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• Tomas Laqui Villegas

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ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS

Informe Final

VOLUMEN I MEMORIA DESCRIPTIVA

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS

Informe Final

INDICE RESUMEN EJECUTIVO

1.

2.

4

Objetivos del Estudio

4

Marco Geológico

4

Recursos Hídricos

5

Evaluación de Alternativas

6

Recomendaciones

6

INTRODUCCION

8

1.1. Antecedentes

8

1.2. Objetivos y Alcances

9

1.3. Conclusiones y Recomendaciones

10

INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO

12

2.1. Ubicación del Proyecto

12

2.2. Vías de Comunicación

12

2.3. Topografía

13

2.4. Recursos Hídricos

14

2.4.1 Disponibilidad Hídrica

14

2.4.2 Volumen de Sedimentos

21

2.4.3 Avenidas

24

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2.4.4 Calidad de Agua

29

2.5. Geología

33

2.5.1 Geología Regional

33

2.5.2 Geología Local de los Ejes de Presa

35

2.5.3 Geología Local de los Vasos de Almacenamiento

38

2.6. Geotecnia

46

2.6.1 Estudios Geotécnicos

46

2.6.2 Estudios Geofísicos

47

2.6.3 Estudios de Canteras

48

2.6.4 Ensayos y Resultados

51

2.6.5 Sismicidad

53

3.

DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS

55

4.

DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Y OBRAS CONEXAS

57

4.1. Alternativa 1:

Presa Única

57

4.2. Alternativa 2:

Presas en Serie

58

4.3. Tipos de Presas Estudiadas

60

4.4. Desvío de las Aguas de las Quebradas Azufre Grande y Chico

64

5.

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS

66

6.

TIEMPO DE EJECUCIÓN DE OBRAS

68

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RESUMEN EJECUTIVO OBJETIVOS DEL ESTUDIO El presente estudio a nivel de prefactibilidad analiza las posibilidades de regulación de las aguas del río Callazas, aguas arriba de la bocatoma Coranchay, con fines de aprovechamiento en el Sub Distrito de Riego Candarave, ubicado en la Provincia de Candarave, Región Tacna. Los objetivos específicos del estudio, dentro del contexto general del desarrollo socioeconómico, están orientados a los siguientes propósitos:

ƒ

Determinación de la disponibilidad del recurso hídrico.

ƒ

Identificación y evaluación geológica geotécnica de los posibles ejes de presa y sus vasos de almacenamiento.

ƒ

Investigación preliminar de la calidad del agua en el ámbito del proyecto.

ƒ

Formulación de alternativas de ingeniería y desarrollo de diseños preliminares de ingeniería de los sistemas hidráulicos propuestos.

ƒ

Evaluación técnica económica de las alternativas formuladas.

MARCO GEOLÓGICO La característica litológica de la región está constituida en mayor proporción por rocas clásticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la formación Capillune ubicadas en la zona inferior, media y superior del valle.

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En menor proporción se presentan afloramientos de depósitos de derrames volcánicos y piroclástos andesiticos y traquiticos de la Formación Barroso con una edad Plio-Pleistocena que es la denominada unidad fisiográfica de la cadena volcánica del sur de los andes, destacándose en ella los volcanes Tutupaca y Yucamane.

Además de la condición volcánica de la región, también es notable la característica sísmica que se presenta en ella.

RECURSOS HÍDRICOS

La disponibilidad de los recursos hídricos de la cuenca del río Callazas, aguas arriba de la bocatoma Coranchay, presentan condiciones favorables para satisfacer los requerimientos de riego de la población objetivo del proyecto.

El flujo medio anual del río Callazas, referido a la subcuenca de la bocatoma Coranchay, es 1.86 m3/s el cuál representa un volumen de aporte anual de 58.7 MMC, mayormente concentrado en los meses de lluvias, notándose que el valor medio del caudal en la época de estiaje es 1.3 m3/s.

Los flujos de la subcuenca del Eje N° 5, propuesta como Alternativa N° 1, están en proporción de 65 y 85 % en relación a los flujos en la sección Coranchay para los períodos de avenidas y estiaje respectivamente.

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EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS

Se formularon y evaluaron 2 alternativas:

Alternativa 1: Presa única ubicada en el Eje N° 5, con capacidad de almacenamiento útil de 10 MMC.

Alternativa 2: Presas en serie ubicadas en los Ejes N° 1 (Coranchay) y N° 5, con capacidad de almacenamiento útil conjunto de 10 MMC.

La evaluación técnica económica de las alternativas concluye que la mejor opción corresponde a la Alternativa N° 1consistente en una Presa Mixta con núcleo impermeable.

El embalse propuesto de 10 MMC de capacidad permitirá un caudal regulado de 2.0 m3/s, lo que significa un 54 % de incremento respecto al caudal medio anual de 1.3 m3/s. RECOMENDACIONES ƒ

Desarrollar un mayor nivel de investigación en los estudios de factibilidad, con especial interés en las condiciones de cimentación profunda y permeabilidad en los ejes de presa y los vasos respectivos de las 2 alternativas formuladas.

ƒ

Actualizar la data sísmica e instalar acelerómetros con registros digitales en puntos estratégicos que permitan una mejor comprensión de la sismicidad en el entorno geográfico.

ƒ

Desarrollar un programa de aforos de caudales, sedimentos y monitoreo de calidad de agua a lo largo del río Callazas y sus principales afluentes. 6

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ƒ

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Recopilar una mayor información de variables de costos y productividad agrícola con datos reales del área del proyecto por medio de encuestas de campo.

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1.

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INTRODUCCION La provincia de Candarave ubicada en la Región Tacna, marco geográfico general del área del estudio, sostiene su economía principalmente en la actividad agrícola, complementándose ésta con la ganadería. La agricultura en esta provincia aún no ha logrado el suficiente desarrollo que le permita mejorar los estándares de vida en la población; para lograr este preciado objetivo se requiere efectuar proyectos de inversión que cristalicen este ansiado anhelo de los moradores del lugar. Siendo que los objetivos trazados están estrechamente relacionados con el manejo del recurso hídrico, el “Estudio de Pre Factibilidad de Regulación del Río Callazas” busca definir la VIABILIDAD TECNICA-ECONOMICA de una presa reguladora estacional que permita alcanzar dicho fin. Este estudio se sustenta en el análisis de las alternativas identificadas, en concordancia con la realización de los estudios básicos desarrollados de acuerdo a las consideraciones de capacidad del almacenamiento, características morfológicas, geológicas, y geotécnicas del entorno geográfico en complementación con la calidad del agua disponible. El presente trabajo es por lo tanto uno de los planteamientos encaminados a satisfacer las demandas hídricas de los sectores de riego de Candarave, Cairani, Quilahuani y Huanuara , que comprende 3,099 Has de cultivo, y actualmente son servidos por la bocatoma de Coranchay.

1.1. ANTECEDENTES La zona del proyecto presenta como antecedente de trascendental importancia, los estudios desarrollados por el Proyecto Especial Tacna (PET) en diciembre de 1993, y

que

constituyen

el

documento

denominado

"Proyecto

Candarave.

Reordenamiento de Riego y Plan de Desarrollo. Revisión del Proyecto y Evaluación Económica ". 1.2. OBJETIVOS Y ALCANCES 8 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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El objetivo del presente estudio comprende la determinación del recurso hídrico disponible en el río Callazas para su regulación, con la finalidad de plantear alternativas que permitan la ubicación y selección del tipo de presa y obras conexas, que garanticen su funcionamiento y operatividad. El “Estudio de Pre Factibilidad de Regulación del Río Callazas” cubre los siguientes aspectos importantes: a)

Determinación del recurso hídrico disponible.

b)

Ubicación y selección de ejes de presa con sus respectivos vasos de almacenamiento.

c)

Mapeo de la geología estructural de los ejes de presa y sus respectivos vasos, identificándose zonas de estanqueidad, estabilidad de taludes, y respuesta a condiciones de saturación prolongada.

d)

Análisis de las prospecciones geofísicas estudiadas.

e)

Análisis de calidad de agua en las alternativas propuestas.

f)

Desarrollo de los diseños preliminares a nivel de pre factibilidad, y estimación de costos de las presas alternativas y obras conexas.

g)

Evaluación económica de las alternativas para diferentes tipos de presas propuestas.

En correspondencia a la naturaleza de los estudios de pre-factibilidad, los alcances del presente trabajo son de carácter preliminar, los mismos que deben ser complementados con un mayor nivel de investigaciones en las etapas posteriores de los estudios del proyecto.

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1.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES De acuerdo a la evaluación efectuada en el presente “Estudio de Prefactibilidad de Regulación del Río Callazas”, se concluye lo siguiente: ƒ

El desarrollo socio-económico de la zona, objeto del estudio, está relacionado con impulsar la agricultura y ganadería local, lo que alienta al mejor manejo de los recursos hídricos disponibles del río Callazas con fines de su regulación.

ƒ

La disponibilidad hídrica del río Callazas y las condiciones geológicas geotécnicas del entorno indican la posibilidad de su regulación hasta un volumen de almacenamiento útil de 10 MMC.

ƒ

Los factores geológicos geotécnicos relacionados a la característica sísmica y volcánica del área del estudio no indican al presente una amenaza activa a la viabilidad del proyecto.

ƒ

Las canteras de materiales de construcción identificadas en las cercanías al área del proyecto, a pesar de presentar ciertas características desfavorables a su durabilidad, se consideran aceptables para su utilización por las propiedades físicas que presentan y la suficiente disponibilidad volumétrica.

ƒ

El “Estudio de Prefactibilidad de la Regulación del Río Callazas”, presenta como mejor opción la Alternativa N° 1: Presa Mixta de Enrocado con Núcleo Impermeable emplazada en el Eje N° 5 con volumen útil de 10 MMC.

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RECOMENDACIONES En otro aspecto, tomando en consideración los factores naturales y la evaluación efectuada en el presente estudio, se presentan las siguientes recomendaciones: ƒ

Desarrollar un mayor nivel de investigación geológica geotécnica, por medio de perforaciones y una mayor densidad de prospecciones geofísicas, para lograr la adecuada caracterización de los estratos y las condiciones de cimentación profunda en los ejes de presa y los vasos respectivos de las 2 alternativas formuladas.

ƒ

Investigar con pruebas especiales de campo las condiciones de permeabilidad de los vasos de almacenamiento y los ejes de presa de cada alternativa propuesta.

ƒ

Actualizar la data sísmica e instalar acelerómetros con registros digitales en puntos estratégicos que permitan una mejor comprensión de la sismicidad en el entorno geográfico.

ƒ

Desarrollar un programa de aforos de caudales y sedimentos a lo largo del río Callazas y sus principales afluentes, en secciones estratégicas relacionadas a las alternativas formuladas, durante diferentes épocas del año, especialmente en días lluviosos.

ƒ

Monitorear la calidad del agua, en diferentes épocas del año, en los puntos de interés al planteamiento de los embalses reguladores, donde se detectaron parámetros físico-químicos cercanos a los límites tolerables, con el propósito de investigar el efecto de dilución de los contaminantes.

ƒ

Recopilar una mayor información de variables de costos y productividad agrícola con datos reales del área del proyecto por medio de encuestas de campo.

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2.

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INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO

2.1. UBICACIÓN DEL PROYECTO La zona materia del estudio se ubica políticamente en la región Tacna, Provincia de Candarave. Geográficamente el área del estudio se encuentra comprendida en el cuadrángulo delimitado por las coordenadas 16º 50´- 17º 10´ de Latitud Sur y 70º 08´ - 70º 20´ de Longitud Oeste; y la cuenca se desarrolla altitudinalmente entre las cotas 4,275 y 4,800 msnm. 2.2. VÍAS DE COMUNICACIÓN La zona de estudio cuenta con vías de comunicación principalmente terrestre, que permiten el desplazamiento y accesibilidad en la mayoría de su recorrido. La principal accesibilidad hacia la zona se efectúa siguiendo el recorrido descrito a continuación: •

Partiendo desde Lima hacia la ciudad de Tacna por vía aérea, o la vía terrestre a través de la Carretera Panamericana Sur.

•

A partir de Tacna, seguir el recorrido terrestre hacia la ciudad de Candarave, a través de la Carretera Tacna - Tarata - Candarave, que es un camino principalmente afirmado y con duración de viaje aproximado de 5 horas.

El área del proyecto cuenta con medios de comunicación básica, como una estación radial con frecuencia modulada, servicios de telefonía fija y correo terrestre.

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2.3. TOPOGRAFÍA Después de un diagnóstico básico de la zona del proyecto a partir de la información existente, como la carta nacional, fotografías aéreas, imágenes satelitales, y registros de variables hidrometeorológicas, se procedió a hacer una evaluación inicial de campo con el fin de identificar preliminarmente las zonas adecuadas para el almacenamiento de las aguas del río Callazas. Como resultado de esta actividad se identificaron seis posibles zonas de ubicación de ejes de presa, los cuales se muestran en el Plano IA-01 en el Anexo E del Volumen IV y cuyas coordenadas de ubicación se presentan a continuación.

CUADRO N° 2.1 ZONAS DE POSIBLE UBICACIÓN DE EJES DE PRESA Margen Izquierda Ejes

Margen Derecha

Norte

Este

Altitud ( msnm )

Norte

Este

Altitud ( msnm )

Eje 1

8107303.955

363044.625

4082.988

8107271.000

362770.000

4100.000

Eje 2

8107769.001

363047.563

4095.750

8107782.448

362832.170

4096.672

Eje 3

8108215.811

363038.028

4100.060

8108210.298

362880.072

4113.403

Eje 3 A

8109879.348

363501.136

4282.981

8110300.708

363010.508

4280.237

Eje 4

8113255.608

365054.936

4316.796

8113172.944

364741.716

4304.419

Eje 5

8114435.371

364887.695

4298.970

8114382.396

364648.507

4298.860

En estos seis ejes se efectuaron los correspondientes trabajos de las especialidades comprometidas en el proyecto como son topografía, geología, geotecnia, hidrología e hidráulica.

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Los trabajos de campo de la topografía se adecuaron a las características del terreno y a las necesidades del proyecto, trazándose 2 poligonales cerradas, enlazadas con una poligonal abierta, y el control planimétrico de las poligonales se realizó mediante trilateraciones. En cada eje identificado se hizo el levantamiento del vaso de almacenamiento correspondiente para una altura de presa de 50 m en promedio, cubriendo áreas suficientes para la ubicación de las obras temporales, auxiliares o complementarias a la estructura de la presa.

Como resultados de estos estudios se concluye que las zonas más adecuadas para la construcción de una presa de almacenamiento son los Ejes N° 1 y 5. Sobre la base de estos dos ejes se han formulado dos alternativas de almacenamiento que son el resultado del estudio de prefactibilidad. 2.4. RECURSOS HÍDRICOS 2.4.1 DISPONIBILIDAD HÍDRICA La evaluación de los recursos hídricos se orientó a los siguientes objetivos: ƒ Evaluación de las variables hidrológicas que sirven como elementos de comparación de las alternativas formuladas: flujos del río Callazas y sus tributarios importantes, volúmenes útiles, volúmenes de sedimentación, caudales pico de avenidas, y calidad de agua. ƒ Determinación de las magnitudes de diseño de los volúmenes muertos, flujos pico laminados, e índices de funcionamiento. Previo al empleo de la información hidrológica, se efectuó el análisis de tendencias en las series históricas de las 5 estaciones disponibles, Coranchay y Vilacota de tipo hidrométrica, y Tacalaya, Suches y Candarave de tipo pluviométrica. 14 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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El análisis visual de las series de tiempo presentan una aparente tendencia decreciente en algunas de las estaciones investigadas; sin embargo, las pruebas estadísticas a las que se sometieron descartan tal fenómeno

En base a los registros pluviométricos de las estaciones Suches y Tacalaya, consideradas las más representativas por la compatibilidad altitudinal, se hicieron las estimaciones de las precipitaciones medias sobre las cuencas de interés, definidas por la ubicación de los ejes de las alternativas propuestas, los valores obtenidos se muestran en el cuadro a continuación.

CUADRO N° 2.2 CUENCA ALTA DEL RÍO CALLAZAS PRECIPITACIONES MEDIAS

Eje N° 1

Precipitación media anual (mm) 421

Eje N° 3 A

419

Eje N° 5

417

Límite de Subcuenca

La relativa uniformidad de las precipitaciones medias anuales en cada subcuenca de los ejes alternativos, permite suponer que la extrapolación de las magnitudes de las descargas en la sección de dichos ejes a partir de los registros de la estación Coranchay, guardan proporcionalidad a la relación de las superficies de las subcuencas correspondientes.

Para la estimación de los flujos en las Quebradas Azufre Grande y Azufre Chico se aplica el mismo criterio de proporcionalidad de áreas para la escorrentía directa, y en proporción a los aforos en estiaje para definir los flujos en estiaje o caudal base. El cuadro siguiente presenta la estimación de los flujos en dichas quebradas.

CUADRO N° 2.3 CAUDALES TÍPICOS MENSUALES 15 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO Quebrada Azufre Grande

Quebrada Azufre Chico

Promedio (l/s)

Máximo (l/s)

Mínimo (l/s)

Promedio (l/s)

Máximo (l/s)

Mínimo (l/s)

Enero

70

169

36

42

116

18

Febrero

94

221

35

65

165

17

Marzo

93

318

39

64

259

19

Abril

63

127

38

36

75

18

Mayo

53

99

38

26

48

18

Junio

49

78

36

24

38

18

Julio

49

103

36

24

51

18

Agosto

48

79

35

23

38

17

Septiembre

48

75

34

23

36

17

Octubre

47

69

35

23

33

17

Noviembre

48

70

34

23

34

17

Diciembre

53

87

38

26

42

18

Mes

Analizando los aforos en las quebradas Azufre Grande y Azufre Chico, ambas de áreas similares, se observa que la relación de flujos de estiaje (caudal base) es de 2:1 para Azufre Grande; este efecto se explica por la mayor intercepción de los flujos subsuperficiales que corren de Norte a Sur y se encuentran primero con el curso de la quebrada Azufre Grande. La coincidencia del Eje N° 1 con el emplazamiento de la estación limnigráfica Coranchay, analizando los datos del volumen medio anual, permite la estimación del coeficiente de escorrentía medio de la cuenca equivalente a 0.33.

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Con los registros históricos de la estación Coranchay, se elaboró los hidrogramas típicos de los caudales mensuales medios, máximos y mínimos que se presentan en la Figura 2.1.

CAUDALES MENSUALES Medios, Máximos y Mínimos históricos (l/s) Estación Coranchay - Río Callazas 12,000 11,000 10,000 9,000

CAUDAL (l/s)

8,000

PROMEDIO Maximo Minimo

7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

MES

Figura 2.1 Los aportes volumétricos anuales del río Callazas, en la estación Coranchay, fluctúan de 40 a 107 MMC, con una media de 58.7 MMC. Del estudio de los caudales, referidos a la estación Coranchay, se pudo observar que los flujos medios mensuales durante el período de lluvias únicamente un 25 % superan los 4 m3/s; y durante el período de estiaje un 90 % de los caudales están comprendidos entre 1.0 y 2.0 m3/s, no habiéndose registrado magnitudes menores ni en el año más seco. 17 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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La estimación del caudal regulado, en concordancia con la capacidad del embalse, se realizó aplicando la curva de duración de caudales y la simulación de rangos. Cabe indicar que el caudal disponible regulado en la toma de Coranchay se ha considerado igual al caudal regulado por el rango en el eje respectivo más el caudal mínimo del aporte intermedio. Los resultados de los métodos aplicados indican que con embalses de 5, 10 y 15 millones de m3, según se aprecia en las Figuras 2.2 y 2.3, se consiguen caudales regulados del orden de 1.8, 2.0 y 2.3 m3/s respectivamente. Con respecto al flujo medio anual garantizado sin embalse, 1.3 m3/s, implican un incremento de la oferta aprovechable del orden de 38 %, 54 % y 77 % respectivamente.

VOLUMEN DE EMBALSE SEGÚN EL CAUDAL REGULADO A partir de la Curva de duración Sección Coranchay - Eje 1 3.0

Caudal Regulado [m3/s]

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0 0

5

10

15

20

25

30

Volumen de Embalse [MMC]

Figura 2.2

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Volumen de Embalse de Regulación Estacional Vs Caudal Regulado Ejes 1, 3A y 5 Según simulaciones de rango usando la serie histórica 1956-2000 4.0

3.5

Caudal Regulado (m3/s)

3.0

2.5

2.0

1.5

Eje 1 Eje 3A

1.0

Eje 5 Eje 5 línea de ajuste

0.5

Eje 3A linea de ajuste Eje 1 linea de ajuste

0.0 0

5

10

15

20

25

30

Volumen de embalse (MMC)

Figura 2.3 La capacidad del reservorio con nivel de garantía del 75 % para la regulación de los flujos del río Callazas en la sección de la toma Coranchay, utilizando el método de rangos, es de 10 MMC tal como se muestra en la Figura 2.4. Dado que los caudales regulados en Coranchay respecto al volumen de embalse necesario en todos los ejes alternativos son prácticamente los mismos, se considera que el volumen de garantía del 75%, 10 MMC, es el mismo en los ejes alternativos 1, 3A y 5.

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Frecuencia de Rangos Sección Coranchay Usando la serie histórica 1956-2000

Rangos (MMC)

100

10

1 0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Garantía

Figura 2.4

2.4.2 VOLÚMEN DE SEDIMENTOS Para la comprensión del mecanismo de producción de sedimentos, en la cuenca del río Callazas, es necesario observar que durante el periodo de estiaje la mayor parte del flujo en el río, del orden de 1.1 a 1.7 m3/s, proviene de aportes de manantiales cuya carga de sedimentos es bajísima, y en forma de suspensión, sin casi arrastre de fondo. Las grandes cargas de sedimentos sólo ocurren en los días de lluvias donde se producen escorrentías importantes en las quebradas tributarias, arrastrando consigo

arenas y limos, almacenados en las laderas y cauces de las

quebradas de régimen efímero. Por inspecciones visuales de campo, las quebradas de régimen permanente o intermitente, no crecen apreciablemente su proporción de aporte sólido como lo hacen las efímeras. Las quebradas tributarias en su mayoría son de flujo efímero, con excepción de las quebradas 20 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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Azufre Chico, Azufre Grande, en la margen derecha, y Matazas, Larjanco y Aguas Calientes en la margen izquierda. El aporte sólido mayor en el río Callazas ocurre durante pocos días al año en ocasión de lluvias fuertes que producen escorrentías en sus quebradas de flujo efímero. Esta situación puede establecerse en los casos en que el río transporta flujos mayores de 2 m3/s. La producción de sedimentos ha sido evaluada mediante la aplicación de la ecuación universal de la pérdida de suelo, y otros métodos empíricos (ver Cuadro N° 2.4). El cálculo de volumen muerto considera las eficiencias de retención. Las predicciones de volumen de sedimentos retenidos alcanza el orden de 1.2 MMC; sin embargo, existe una amplia incertidumbre en esta estimación, tal como puede verse en el cálculo detallado del Cuadro B.11 en el Anexo B, Hidrología, del Volumen IV, siendo recomendable que en estudios posteriores se implementen campañas de medición de transporte de sedimentos en días de lluvias fuertes.

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CUADRO N° 2.4 RESUMEN DE CÁLCULOS DEL VOLUMEN MUERTO Descripción

Unidad

Eje N° 1

Eje N° 3A

Eje N° 5

Área de cuenca

Km2

420

404

359

Precipitación efectiva anual

Mm

140

137

112

Caudal medio anual

m3/s

1.85

1.75

1.27

Peso específico de sedimentos

t/m3

1.4

1.4

1.4

Vida útil

Años

50

50

50

Capacidad de presa (*)

MMC

5.1

3.5

10.1

Aporte promedio en la sección

MMC

58.7

53.7

38.2

%

87%

80%

94%

MMC

1.3

1.2

1.0

Eficiencia de retención Volumen de sedimentos retenidos ( )

* Para alturas comunes de presa de 40 m en cada eje alternativo.

Para las 2 alternativas de los esquemas hidráulicos de regulación formulados, la Alternativa 1 con presa única en el Eje N° 5 y la Alternativa 2 con presas en serie en los Ejes N° 1 y 5, se estimaron los volúmenes de sedimentos tomando en consideración la disposición espacial de los almacenamientos, los resultados se muestran en el cuadro siguiente.

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CUADRO N° 2.5 ESQUEMAS HIDRÁULICOS ALTERNATIVOS RESUMEN DE CÁLCULO DE VOLUMEN MUERTO Alternativa 1 Descripción

Alternativa 2

Unidad Eje N° 5

Eje N° 1

Eje N° 5

Área de cuenca

km2

359

61

359

Precipitación efectiva anual

Mm

112

140

112

Caudal medio anual

m3/s

1.27

0.58

1.27

Peso específico de sedimentos

t/m3

1.4

1.4

1.4

Vida útil

años

50

50

50

Capacidad de presa

MMC

11.2

4.3

6.9

Volumen útil

MMC

10.0

4.0

6.0

Aporte promedio en la sección

MMC

38.2

58.7

38.2

%

94

80

90

MMC

1.0

0.3

0.9

Eficiencia de retención Volumen de sedimentos retenidos

2.4.3 AVENIDAS Las precipitaciones máximas en 24 horas correspondientes a las estaciones Suches y Tacalaya se analizaron con diferentes leyes de probabilidades, encontrándose que no hay diferencia significativa entre los estimados al utilizar cualquiera de estas distribuciones. En el siguiente cuadro se muestran las precipitaciones máximas en Suches y Tacalaya ajustada a la ley de distribución Generalizada de Valor Extremo (GEV) para diferentes periodos de retorno.

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CUADRO N° 2.6 PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN 24 HORAS (mm) DISTRIBUCIÓN GEV Periodo de Retorno

Estación

Tr (años)

Suches

Tacalaya

2

26.4

23.6

5

32.0

28.9

10

34.7

32.3

20

36.9

35.4

25

37.4

36.3

50

39.0

39.2

100

40.2

42.0

200

41.2

44.6

500

42.3

48.0

El estudio de avenidas se efectuó con los datos de flujos máximos (caudal pico instantáneo) registrados en la estación Coranchay, para el período del año 1964 al 2001. El análisis estadístico permite observar que los ajustes con cada una de las distribuciones de frecuencia utilizadas, producen resultados muy divergentes para periodos de retorno altos (ver Figura 2.5). En la búsqueda de un criterio para la selección de la distribución más adecuada se contrastaron, en términos adimensionales respecto a las cantidades promedio, las distribuciones de frecuencia de caudales, con las distribuciones de frecuencia de precipitaciones (ver Figura B.3 en el Anexo B, Hidrología, del Volumen IV). Los caudales máximos instantáneos de diseño en los demás ejes fueron obtenidos extrapolando los de Coranchay en proporción a las áreas de 24 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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drenaje. El Cuadro N° 2.7 muestra los flujos pico instantáneos para cada uno de los ejes alternativos. Siendo las alternativas consideradas del orden de presas medianas, se ha escogido como evento de diseño el correspondiente a 500 años de periodo de retorno.

Caudales Pico Instantáneos Río Callazas - Estación Coranchay

Caudales Pico (m3/s)

100

GU 10

GEV LN2 LN3 LP3 (mv) LP3 (mo) P3 Datos

1 1

10

100

1000

Periodo de Retorno (años)

Figura 2.5

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CUADRO N° 2.7 FLUJOS PICO INSTANTÁNEOS Periodo de Retorno Tr (años)

Caudales Pico Eje N° 1 (m3/s)

Eje N° 3ª (m3/s)

Eje N° 5 (m3/s)

2

10

9

8

5

16

16

14

10

21

20

18

20

26

25

22

25

27

26

23

50

33

31

28

100

38

37

33

200

45

43

38

500

54

52

46

Los caudales máximos en las Quebradas Azufre Grande y Azufre Chico fueron calculados mediante el método del hidrograma unitario, con similar metodología que la empleada para calcular los flujos en los ejes alternativos. El parámetro de sustracción hidrológica CN es el mismo estimado para la cuenca del Callazas. No se empleó factor de reducción por distribución espacial de la lluvia, por tratarse de cuencas pequeñas. El Cuadro N° 2.8 presenta los resultados obtenidos.

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CUADRO N° 2.8 CAUDALES MÁXIMOS QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO Periodo de Retorno Tr (Años)

Quebradas Azufre Chico (m3/s)

Azufre Grande (m3/s)

2

0.75

0.80

5

2.4

2.6

10

3.3

3.6

25

5.7

6.3

50

7.1

7.7

100

8.4

9.1

500

11.3

12.4

Se hicieron simulaciones hidrológicas de tránsito de avenidas para determinar los caudales pico laminados que saldrán por los vertederos de alivio de las alternativas consideradas, consistiendo la Alternativa 1 en un embalse único con Presa en el Eje N° 5, y la Alternativa 2 consiste en 2 embalses en serie con Presas en los Ejes N° 1 y 5. La calibración del modelo se realizó con la tormenta de 500 años y el caudal pico correspondiente pronosticado en Coranchay. Los cálculos respectivos fueron implementados con el programa HEC-HMS v2.1.3 cuyos resultados se presentan en las Figuras B.5 al B.8 en el Anexo B, Hidrología, del Volumen IV. El Cuadro N° 2.9 muestra los resultados de la simulación.

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CUADRO N° 2.9 TRANSITO DE AVENIDAS EN LOS EMBALSES Unidad

Alternativa 1

Alternativa 2

m3/s

46.0

46.0

M

10

10

m3/s

16.9

18.1

M

0.9

1.0

m3/s

-

20.9

M

-

10

m3/s

-

20.1

M

-

1.1

Reservorio 5 Caudal Pico de entrada Ancho de vertedero Caudal Pico Laminado Nivel de agua sobre la cresta del vertedero Reservorio 1 Caudal Pico de entrada Ancho de vertedero Caudal Pico laminado Nivel de agua sobre la cresta del vertedero

2.4.4 CALIDAD DE AGUA Dentro de las consideraciones del proyecto, se analizó la influencia de la regulación del río Callazas y sus obras complementarias en el mejoramiento de la calidad del agua para fines de riego, teniendo en consideración que actualmente presentan un alto contenido de sales y sustancias disueltas. Se estudió la variabilidad de la calidad del agua del río Callazas a lo largo de su recorrido, desde la cercanía a su naciente hasta la sección de la bocatoma Coranchay; asimismo se investigó la influencia de las quebradas tributarias Azufre Chico y Azufre Grande con la posibilidad de desviarlas para evitar que descargue en la sección Coranchay.

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La toma de muestras para el análisis de calidad de agua se realizaron con flujos de estiaje, cuando se espera tener las mayores concentraciones en el año, pues es cuando el flujo es prácticamente el flujo base proveniente de los flujos subsuperficiales del valle que arrastran las sales disueltas del suelo. Se espera que en la época de lluvias los mayores flujos de escorrentía originen la disminución de las concentraciones por efectos de dilución con las aguas de escorrentías. Los Cuadros B.12 y B.13 del Anexo B, Hidrología, del Volumen IV presenta los análisis de agua de las muestras tomadas a lo largo del río Callazas y sus afluentes. En general, en el tramo del río cercano a Coranchay las concentraciones de sustancias disueltas son mucho mayores que en la zona alta; sin embargo, son pocos los parámetros y sustancias que exceden los límites permisibles, tales son la conductividad, el sodio, el arsénico, y el boro. Tres de estas sustancias se manifiestan en concentraciones excesivas sólo cerca a Coranchay, aguas abajo del Eje Nº 5. La evidencia de que el ingreso de altas concentraciones de sustancias disueltas ocurre aguas arriba de las quebradas Azufre, es reforzada si se toma en cuenta que mediante un balance de masas las concentraciones en el río Callazas aguas abajo de las quebradas Azufre, no se explican únicamente con el aporte de sustancias de éstas, dado el poco caudal de las quebradas respecto al río Callazas. Los contenidos de sulfatos y cloruros disueltos aunque van aumentando en el recorrido del río, no exceden los límites para que el agua pueda usarse en mezclas de concreto. En cuanto al sodio, la concentración de esta sustancia en la sección Coranchay sólo excede ligeramente las especificaciones para agua potable

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según la norma ITINTEC 214.03; pero cae dentro de lo aceptable en la norma de la OMS. El arsénico es el mayor problema, pues excede desde la zona alta de la cuenca los límites para agua potable, y en la sección Coranchay apenas puede ser considerada como agua de clase 4, que según la Ley de Aguas es sólo apta para cultivos de tallo largo. Los límites admisibles del boro dependen de la tolerancia del cultivo a este elemento. Las concentraciones halladas en la sección Coranchay se encuentran en el borde de los límites admisibles para cultivos tolerantes como la alfalfa; pero excediendo los límites para cultivos menos tolerantes como la papa y el maíz. Sin embargo, otras referencias técnicas indican que existen cultivos cuyos límites de tolerancia están por encima de las concentraciones medidas, abriéndose un campo donde la investigación agronómica debe intervenir para indicar el límite apropiado de los cultivos en Candarave. En la sección Coranchay el agua tiene alto peligro de salinidad, de acuerdo al parámetro de conductividad indicado en la clasificación para agua de irrigación del US Department of Agricultura, esta situación se observa también en la sección inmediata aguas arriba de las quebradas Azufre Chico y Azufre Grande. En el Eje Nº 5 el peligro de salinidad es moderado, y aguas arriba es bajo. En resumen puede establecerse que el agua en el Eje Nº 5 y aguas arriba de ella es de buena calidad; y en la sección antes del ingreso de las quebradas Azufre Chico y Azufre Grande los parámetros que exceden los límites permisibles son la concentración de arsénico, boro y la conductividad, inconvenientes para la actividad pecuaria y de irrigación, es decir que el ingreso de tales concentraciones adversas no se debe exclusivamente al ingreso de las aguas de las quebradas Azufre Chico y Azufre Grande, sino también a aportes intermedios en forma de manantiales aguas arriba del Callazas entre las quebradas Azufre y el Eje Nº 5. 30 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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Puesto que no se considera hacer una obra de desvío desde el Eje Nº 5 hasta Coranchay, la diferencia entre situar los ejes de los embalses en Coranchay o en el Eje Nº 5, no es significativa en cuanto a la calidad de agua, pues las aguas descargadas desde este eje, donde sí se almacenan con mayor calidad, pierden esta condición al combinarse con los flujos intermedios en su recorrido por el río hacia la bocatoma en Coranchay.

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2.5. GEOLOGÍA 2.5.1 GEOLOGÍA REGIONAL La característica litológica de la región está constituida en mayor proporción por rocas clásticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la formación Capillune ubicadas en la zona inferior, media y superior del valle; en una menor proporción se identifican rocas andesíticas, traquíticas y pórfido traquítico del Volcánico Barroso las cuáles se ubican en la zona superior del valle. Estructuralmente las masas rocosas de ambas formaciones fueron afectadas por

estructuras

geológicas

menores

como

planos

de

estratificación

concordantes, discordancias angulares, fracturas y grietas en forma aislada, las que se presentan mayormente en las rocas volcánicas de la Formación Barroso que aflora aguas abajo de los Ejes N° 3 y 5. En la Formación Barroso se identificaron

tres sistemas principales y tres

sistemas secundarios de discontinuidades y por su parte las grietas se dan en forma aislada y en dos sistemas principales, en el cuadro siguiente se detallan los alineamientos de estos sistemas.

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CUADRO N° 2.10 ESTRUCTURA GEOLÓGICA REGIONAL RIO CALLAZAS Discontinuidades

Sistema Principal

Grietas

Sistema Secundario

Sistema Principal

Rumbo

Buzamiento

Rumbo

Buzamiento

Rumbo

Buzamiento

1

N 06° W

07° E

N 35° E

57° SE

N 11° W

79° SE

2

N 15° W

73° NE

N 39°W

51° SW

N 17° W

70° NE

3

N 09° E

06° E

.N 25° E

67° SE

-

-

La unidad fisiográfica característica del área del proyecto, es la cadena volcánica del sur de los andes con rumbo NO-SE; la sucesión de conos volcánicos que la conforman se han formado durante el Terciario Superior y Cuaternario dentro de los cuales destacan los volcanes Tutupaca, Yucamane. Los conos volcánicos han sufrido un proceso de erosión por la glaciación pleistocénica, el mismo que ha originado un modelado del paisaje actual donde se observan valles amplios y algo planos, observándose en algunos sectores los valles típicos en “U”, y los característicos depósitos morrénicos, depósitos fluvioglaciares los mismos que dan una superficie casi plana y muy extensa las llamadas altiplanicies andinas. La estratigrafía de las formaciones y los afloramientos de los mantos de “Sills” de andesitas se intercalan entre los seudo estratos volcánicos (Formación Capillune), que forman horizontes muy permeables y otros impermeables que será necesario identificar dentro del vaso en estudios de mayor investigación.

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Informe Final

Aparte de las manifestaciones propias de una zona volcánica no existe ninguna estructura geológica de importancia que pueda afectar la estabilidad de la presa. Los Depósitos fluvioglaciares litológicamente están constituidas por guijarros y

gravas

andesíticas,

porfido

andesitico

y

traquitas,

presentándose

intercaladas con arenas y arcillas en una estratificación gruesa de espesores variables. Los Depósitos morrénicos en las laderas del valle, litológicamente están compuestos por fragmentos de roca gruesa de andesita, traquiandesita, porfido andesitico y traquitas, de forma angulosa de matriz areno arcillosa de compacidad suelta a media. Los Depósitos Coluviales ubicados en las laderas del valle, están constituidos por acumulaciones de fragmentos de roca andesitica y porfido andesitico en mayor proporción, de matriz areno limoso, de compacidad suelta.

Los procesos de erosión son activados por escorrentías superficiales, originado por agua de lluvia y de los deshielos, propiciando la ruptura del material superficial en los taludes y el movimiento de masas rocosas. 2.5.2

GEOLOGÍA LOCAL DE LOS EJES DE PRESA

Las unidades litoestratigráficas que afloran en las inmediaciones de las zonas de

posible

ubicación

de

los

ejes

de

presa,

están

constituidas

mayoritariamente por rocas sedimentarias clásticas de la formación Capillune, seguido por rocas volcánicas de la formación Barroso y en menor proporción por depósitos de sedimentos fluviales; éstos últimos ubicados a lo largo y fondo del valle del río Callazas.

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Las edades de las formaciones geológicas, van desde el Plioceno superior, Plio-pleistoceno y Cuaternario Reciente. Los eventos tectónicos ocurridos en diferentes épocas geológicas han formado estructuras orientadas en dirección Noroeste-Sureste, mapeadas en las fracturas principales de las masas rocosas, ubicadas en el área de estudio. La actividad magmática tuvo su manifestación en la formación y posterior intrusión de rocas volcánicas principalmente. En el emplazamiento de los Ejes N° 1, 2, y 3, la masa rocosa mas antigua que aflora en el área del eje de la presa, corresponde a la formación Capillune. Están constituidas por una serie de rocas sedimentarias clásticas, estratificadas en forma sub horizontal, de diferente espesor, compuesta por arenisca arcósica, arenisca tufácea, conglomerado fino, conglomerado grueso y piroclásticos; que se presentan en forma de estratos. Los estratos tienen un rumbo general de Sur a Norte y buzamiento de 2° a 3° tanto en la margen derecha con una orientación hacia el Oeste y en la margen izquierda hacia el Este con el mismo buzamiento. En el mismo emplazamiento de los Ejes N° 1, 2, y 3 el volcánico Barroso, descansa en discordancia angular sobre la formación Capillune; el miembro inferior está formado por lavas andesíticas, emplazados como un “Sills” en las rocas de la formación Capillune y se encuentran intemperizadas, el miembro Superior está formado por derrames de pórfido traquítico Se concluye que las rocas interestratificadas de la formación Capillune y Barroso, se encuentran aflorando superficialmente en moderada cantidad, y de acuerdo a la evaluación de sus características geológicas se asume que tiene gran profundidad. En el Eje de presa N° 3 A, la Formación Capillune aflora en la margen izquierda del río, y presenta las mismas características estratigráficas y litológicas que los Ejes N° 1, 2 y 3 así como los mismos depósitos del Cuaternario reciente fluvioglaciar y aluvional.

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En las inmediaciones del Eje N° 4 se observan las mismas características estratigráficas y litológicas de la Formación Capillune anteriormente descritas en los Ejes N° 1, 2, 3 y 3A y la masa rocosa de la Formación Baroso, se encuentra ubicada en la zona superior del talud del cerro de la margen izquierda del río Callazas, Litológicamente fue identificado como una roca andesita, está moderadamente intemperizada, muy fracturada, diaclasada, rugosa; las fracturas de este afloramiento se presentan a manera de pilares bien definidos y con una persistencia alta (20 a 25 m verticalmente), presenta permeabilidad por la presencia de fracturas y diaclasas, de una textura porfiritica, masiva, de color gris oscuro a marrón rojizo. Las estructuras geológicas que afectan la masa rocosa de la formación Capillune, está constituido por fracturas, diaclasas e intrusión de flujos de andesita. En las inmediaciones del Eje N° 5, la masa rocosa que aflora en superficie, está ubicada en ambas márgenes del río Callazas y corresponde a la formación Capillune, está constituida por una serie de rocas sedimentarias clásticas, de origen lacústrico, están estratificadas en forma sub-horizontal, son de espesor variable, así los depósitos tienen un rumbo general de Sur a Norte, con buzamiento suave, de 1º-3º, hacia el Oeste en el margen derecha y al Este, en el margen izquierda con 2º-3º de inclinación.

En el área de estudio del Eje N° 5, el volcánico Barroso, descansa en discordancia angular sobre las rocas clásticas de la formación Capillune, litológicamente las rocas fueron identificadas como andesitas y escorias andesíticas. 2.5.3

GEOLOGÍA LOCAL DE LOS VASOS DE ALMACENAMIENTO La diferente naturaleza de las rocas que conforman los macizos rocosos existentes en los vasos de almacenamiento en estudio, determinan un conjunto de características propias que inciden en el comportamiento de la estabilidad de sus taludes.

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De acuerdo a la evaluación geológica efectuada en los diferentes vasos de almacenamiento de las alternativas estudiadas, se encuentra que la orientación, rumbo y pendiente de los taludes en ambas márgenes del río así como de los estratos de rocas de las formaciones Capillune y Volcánico Barroso, en general son favorables para la estabilidad. El análisis efectuado en los vasos, presentan generalmente las siguientes características: ƒ

La dirección de los taludes es predominantemente Norte Suroeste (caso del vaso 3A); la inclinación del talud por la margen izquierda del río Callazas es de 21° - 30° hacia el Oeste, y la inclinación del talud en la margen derecha del mismo río es de 19° - 28° hacia el Este, las que presentan una mayor estabilidad relativa al caso de la verticalidad de los taludes donde la erosión y la socavación serían mayores por tratarse de tufos volcánicos.

ƒ

El rumbo de los estratos es predominantemente Norte – Sur y Noroeste – Sureste en correspondencia al desarrollo del cauce del río.

En general la altura del nivel de embalse de agua podría reactivar antiguos depósitos Coluviales ubicados en el vaso de la presa, especialmente en el Eje N° 4, ocasionando su desestabilización en dirección de la pendiente de talud hacia la zona inferior del vaso de presa por tratarse de un talud aproximadamente vertical. La dinámica del río se caracteriza por el transporte y acumulación de sedimentos, cuya actividad en el pasado fue alta originando terrazas de gravas, arenas y limos; en la actualidad es de baja intensidad produciéndose muy poco transporte y acumulación de sedimentos. Las acumulaciones de sedimentos se encuentran ubicadas en ambas márgenes del río, principalmente en el vaso del Eje de presa N° 5, llegando 37 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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aproximadamente hasta 3 m de desnivel, respecto al nivel actual del río, y en menor magnitud en el Eje Nº 1. Las unidades litoestratigráficas que afloran en las áreas de los ejes de presas, están constituidas en mayor proporción por rocas sedimentarias clásticas de la formación Capillune, se encuentra en menor proporción rocas volcánicas de la formación Barroso, siguiendo los depósitos de sedimentos del Q-re aluvional; estos últimos ubicados a lo largo y fondo del valle del río Callazas; las edades de las formaciones geológicas van desde el Plioceno Superior al Cuaternario Reciente aluvional (Q-re). La geología de la zona de estudio, tanto el Eje N° 1 y Eje N° 5 con sus respectivos vasos, presentan la misma litología, habiéndose observado en el área del estudio a lo largo de las paredes verticales de las rocas la presencia de cárcavas y deslizamientos, así como intrusiones ígneas a manera de Sills, pertenecientes a la Formación Barroso, que data de una edad desde el Plio Pleistoceno hasta el Cuaternario reciente. Es también observable el afloramiento de la Formación Capillune como depósitos de arenisca tufácea y conglomerados tufáceos, las areniscas tufáceas están presentes a manera de 5 fases los cuales se distinguen ya sea por el tamaño de su granulometría, composición o por la coloración. En cuanto a la formación Barroso está aflora a manera de Sills a una altura de 10 m medidos en el talud del cerro, tenemos tres tipos de rocas volcánicas: escoria andesítica, roca andesítica y brecha andesítica. Debido a la naturaleza de las rocas se supone que esta zona estuvo afectada por dos tipos de fases de diferentes emisiones magmáticas una de roca andesítica a escoria volcánica andesitica y otra fase de brecha volcánica. El tercer tipo de roca, la brecha andesítica, aflora en ciertos sectores del río Callazas, mostrándose poco alterada y cubiertas por depósitos del cuaternario reciente, con presencia de xenolitos de rocas de composición 38 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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andesítica y traquiandesitica que están englobados en su matriz; esta brecha volcánica no presenta fracturas y se estima que tiene un espesor de 5 a 8 m en el vaso N°5; en algunos sectores esta brecha aflora tanto en el eje como en el vaso de la presa infrayaciendo a los depósitos de roca andesítica de estructura masiva. Los depósitos volcánicos están cubiertos por una cobertura fluvioglaciar que se encuentran afectados por cárcavas que alcanzan profundidades de 5 m. En el área de estudio, el volcánico Barroso, descansa en discordancia angular sobre los clástos Capillune apreciándose mejor en el vaso del Eje N° 1. En la formación volcánico Barroso afloran las aguas termales, como en el caso de lo observado en las Quebradas Azufre Chico y Grande y los diferentes ojos de aguas termales que afloran en otros sectores. Cabe resaltar que en el campo no se pudo determinar un indicio de falla por lo que se puede inferir que por el afloramiento de aguas termales puede tratarse de una zona de debilidad, ya sean fracturas o diaclasas, cuestión que no se pudo determinar en las investigaciones de campo. El sector inferior del volcánico Barroso está formado por lavas andesíticas, que se encuentran interestratificadas con las rocas de la formación Capillune y tiene un espesor variable, presentando color gris oscuro a marrón rojizo, en el lecho del río el afloramiento es a manera de Sills. En el lecho de la Quebrada Azufre Chico se mapeó el afloramiento de roca andesita con fracturas muy aisladas y de superficie rugosa, aparentemente impermeable, de rumbo Sur Norte y buzamiento de 2º a 3° hacia el Este. El sector superior del volcánico Barroso, está formado por derrames de pórfido andesítico, ubicado en la zona superior del talud de los cerros, en ambas márgenes del río Callazas; la roca de textura porfiritica con coloración gris oscuro a marrón rojizo, está moderadamente intemperizada, fracturada, y permeable, con superficie rugosa, notándose que las discontinuidades están rellenadas de material limo arenoso que es el mismo depósito superficial que 39 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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lo cubre; asimismo, la roca tiene una estructura masiva a compacta, ligeramente oxidada, ubicándose en forma de bancos, estos depósitos se encuentran a manera de derrames volcánicos y Sills. El área del estudio está conformado por dos tipos de geoformas, las altiplanicies y los valles, notándose la predominancia de las primeras. Las altiplanicies están compuesto por material limo arenoso de naturaleza fluvioglaciar, y presentan una superficie suavemente ondulada de inclinación general hacia el sur y pendientes que varían de 3° a 4°; en esta zona se originan los diferentes cursos de agua que conforman la cuenca hidrográfica del Río Callazas. En la zona de los valles se observan pequeños cursos de agua que no están completamente definidos, por tratarse de valles relativamente jóvenes; se aprecia una mayoritaria existencia de los valles tipo “V”. Es también notable la existencia de áreas pantanosas, llamadas bofedales, las que son importantes en el sector del vaso de almacenamiento del Eje N° 5. Los rasgos mas importantes de la región se deben a la influencia de las estructuras geológicas provocadas por el tectonismo y vulcanismo regional, la misma que da los rasgos de altiplanicies andinas en cuyo sector se desarrollan quebradas, colinas onduladas, farallones, etc. donde las características climáticas dan el esculpido final, la evolución debido a los contrastes de temperatura (calentamiento, enfriamiento, heladas) completan el paisaje actual de la zona. El patrón de drenaje es el reflejo de los rasgos estructurales regionales y locales de la zona y de la caracterización de su litología. La erosión predominante es de tipo laminar, donde el escurrimiento de las aguas pluviales al adquirir mayor velocidad en las pendientes fuertes 40 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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propician la formación de cárcavas que afectan en gran parte a la zona del estudio. En la zona de cárcavas, el permanente lavado de los sedimentos aunados a la condición de fracturación de las rocas, facilitan los procesos de erosión e infiltración, trayendo como consecuencia la dificultad en la formación de suelos residuales considerables. La fuerte variación de temperatura entre el día y la noche produce un alternante ciclo de dilatación y contracción de la roca, la que a su vez produce el fracturamiento y desprendimiento de éstas, las que al disgregarse van depositándose en taludes, efecto físico que gradualmente va debilitando la resistencia mecánica de las rocas hasta producir los derrumbes por gravedad, descubriendo las rocas de mayor resistencia como las andesitas y traquitas que se encuentran cubiertos por los depósitos fluvioglaciares. En cuanto a los depósitos sedimentarios de la formación Capillune por ofrecer menor resistencia a los agentes erosivos, el agua de lluvia al caer forma canales que se convierten en cárcavas y originan la disgregación de los guijarros que se encuentran formando parte de su matriz, depositándose éstos como pequeños conos u abanicos que se encuentran en la base de los taludes. El manto fluvioglaciar se extiende desde Candarave hasta la Laguna de Suches, a lo largo de todo el recorrido del río Callazas los depósitos del Cuaternario Reciente aluvional (Qr.-al) están integrado en su mayoría por fragmentos de rocas de origen glaciar y fluvial que son rocas intrusivas en gran escala, y sedimentaria en menor proporción; estos depósitos son producto de los derrumbes por gravedad y por el arrastre del río y sus tributarios. Las áreas bajas en su proximidad al río presentan la existencia de bofedales, notándose a las orillas del río la formación de pequeños conos o abanicos de 41 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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deposición producto del proceso de erosión y sedimentación; también se observa el abarrancamiento digitiforme como fase intermedia entre la erosión y la formación de barranco, este fenómeno es aleccionado por la naturaleza arenosa tufácea e inconsolidada de los depósitos del cerro. El río Callazas en el estado juvenil en que se encuentra, se caracteriza por presentar laderas fluviales donde las divisorias son poco notables, la red hidrográfica presenta una reducida cantidad de afluentes y la gradiente fluvial es moderada (3%). En la parte baja de la cuenca en estudio el curso de agua ocupa casi todo el fondo del valle, sin embargo, en la parte alta de la cuenca el río se desarrolla por la margen izquierda del valle; casi toda la superficie está sometida a procesos erosivos, originando cárcavas en los tufos y areniscas tufáceas como se observa en el vaso de almacenamiento del Eje N° 5, el curso ligeramente sinuoso del río origina la profundización del valle y la erosión lateral significativamente como en el caso del vaso de almacenamiento del Eje N° 4 formando depósitos con delgadas zonas con gravas y pocas barras arenosas en el cauce. Los rasgos estructurales mas saltantes están constituidos por discordancias angulares, plano de estratificación, fracturas, diaclasas y por intrusión de flujos de andesita y pórfido traquítico de la Formación Barroso a manera de Sills; en los cuadros siguientes se muestran las fracturas principales en los vasos de almacenamiento de los Ejes N° 1, 3 y 5.

CUADRO N° 2.11 CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D. VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N° 1 Fracturas Principales 8 verticales

Rumbo

Buzamiento

Abertura

N 270°

81° NW

0.5 – 1cm

Relleno

Persistencia

Limo

10 M

arenoso

verticalmente

Superficie

Rugosa

Ubicación Frente Qda. Huaral Huarane

42 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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5 Horizontales

N 153 °

64° NE

0.5 –1 cm

Informe Final

Limo

11 m

arenoso

Horizontales

Rugosa algo alterada

Frente Qda. Huaral Huarane

CUADRO Nº 2.12 CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D. VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N° 3 Fracturas Principales 1 vertical

2 Horizontales

Rumbo

Buzamiento

Abertura

N 86°

84° SW

0.5-1 cm

N 146 °

56° NE

0.5-1 cm

Relleno

Persistencia

Limo

13 m

arenoso

verticalmente

Limo

18 m

arenoso

Horizontales

Superficie

Ubicación

Rugosa

Eje N° 3

Rugosa poco

Eje N° 3

alterada

43 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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CUADRO Nº 2.13 CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D. VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N° 5 Fracturas Principales 7 verticales

4 Horizontales

Rumbo

Buzamiento

Abertura

N 43°

18° SW

0.2-0.5 cm

N 44 °

16° NE

0.2-0.5 cm

Relleno

Persistencia

Limo

12 m

arenoso

verticalmente

Limo

15 m

arenoso

Horizontales

Superficie

Ubicación

Rugosa

Eje N° 5

Rugosa poco

Eje N° 5

alterada

La erosión por efecto de las aguas pluviales y escorrentía en el valle es bastante acentuada en el Eje N° 5 y su vaso, como se puede observar en las cárcavas y quebradas que existen en la zona, este efecto se debe al predominio de la Formación Capillune, que está compuesta de arenisca tufáceas y tufos de más de 12 m, cubiertas por los depósitos fluvioglaciares, este tipo de material da lugar a abarrancamientos y a la formación de cárcavas como los que se pueden observar en el vaso de almacenamiento del Eje N° 5 frente a la quebrada Vallecito y en la misma quebrada. Los procesos geodinámicos están condicionados por factores naturales como la pendiente moderada a fuerte de las laderas y las precipitaciones propias de la región, las que contribuyen a reblandecer y saturar el suelo y subsuelo, con el consiguiente aumento de la fuerza hidrostática que al complementar la acción de la gravedad ocasionan la consecuente remoción de masas de los suelos a manera de deslizamientos y cárcavas. El suelo del valle por su naturaleza areno tufácea es bastante permeable y permite la infiltración de las aguas de lluvias; entre los factores artificiales o antrópicos que ayudan a la erosión se puede considerar la quema de pastos por parte de los pobladores, así como el excesivo pastoreo de ganando que se observan en esta zona, propiciando una mayor erosión por la inexistencia 44 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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de cobertura vegetal. En el caso específico del vaso de almacenamiento del Eje N° 5 existen fenómenos de deslizamiento, cárcavas y remoción de masas importantes; y en el caso del vaso de almacenamiento del Eje N° 1 no se ha determinado deslizamientos importantes pero sí pequeñas cárcavas.

2.6. GEOTECNIA 2.6.1 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS El estudio geotécnico y las investigaciones de campo estuvieron orientado a determinar las características de la cimentación y de los materiales de canteras a ser utilizados en el proyecto. Los trabajos de campo se efectuaron por medio de trincheras y la excavación de pozos de exploración o calicatas para la extracción de muestras, y luego realizar los ensayos de laboratorio, a fin de obtener las principales características físicas y mecánicas del suelo, así como el rendimiento de canteras, que nos permitan seleccionar las mejores alternativas de ubicación y aseguren el diseño de toda la presa o presas; adicionalmente estos trabajos se complementaron con ensayos de prospección geofísica. Se realizó la investigación de las 6 alternativas de ejes de presa y sus correspondientes variantes, totalizando 11 ejes de exploración geotécnica que suman 22 trincheras y 55 calicatas efectuadas hasta una profundidad de 2.00 m.

Como parte de la investigación de campo se efectuaron pruebas in situ, habiéndose determinado las densidades de campo y permeabilidad, asimismo se realizaron prospecciones geofísicas con sondajes eléctricos verticales; los registros detallados de estas pruebas se encuentran en el Anexo C del Volumen IV. 45 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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De las pruebas de permeabilidad se observa que la mayoría de los valores oscilan entre N* 10-2 y 10-3 cm/s, lo que indica la significativa permeabilidad que presentan los sedimentos superficiales; esta característica de los materiales es una condición desfavorable para el represamiento, debiendo ser eliminados de la base de impermeabilización en el eje de la presa.

Las características de permeabilidad de estos materiales, por su composición predominantemente arenosa, pueden originar problemas de estabilidad en el caso de encontrarse en la condición de saturación como se produce al llenar el vaso de una presa; esta circunstancia induce a la posibilidad de movilización, falla y arrastre del material con la consecuente deposición en el fondo del vaso de la presa. 2.6.2

ESTUDIOS GEOFÍSICOS Con el propósito de complementar la información de las excavaciones y las pruebas in situ, se efectuaron prospecciones geofísicas por medio de sondajes eléctricos verticales. La interpretación de los sondajes nos permiten proyectar los estratos superficiales identificados e inferir la profundidad de ubicación del macizo rocoso, el mismo que se observa en la mayoría de las secciones aflorando en las partes altas con una cobertura mínima en buena parte de cada eje investigado. Las características de los horizontes eléctricos investigados se presentan en los registros de campo se incluyen en el Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV. Los resultados obtenidos se pueden organizar en cinco grupos, siendo éstos los siguientes:

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El grupo N° 1 es correlacionable a suelos superficiales de origen aluvional, glacial eólico. El grupo N° 2 es correlacionable con formaciones de roca volcánica. El grupo N° 3 es correlacionable con formaciones de roca fisurada. El grupo N° 4 es correlacionable con formaciones de roca fisurada muy permeable. El grupo N° 5 es correlacionable con formaciones con presencia de aguas con contenido de sales. Es de especial consideración los horizontes eléctricos de baja resistividad a profundidades mayores de 30 m y que en algunos casos manifiestan la posibilidad de discontinuidades y/o zonas de gran permeabilidad; esta situación singular exige un mayor nivel de investigaciones (sondajes o perforaciones) en los estudios de factibilidad y definitivo con el propósito de confirmar o descartar esta presunción, que se presenta desfavorable al desarrollo del proyecto.

2.6.3

ESTUDIOS DE CANTERAS Se identificaron un total de 11 canteras con la finalidad de determinar la cantidad y tipo de materiales disponibles para construir la presa, en el cuadro siguiente se presenta la relación de ellas.

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CUADRO N° 2.14 CANTERAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Canteras

Material

Volumen (MMC)

C-1

Agregados para Filtro y

2.40

C-1 A

Concreto

C-2 C-2 A

3.84 Afirmado

C-3 C-4

1.74

2.70 4.55

Roca

C-4 A

2.50 2.10

C-5

Arcilla

0.30

C-6

Hormigón

0.03

C-7

Grava

2.70

C-8

Roca

5.40

Los materiales de impermeabilización del núcleo están definidos por suelos arcillosos, o limo arcillosos en los casos mas críticos, la cantera identificada para este propósito es la C-5 que dista aproximadamente 25.5 Km del área del proyecto, ubicada en el Alto Cairani; este material necesita ser mejorado con un material granular en 40 a 60 % que le dé soporte a la estructura. El material para filtros pueden utilizarse de las canteras C-1, C-2 A, C-8. El material para el cuerpo de la presa se ha definido a partir de la granulometría del filtro y se tiene el siguiente huso granulométrico para su especificación: CUADRO Nº 2.15 48 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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MATERIAL DEL CUERPO DE LA PRESA HUSO GRANULOMETRICO

Tamiz

Mínimo (%)

Máximo (%)

3”

100

100

2½”

96

100

2”

90

100

1½”

60

100

1”

14

100

¾”

13

95

½“

12

92

3/8 ”

11

90

¼”

10

80

N° 4

9.50

41

N° 10

7

14

N° 20

6

12

N° 30

5

11

N° 40

4

10

N° 50

3

9

N° 60

2.5

8

N° 80

1.5

7

N° 200

0.0

5

4”

El material de protección del talud de aguas arriba de la presa se efectúa con una capa de enrocamiento colocada a mano o volteo. El cuadro siguiente resume los criterios recomendados para el diseño de la protección de enrocamiento de presas de tierra y enrocamiento.

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CUADRO Nº 2.16 PROTECCIÓN DE ENROCAMIENTO CRITERIOS DE DISEÑO Altura máxima

Mínimo tamaño medio

Espesor del

de olas

(D50)

estrato

(pies)

(pulgadas)

(pulgadas)

0-2

10

12

2-4

12

18

4-6

15

24

6-8

18.

30

8-10

21

36

En cuanto al espesor de la capa de enrocamiento necesaria para lograr una protección eficiente, ésta debe ser tal que permita alojar el tamaño máximo de roca incluido, así como una transición gradual hasta la capa de filtro, un espesor de capa entre 1.5 y 2 veces el diámetro de las rocas mayores en general es suficiente para llenar ambos requisitos El material de protección de los taludes de la futura presa podrán ser preparados con la roca de la cantera C-8. Los materiales seleccionados para los agregados, tanto grueso como fino, la cantera C-6 de hormigón y la cantera C-7 de grava.

2.6.4

ENSAYOS Y RESULTADOS Con las muestras obtenidas en las excavaciones de campo se efectuaron los ensayos estándar para la clasificación de suelos, y los ensayos de Corte Directo de acuerdo a las normas de la American Society for Testing and Materials (A.S.T.M.), los reportes de los análisis de laboratorio se presentan en el Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV.

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Con los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio se han clasificado quince (15) tipos de suelos de acuerdo a su textura y características principales, las mismas que se detallan a continuación.

CUADRO N° 2.17 CLASIFICACIÓN DE SUELOS Tipo

Clasificación

Denominación

I

GW

Grava uniformemente graduada

II

GP

Grava mal graduada

III

GW-GM

Grava bien graduada limosa

IV

GP-GM

Grava mal graduada limosa

V

GM

Grava limosa

VI

SW-SM

Arena bien graduada limosa

VII

SP-SM

Arena mal graduada limosa

VIII

SP-SM

Arena mal graduada limosa

IX

SM

Arena limosa

X

SP

Arena mal graduada

XI

SW

Arena bien graduada

XII

GC

Grava arcillosa

XIII

ML

Limo de baja plasticidad

XIV

MH

Limo de alta plasticidad

XV

CL

Arcilla de media plasticidad

De acuerdo a los trabajos de campo de geología y geotecnia efectuados, en complementación con los ensayos de laboratorio, se procedió a la evaluación del macizo rocoso y la clasificación de las rocas identificadas en el entorno del área del estudio, los registros de exploración se pueden apreciar en el Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV. Se identificaron 6 tipos de rocas siendo estas tufos de matriz arenosa, brecha tufácea, arenisca tufácea, escoria volcánica andesítica, roca andesítica, y 51 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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Informe Final

conglomerado volcánico andesítico

2.6.5

SISMICIDAD Según el mapa de zonificación sísmica, y de acuerdo a las Normas Sismo Resistente E-030 del Reglamento Nacional de Construcciones, a la localidad de Candarave le corresponde una Sismicidad alta de intensidad media de VII a IX en la Escala Mercallí modificado. Para el estudio de la zona se tienen los siguientes factores sísmicos.

CUADRO N° 2.18 FACTORES SISMICOS Factores

Roca

Zona Aluvial

Tufos

Zona 3

Z

0.40 g

Uso

U

1.30 – 1.50

1.30 – 1.50

1.30 - 1.50

Suelo

S

1.00

1.00

1.20

Sísmico

C

2.50 0.40 seg.

0.60 seg.

Periodo Predominante TP

0.40 seg.

La distribución en la vertical de los epicentros de los eventos sísmicos registrados presentan una gran concentración de la ocurrencia de eventos con epicentros hasta 250 Km de profundidad, disminuyendo con mayores profundidades. La distribución en planta de los epicentros sísmicos ocurridos hasta el año 2001, presentan la zona de mayor actividad sísmica aparentemente coincidente con el eje de alineamientos a los volcanes Tutupaca, Yucamane y Tacora y luego las zonas de fondo marino y los ligados al lago Titicaca, y la zona Arequipa – Puno; este aspecto es de mucha importancia, porque si bien no existe actividad volcánica por emisiones de lava, su actividad sísmica es continua.

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Informe Final

Al analizar la distribución de los sismos de magnitudes mayores de 4 y menores a 5, se observa la importante actividad sísmica en el área circundante al proyecto, aspecto que indica la posibilidad de ocurrencia de un evento sísmico de tales magnitudes en el entorno del área del estudio. Parece ser que el principal factor de origen de los sismos mayores en la zona del estudio es la actividad volcánica.

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3.

Informe Final

DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS De las seis posibles ubicaciones para la construcción de presas de almacenamiento en el río Callazas, en base a las investigaciones de los estudios de geología, geotécnia, de capacidades de almacenamiento de los vasos, y de los efectos negativos que tendrían los niveles de agua almacenada en la estabilidad de los taludes de los reservorios, se ha seleccionado dos ejes de presa que reúnen las mejores condiciones, y son los Ejes N° 1 y 5. De acuerdo a lo anterior mencionado, se han formulado dos alternativas del sistema hidráulico de la regulación, las cuales servirán como base de la siguiente fase de los estudios a nivel de factibilidad. Estas alternativas propuestas son: ALTERNATIVA 1:

PRESA ÚNICA

Consiste en la construcción de una sola presa de regulación en el río Callazas en el emplazamiento del Eje N° 5, con capacidad de almacenamiento total de 11.0 MMC, volumen muerto 1.0 MMC, y volumen útil de 10 MMC. ALTERNATIVA 2:

PRESAS EN SERIE

Consiste en la construcción de dos presas en serie a lo largo del eje del río Callazas, teniendo una capacidad de almacenamiento conjunto equivalente al de la alternativa 1, de acuerdo a la siguiente distribución: •

Una presa en el Eje N° 1 para el almacenamiento de un volumen útil de 4 MMC, siendo el volumen total de 4.3 MMC y el volumen muerto de 0.3 MMC.

•

Una presa en el Eje N° 5 para el almacenamiento de un volumen útil de 6 MMC, donde el volumen total es 6.9 MMC y el volumen muerto es 0.9 MMC.

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Informe Final

En el Cuadro No 3.1 se muestra con fines comparativos los valores de volúmenes de almacenamiento del reservorio y volúmenes del cuerpo de presa de tierra o enrocado, asumiendo una altura común de presa de 40 m en cada uno de los ejes de mejores características.

CUADRO N° 3.1 CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO Y VOLUMEN DE PRESA (ALTURA DE PRESA : 40 m)

Eje

Volumen total del reservorio (MMC)

Eje 1 Eje 5

Volumen Total de Cuerpo de Presa

Volumen Muerto (MMC)

Presa de Tierra (m3)

Presa de Enrocado (m3)

5.1

631 18

520 11

1.2

10.2

484 66

399 38

1.2

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4.

Informe Final

DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Y OBRAS CONEXAS 4.1 ALTERNATIVA 1:

PRESA ÚNICA

En el dimensionamiento de la estructura se considera la avenida de diseño para un período de retorno de 500 años, equivalente a 42.5 m3/s. Teniendo en consideración los datos básicos de diseño, y en base a la curva altura – volumen del vaso analizado, se encuentra que la cota de inicio de la rápida del vertedero de demasías es 4289.54 msnm La altura de la presa es de 45.3 m, que corresponde a una cota de corona de 4293.8 msnm, siendo el nivel del cauce del río en el eje de la presa de 4248.5 msnm. El vertedero de demasías se ubica en la margen derecha, y está diseñado para un caudal de 16.9 m3 / s, obtenida en base a un estudio de tránsito de la avenida de diseño a través del embalse. Para desviar las aguas del río Callazas, durante el proceso constructivo de la presa, se propone construir un túnel de desvío de sección en herradura, en la margen derecha, de longitud de 274.42 m y para un caudal de 18 m3/s (Tr = 10 años), cuyas cotas de entrada y salida son respectivamente 4251.0 y 4248.5 msnm. Este túnel posteriormente será usado para conducir las aguas de captación durante la operación del reservorio. La captación de las aguas almacenadas en el reservorio se propone se efectúe mediante un túnel de sección circular de 1.8 m de diámetro, que posteriormente se conecta con el túnel de desvío ya construido. La cota de entrada del túnel de captación es de 4263 msnm.

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4.2 ALTERNATIVA 2:

Informe Final

PRESAS EN SERIE

En el dimensionamiento de las estructuras, se considera en el Eje N° 5 una avenida de diseño de 42.5 m3/s, que corresponde a un periodo de retorno de 500 años, y en el Eje N° 1 una avenida de diseño de 20.3 m3/s, la cuál es definida tomando en cuenta la influencia de la presa en el Eje N° 5. Tomando en consideración los datos básicos de diseño y en base a las curvas altura – volumen de los vasos analizados, se encuentra que las cotas del inicio de las rápidas de los vertederos de demasías son en el Eje N° 5 de 4283.16 msnm, y en el Eje N° 1 de 4087.03 msnm. Las alturas totales de las presas son, en el Eje N° 5 es 39.4 m, que corresponde a una cota de corona de 4287.9 msnm, siendo la cota del cauce en el eje de presa 4248.5 msnm; y en el Eje N° 1, la altura total de presa es 41.9 m, que corresponde a una cota de corona de 4091.3 msnm y la cota del cauce en el eje de presa es de 4049.4 msnm. En el Eje N° 5, correspondiente a la Alternativa N° 2, el vertedero de demasías se ubica en la margen derecha, y está diseñado para un caudal de 16.9 m3/s, obtenida en base a un estudio de transito de la avenida de diseño a través del embalse. La cota de inicio de la rápida es de 4283.16 msnm En el Eje N° 1 el vertedero de demasías se ubica en la margen derecha, y está diseñado para un caudal de 20.1 m3/s, obtenida en base al caudal máximo que sale por el vertedero de demasías de la presa en el Eje N° 5, al aporte de caudales entre ambos ejes, y a un estudio del tránsito de este caudal a través del embalse 1. La cota de inicio de la rápida es de 4087.03 msnm. Para desviar las aguas del río Callazas, durante el proceso constructivo de las presas, se propone construir en la margen derecha túneles de desvío, de sección en herradura, con las siguientes características: 57 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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Informe Final

ƒ

En el Eje N° 5, la misma correspondiente a la Alternativa N° 1

ƒ

En el Eje N° 1, el desvío de las aguas del río Callazas, durante el proceso constructivo de la presa, se propone se haga mediante un túnel construido en la margen derecha de 327.0 m de longitud y caudal de 18 m3/s (Tr = 10 años); siendo las cotas de entrada y salida 4055.0 y 4047.65 msnm respectivamente. Este túnel posteriormente será usado para conducir las aguas de captación durante la operación del reservorio.

La captación de las aguas almacenadas en el reservorio se efectúa mediante un túnel de sección circular de 1.8 m de diámetro, que posteriormente se conecta con el túnel de desvío ya construido, la cota de entrada del túnel en el Eje N° 5 es 4263.0 msnm, y en el Eje N° 1 la cota de entrada es 4057.6 msnm. 4.3

TIPOS DE PRESAS ESTUDIADAS a) PRESA MIXTA La presa mixta propuesta tiene un núcleo de arcilla impermeable, un material de filtro tanto aguas arriba como aguas abajo, y luego material de roca y boleo agua arriba y aguas abajo. Las características de la presa mixta para ambas alternativas, se muestran en la figura y cuadro siguiente.

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Informe Final

b NUCLEO DE ARCILLA CUERPO DE PRESA FILTRO

N.A.M.E N.A.M.O.

1:2.5

ARCILLA

N.A.m.i.n. 1:0.5 1:0.2

H 1:2

1:0.2 1:0.5

TERRENO NATURAL FRAGMENTOS DE ROCA Y BOLEO

NIVEL DE CIMENTACIÓN DEL CUERPO DE PRESA

PANTALLA DE INYECCIONES DE CEMENTO

Fig. Nº 4.1 Presa Mixta con núcleo impermeable

CUADRO NO 4.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS MIXTAS Alternativa 1

Alternativa 2

Elemento Eje 5

Eje 5

Eje 1

4248.5

4248.5

4049.4

Altura de la presa H (m)

45.3

39.4

41.9

Ancho de la corona b (m)

10.0

10.0

10.0

2.0

2.0

2.0

Ancho total de la base (m)

213.85

87.3

198.55

Talud de aguas arriba (V : H)

1 : 2.5

1 : 2.5

1 : 2.5

Talud de aguas abajo (V : H)

1 : 2.0

1 : 2.0

1 : 2.0

1 : 0.5

1 : 0.5

1 : 0.5

1 : 0.2

1 : 0.2

1 : 0.2

Cota del cauce del río Callazas (msnm)

Ancho de la impermeable (m)

cresta

del

núcleo

Talud de aguas arriba y aguas abajo del material del filtro (V : H) Talud de aguas arriba y aguas abajo del núcleo impermeable (V : H)

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Informe Final

b) PRESA DE ENROCADO La presa está formada por fragmentos de roca de varios tamaños, y por una membrana impermeable de concreto en el talud de aguas arriba. En el talud de aguas arriba, antes de colocar la membrana impermeable de concreto se coloca un capa de 5 m. de espesor de material permeable bien graduado de menor tamaño, de 1 a 3 pulgadas. Se debe construir un cierre hermético a lo largo del contacto de la membrana impermeable con la cimentación y los estribos, en el talón de aguas arriba de la presa. Las características de la presa de enrocado, para ambas alternativas, se muestran en la figura y el cuadro siguiente.

MATERIAL PERMEABLE BIEN GRADUADO DE 1" A 3" N.A.M.E N.A.M.O.

b CUERPO DE ROCA

MEMBRANA DE CONCRETO

1:1.5

1:2

N.A.m.i.n.

H

TERRENO NATURAL

DENTELLÓN PANTALLA DE INYECCIONES DE CEMENTO

Fig. Nº 4.2 Presa de Enrocado

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Informe Final

CUADRO NO 4.2 CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS DE ENROCADO Alternativa 1

Alternativa 2

Elemento Eje 5

Eje 5

Eje 1

4248.5

4248.5

4049.4

Altura de la presa H (m)

45.3

39.4

41.9

Ancho de la corona b (m)

10.0

10.0

10.0

Ancho total de la base (m)

213.85

87.3

198.55

Talud de aguas arriba (V : H)

1 : 2.0

1 : 2.0

1 : 2.0

Talud de aguas abajo (V : H)

1 : 1.5

1 : 1.5

1 : 1.5

Cota del cauce del río Callazas (msnm)

c) PRESA DE CONCRETO ROLADO Se propone en la alternativa de construcción de presas en serie, el estudio de presas de concreto de gravedad, construidas con concretos compactados por rodillado, o concretos CCR. Este tipo de proceso constructivo de presas de concreto gravedad es más barato con respecto a otros procesos constructivos, y tienen una mayor rapidez en su construcción Las características de la presa de concreto rolado, para ambas alternativas, se muestran en la figura y el siguiente cuadro.

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Informe Final

b N.A.M.E N.A.M.O.

CUERPO DE PRESA

1:0.2

N.A.m.i.n.

1:0.7

TERRENO NATURAL

PANTALLA DE INYECCIONES DE CEMENTO

Fig. Nº 4.3 Presa de Concreto tipo gravedad CUADRO NO 4.3 CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS DE CONCRETO ROLADO Alternativa 1

Alternativa 2

Elemento Eje 5

Eje 5

Eje 1

4248.5

4248.5

4049.4

Altura de la presa H (m)

45.3

39.4

41.9

Ancho de la corona b (m)

4.0

4.0

4.0

Ancho total de la base (m)

213.85

87.3

198.55

Talud de aguas arriba (V : H)

1 : 0.2

1 : 0.2

1 : 0.2

Talud de aguas abajo (V : H)

1 : 0.7

1 : 0.7

1 : 0.7

Cota del cauce del río Callazas (msnm)

4.4 DESVIO DE LAS AGUAS DE LAS QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO Con el propósito de controlar las aguas contaminadas de las quebradas Azufre Grande y Azufre Chico, ubicadas cerca de la toma Coranchay, se propone investigar en los estudios definitivos la posibilidad de desviar las aguas de ambas quebradas, mediante canales de conducción, de tal manera que estas no discurran por el canal Coranchay.

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Informe Final

Se ha efectuado un prediseño de las bocatomas para las dos alternativas, así como el trazo preliminar de los canales de derivación. En la Alternativa No 1, el canal deriva las aguas de la quebrada Azufre Grande hacia la quebrada Azufre Chico, transportando un caudal de 0.8 m3/seg, aguas abajo en Azufre Chico capta los flujos de ambas quebradas y transporta 1.55 m3/seg que finalmente entrega al río Callazas, con una estructura de cruce sobre el canal Coranchay, en una zona ubicada aguas abajo de la toma Coranchay. En la Alternativa N° 2, el canal transporta las aguas de la quebrada Azufre Grande a la quebrada Azufre Chico, luego se captan las aguas de ambas quebradas en la quebrada Azufre Chico y son transportadas por el canal de desvío y entrega estas aguas al vertedero de demasías de la presa en el Eje N° 1. La estructura de la captación es una bocatoma estándar de barraje fijo, y tiene las mismas características para las dos alternativas. En la Alternativa N° 1, la bocatoma N° 3 capta las aguas de la quebrada Azufre Grande, la avenida de diseño es 7.7 m3/seg, correspondiente a un periodo de retorno de 50 años. El canal de conducción ABD desemboca aguas arriba de la bocatoma N° 1, ubicada en la quebrada Azufre Chico. La bocatoma N° 1, diseñada también con una avenida de diseño de 7.1 m3/seg, correspondiente a un periodo de retorno de 50 años, capta las aguas de las dos quebradas, y entrega el caudal de captación al canal GH que desemboca en el río Callazas aguas abajo de la toma Coranchay. En la Alternativa N° 2, la bocatoma N° 3 capta las aguas de la quebrada Azufre Grande. El canal ABC desemboca aguas arriba de la bocatoma N° 2, ubicada en la quebrada Azufre Chico. La bocatoma N° 2 capta las aguas de las dos quebradas, y entrega el caudal de captación al canal EF que desemboca en el vertedero de demasías de la presa situada en el Eje N° 1.

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5.

Informe Final

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS Los criterios asumidos para seleccionar la alternativa más adecuada son los siguientes: ƒ

Las condiciones Geológicas-Geotécnicas favorables

ƒ

La relación Volumen de Presa / Volumen de Almacenamiento

ƒ

Los costos de inversión en consideración con el tipo de presa.

En el Cuadro No 5.1 se presentan las principales características técnicas de las alternativas propuestas.

CUADRO NO 5.1 EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Alternativa No 1

Elemento Altura de la presa H, para todos los tipos de presa

Eje Nª 5

:

45.3 m

Alternativa No 2 Eje N° 5

:

39.4 m

Eje N° 1

:

41.9 m

3

Volumen total de presa (m ) ƒ

Presa mixta

523, 860

1’ 800, 318

Total 1 y 5

ƒ

Presa de enrocado

418, 791

701, 026

Total 1 y 5

ƒ

Presa de concreto rolado

90, 409

149, 714

Total 1 y 5

Volumen total de almacenamiento

11.0 MMC

11.2 MMC

Relación Vol. de presa / Vol. de almacenamiento ƒ

Presa mixta

0.0476

0.1610

ƒ

Presa de enrocado

0.0381

0.0626

ƒ

Presa de concreto rolado

0.0082

0.0133

Si se considera que los beneficios obtenidos con ambas alternativas propuestas son las mismas, debido a que el caudal garantizado es prácticamente el mismo, se puede asumir que la viabilidad del proyecto está relacionado con los costos 64 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

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Informe Final

de las obras, el cuadro siguiente presenta la estimación de los costos implicados en cada una de las alternativas formuladas.

CUADRO NO 5.2 EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS COSTOS DE OBRAS Costo total ( * )

Alternativa

(U.S. Dólares)

Alternativa No 1 ƒ ƒ ƒ

Presa mixta Presa de enrocado Presa de concreto rolado

4’ 634, 449 5’ 486, 245 9’ 054, 853

Alternativa No 2 ƒ ƒ ƒ

Presa mixta Presa de enrocado Presa de concreto rolado

9’ 784, 776 10’ 021, 716 15’ 606, 972

(las dos presas) (las dos presas) (las dos presas)

( ∗) Precios a Agosto del 2003, incluye 19 % IGV

De acuerdo a los resultados de las evaluaciones anteriores se considera, a nivel de los estudios de pre factibilidad, que la Alternativa No 1 con una Presa Mixta de Enrocado con núcleo impermeable, construida en el Eje N° 5, es la más recomendable. Al evaluar la rentabilidad del proyecto, por medio de la Alternativa N° 1, para un horizonte de 50 años y 7 % de tasa de descuento, los indicadores económicos son los siguientes: VAN

=

3.359

B/C

=

1.62

TIR

=

12.4 %

(106 U.S. Dólares)

El análisis de sensibilidad permite visualizar el grado de dispersión de los resultados obtenidos, y al mismo tiempo indica hasta que grado el proyecto soporta los cambios en costos e ingresos.

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Informe Final

Considerando un mayor monto de inversión, del orden del 20% debido a las incertidumbres acerca de las cimentaciones, los indicadores económicos resultan ser: VAN

=

2.268

B/C

=

1.35

TIR

=

10.1 %

(106 U.S. Dólares)

El resultado indica que el proyecto no es sensible a cambios desfavorables.

6.

TIEMPO DE EJECUCIÓN DE OBRAS

El tiempo estimado de la ejecución de las obras de regulación del río Callazas es de 18 meses (año y medio).

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