Selección de Obras de Toma en Ingeniería

Obras de toma

A.Localización de las tomas

Por lo general las tomas se ubican:

• Dentro del cuerpo de la presa.
• En los estribos de la presa.
• En cualquier otro lugar del embalse.

Los factores a considerar para hacer la selección de la localización son los siguientes:

• Tipo de presa: es importante conocer los diferentes tipos de presas existentes, por ejemplo, las presas de concreto y gravedad son muy útiles debido a que permiten la construcción de tomas a través de su cuerpo.
• Condiciones geotécnicas: esta condición busca garantizar la estabilidad de la toma y de las obras adyacentes a ella.
• Condiciones topográficas: este tipo de condición es a veces determinante para conocer la longitud de túneles o presencia de escasez de terreno.
• Capacidad de la toma: la magnitud de la capacidad de la toma puede ser de influencia para su localización, pues ella determina las dimensiones de las secciones, así como también determina las válvulas, bombas y otros componentes en ella.
• Condición y ubicación de la entrega de la demanda: esta condición hace referencia aquellos embalses que poseen usos múltiples, lo que conlleva a que los lugares que se van a abastecer no necesariamente se encuentran en el mismo sitio.
• Uso conjunto con otras obras de embalse: Comúnmente las obras de toma condicionan su localización al empleo de facilidades determinadas por las obras de desvío, es decir, se disponen en sitios donde se faciliten las obras de desvío.
• Obras de acceso: son aquellas obras que permiten facilitar los procesos en el proyecto, y se puede observar el caso de carreteras que se llevan a cabo cuando la obra de toma está muy lejos a la presa.

Selección del tipo de toma

Si bien es cierto el punto más importante para la selección del tipo de toma es su ubicación, motivo por el cual los factores que influyen en esta última tiene una trascendencia especial en la selección del tipo de la toma. Para ello, se debe seleccionar si la toma será a presión, mixta o libre.

• Toma a presión: esta toma es recomendada cuando el objetivo es disminuir las pérdidas de energía de la toma.
• Toma libre: son aquellas que se utilizan en presas bajas que son pequeñas, cuyos fines de uso son de navegación y control de crecidas.
• Toma mixta: esta se basa en la combinación de las anteriores, por lo tanto, es la más recomendable.

También es posible seleccionar una obra de toma por gravedad o por bombeo, para ello se deben tener en consideración los siguientes hechos:

• Ubicación de la toma respecto a la conducción de las aguas: es decir, emplazamiento relativo del embalse respecto al centro de consumo, tanto en localización planimetría como altimétrica.
• Naturaleza de la conducción: si esa superficie libre o a presión. En este último caso podría ser beneficioso un bombeo inicial de captación.
• Condiciones geológicas: las malas condiciones del subsuelo pueden imposibilitar el uso de tomas por gravedad (túneles, conductos a través de las presas, etc.).

Captaciones

En este caso se debe escoger entre una captación selectiva y una que no lo sea, por lo tanto, los criterios principales son la variación de la calidad de las aguas en el embalse con la altura y el uso posterior a dar a las aguas captadas. Las tomas selectivas suelen clasificarse en 3 tipos generales:

• Torretomas: son aquellas estructuras que poseen aberturas en diferentes niveles con compuertas o válvulas de entrada. Por lo general, son de sección rectangular o circular, y se colocan lo más cercano posible al borde seco de la ladera del embalse, con la finalidad de disminuir el puente de acceso, el cual en ocasiones no se construye y se accede mediante lanchas.
• Captación inclinada: son similares al torretoma, pero su diferencia radica en que esta hace uso del apoyo que le ofrece la ladera del embalse. Por lo general estas tomas necesitan una ladera firme de apoyo, para que el costo de los taludes no sea muy alto. Podrían usarse apoyadas sobre el talud de una presa de concreto, pero se deben considerar aquellos casos de presas de tierra o enrocado, ya que se debe realizar un diseño más complejo.
• Captaciones flotantes: estas son útiles en embalses relativamente llanos y para gastos de poca o mediana magnitud. Presenta como ventaja su flexibilidad de toma, bajo costo y facilidad de construcción y como desventaja el costo de mantenimiento (corrosión), aunque éste puede mejorar sensiblemente con el uso de pinturas apropiada.
• Otros tipos: es importante destacar que existen varios tipos de tomas no selectivas o sumergidas, dentro de la más común se encuentra una toma de embudo.

Conductos de toma

Los conductos de toma pueden ser construidos en túneles o a cielo abierto, a través de la presa y asentados en su fundación. En el caso de cielo abierto, el conducto es un canal o una sección cerrada fabricada en sitio o prefabricada.

El tamaño del conducto depende de:

• Capacidad mínima de toma: esta capacidad se refiere que al gasto que por allí pasa no puede ser menor que la capacidad del conducto.
• Uso del conducto de toma como obra de desvío: por lo general en estos casos el gasto será mayor que la capacidad de la toma, lo que conlleva a que la misma se adapte a estas condiciones.
• Altura de la presa y condiciones de carga a la descarga: son muy importantes ya que en ellas se establecen los niveles de energía.
• Velocidades máximas admisibles: su uso radica en evitar la erosión, proveniente del material externo del conducto.
• Facilidades de construcción: esto ocurre en aquellos lugares especialmente en túneles donde la economía de su construcción aconseja un área de excavación mínima.
• Tipo de flujo: el cual dependerá del tipo de flujo ya sea flujo libre o a presión.
• Continuidad de la sección: se recomienda mantener la misma sección a lo largo del conducto, con el fin de evitar transiciones.
• Disposición de los controles de regulación: estos van a depender de la ubicación del conducto, ya que de acuerdo a ello se fija el tipo de flujo a utilizar.

Es importante mencionar que las secciones más utilizadas para los conductos de toma son las siguientes:

• Circulares: se consideran las más efectivas tanto hidráulica cuando trabajan a presión, como estructuralmente.
• Rectangulares: por lo general estas son utilizadas en canales abiertos, y la forma hidráulica más eficiente en estos casos es cuando el ancho es dos veces la altura de agua.
• Herraduras: por lo general estas se adaptan bien a túneles y funciona mejor que la circular cuando trabajan a superficie libre, además son más ventajosas cuando se desea dar acceso a la cámara de maniobras a través del conducto.
• Arco: estas tienen un comportamiento similar a las anteriores, pero mejoran aún más las facilidades de acceso, aunque desmejorarían el funcionamiento hidráulico.
• Otras: en estas se pueden hacer mención a secciones ovoidales inclusive prefabricadas, sin embargo, no tienen ninguna ventaja determinante sobre las anteriores.