar la energía con la que cae al agua desde el
azud en épocas de lluvia, y así evitar que se erosione la zona del pozo de aquietamiento. El
fenómeno, si no es controlado, puede socavar las estructuras y causar su destrucción.
- Compuerta de purga: Se ubica al lado de la reja de entrada. Su función es eliminar, mediante la
operación de la compuerta, el material grueso y mantener limpio el sector frente a la rejilla.

PARTES DE UNA BOCATOMA

FUNDAMENTOS PREVIOS AL DISEÑO DE BOCATOMAS

SEGÚN MANSEN (2006):
Es de suma importancia la ubicación de la bocatoma en el cauce del río, para la que se recomienda
que el sitio elegido reúna por lo menos las siguientes condiciones:

a. La dirección a ruta del flujo de agua debe ser lo más estabilizada o definida.

b. La captación del agua a ser derivada debe ser posible aún en tiempo de estiaje.

c. La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivación debe ser limitado en el máximo posible.
CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA TOMA O BOCATOMA
COMPRENDE:
a. Dimensión del orificio y conducto

b. Determinación del gasto máximo que puede pasar por las compuertas

c. Determinación de la capacidad del mecanismo elevador

d. Diseño que une la transición que une la salida de la toma con el canal de riego

a) Dimensión del orificio y conducto Para un mejor funcionamiento hidráulico de la bocatoma

conviene que el orificio trabaje ahogado: sumergido y es recomendable que como mínimo se tengo
un ahogamiento de 10 cm.; en estas condiciones la fórmula:

DONDE:
Q = Gasto de derivación o gasto normal en la toma (m3/seg) 25

C = Coeficiente de descarga (C = 0.80) considerado para orificio ahogado en anteproyectos

A = Área del orificio (m2)

g = 9.81 m/seg2

h = Carga del orificio en m.

Dependiendo de la magnitud del gasto, el área necesaria podrá dividirse en uno o más orificios y
así será también el número de compuertas que se tenga en la toma.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS COMPUERTAS HIDRÁULICAS
Las compuertas son equipos mecánicos utilizados generalmente para: trabajos de protección contra
inundaciones, control de nivel en embalses destinados a recreación o situados cerca de áreas
residenciales o inundables, regulación del caudal en presas, aguas arriba de las compuertas de los
vertederos, cierre de los conductos de desvío del río, obras de admisión de plantas hidroeléctricas,
abastecimiento de agua, irrigación - toma de agua, control de cabezas, distribución, control de las
descargas de fondo, presas de navegación compuertas, sistemas de llenado y vaciado, etc. (ERBISTI,
2014) Las diferentes formas o tipos de compuertas a utilizar dependerán principalmente del tamaño
y forma del orificio en donde se ubican, de la presión hidrostática, del espacio disponible, del
mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operación.

TIPOS DE COMPUERTAS HIDRÁULICAS

 Compuertas Planas Deslizantes

 Compuertas de Rodillos (Overflow gate, Breastwall gate)

 Compuertas de Aleta (flap gates)

 Compuertas Mariposa

 Compuertas Cilíndricas

 Compuertas esclusa (Sluise Gates)

 Compuertas radiales (taintor)

 Compuertas drop leaf

COMPUERTAS PLANAS DESLIZANTES.

Se les llama compuertas deslizantes pues para su accionar se deslizan por unos rieles guías fijos.
Puede ser movida por diferentes tipos de motores. Estas compuertas pueden ser de acero
estructural, madera y en caso de pequeñas cabeza de hierro. El espesor y el material de la
compuerta dependerán de la presión del agua y el diseño de los sellos. Al trabajar a compresión
estas compuertas tienen buenas adaptaciones a los sellos presentando pequeñas fugas. Este tipo
de compuertas han sido utilizadas para todo tipo de cabezas, pero resultan ser más económicas
para pequeñas cabezas y tamaños moderados pues necesitan grandes fuerzas para ser movidas.
(TOVAR, 1993)
COMPUERTAS DE RODILLOS (ROLLER GATES).
El término más ampliamente usado es stoney gate y su nombre es un tributo a su inventor. Los
demás nombres son simplemente usados para referirse a este tipo de compuerta ya que la
terminología no describe las características de la compuerta. Consiste en una placa plana de acero
reforzado con una estructura generalmente en celosía y rodillos en hierro fundido; sus dimensiones
varían según los requisitos de la apertura y su espesor es determinado por la presión del agua. La
regulación del nivel del agua se hace sacando parcial o completamente la compuerta. Este tipo de
compuerta es usada normalmente para requerimientos de alta presión. Ha sido diseñada para
cerrarse por gravedad. Las compuertas de rodillos son usualmente instaladas en la entrada de
conductos. Son frecuentemente localizadas en la cara de una presa. Las aplicaciones son: control de
flujo, sistemas de irrigación, encima de las presas para aumentar la capacidad del depósito. (SOTELO,
2002)
COMPUERTAS DE ALETA (FLAP GATES).
Este tipo de compuerta consiste en una placa con bisagras que gira alrededor de un eje en su
extremo inferior y transmiten el empuje hidrostático directamente hacia la solera . Dicha placa
puede ser plana o curva para dar una mejor característica a la descarga. La posición de la placa debe
ser controlada ya sea hidráulicamente, o alzando las conexiones que tiran o empujan la parte
seleccionada bajo la compuerta. (MOTT, 2002)

COMPUERTAS MARIPOSA.
Las compuertas tipo mariposa son utilizadas para controlar el flujo de agua a través de una gran
variedad de aberturas. Aunque pueden ser utilizadas para controlar el flujo en ambas direcciones la
mayoría de las instalaciones sólo las utilizan para controlar el flujo en una dirección.

Con las compuertas mariposa es posible tener una máxima cabeza de energía en ambos lados de la
compuerta. La mayoría de estas compuertas son instaladas en sitios con baja cabeza de presión
(menor a 6 metros). Las secciones transversales de este tipo de compuertas normalmente son
cuadradas o rectangulares; las secciones circulares no son muy comunes ya que estas se utilizan en
válvulas mariposa. Son ideales cuando hay poco espacio disponible ya que al girar respecto a un eje,
no es necesario disponer de espacio para levantarlas y allí se puede ubicar el mecanismo de
apertura. Estas pueden ser utilizadas como reguladoras de flujo, pues al rotar la hoja cambia el
tamaño de la abertura y se regula el caudal que fluye a través de ella. (MOTT, 2002)
COMPUERTAS CILÍNDRICAS.
Este tipo de compuerta fue ideada en Europa hace más de cincuenta años y permitió por primera
vez el diseño de presas de grandes luces.

Consiste en un cilindro de acero el cual puede levantarse rodando sobre dos guías inclinadas. Este
tipo de compuerta proporciona una instalación simple y efectiva pero no son muy comúnmente
usadas debido a que la regulación del nivel de agua se efectúa alzando el cilindro y dejando pasar el
agua por debajo. En ciertos casos éste sistema no permite una regulación muy exacta del nivel y
pueden producirse grandes pérdidas de agua. (CHOW, 1994).
Compuerta de esclusa (Sluise Gates).

Son utilizadas en casos de largos pasajes de fluido, como un interceptor en canales, como
reguladoras de nivel, en tanques de almacenamiento. Su sistema puede consistir en una placa de
diferentes geometrías (circular, cuadrada o rectangular), que se abre manual o automáticamente.
Puede ser utilizada solamente en situaciones donde el fluido sea en un solo sentido y puede ser
diseñada para aguantar una presión de 20 pies por una de sus caras y 10 pies por la otra. (MOTT,
2002).

COMPUERTAS RADIALES (TAINTOR).

Es una de las compuertas más usadas en grandes presas donde usualmente se usan series de
compuertas radiales entre columnas de concreto, consiste en una placa formada por un segmento
cilíndrico y son giratorias alrededor de articulaciones que transmiten la presión (a través de soportes
o miembro de acero) del agua directamente hacia la subestructura maciza. Al girar la compuerta
hacia abajo, entra en una cavidad de concreto. El diseño de esta compuerta es útil ya que su
levantamiento requiere de poca fuerza y es confiable. La mayor ventaja de estas compuertas es su
funcionamiento hidráulico y la facilidad de represar ríos anchos sin necesidad de contrafuertes
intermedios. (SOTELO, 2002).