Chonta cuestionario

Universidad Nacional de Cajamarca

RESUMEN

En el presente informe se dará a conocer algunas referencias teóricasacorde a la práctica realizada para establecer un mayor entendimientode la misma.

También se presentará el desarrollo de la práctica, la cual se realizópara brindar conocimiento sobre el proyecto de la presa el Chonta lacual se realizó de forma presencial guiados por el docente del cursoIng. Gilberto Cruzado.

Continuando con lo anterior la zona de la presa se ubica en el caucedel Río Chonta, entre el Cañón de Sangal y Tres Tingos (encuentro delos ríos Quinuario, Azufre y Río Grande), a una altitud de 2854 msnm ya 18 Km de la ciudad de Cajamarca, el proyecto integral comprende a losDistritos de La Encañada, Baños del Inca, Cajamarca, Llacanora y Jesúsde la Provincia de Cajamarca.

Así mismo en el desarrollo de la práctica el docente nos indicó que lapresa Chonta tiene como objetivo la regulación de las aguas del ríoChonta mediante la construcción de obras hidráulicas a fin desatisfacer las demandas de agua para usos domésticos, agrícolas,industriales, hidro-energético, piscícolas y turismo en la provincia deCajamarca. También se logró observar que se contaba con problemasgeológicos y geotécnicos (presencia de fallas que se podían observar asimple vista) que hacen que la construcción de dicha presa en esta zonasea de mucho riesgo tanto para las personas que viven en losalrededores como para la economía puesto que se demandaría de mayorinversión sin beneficio alguno ya que por las condiciones observadas sise diera la construcción de la presa podría fallar en cualquiermomento.

Para terminar con el informe se presenta un cuestionario la cual seráde mucha ayuda para afianzar los conocimientos adquiridos durante elcurso y en el desarrollo de la práctica.

Geología Aplicada Página 1

INTRODUCCION

La presa Chonta se prevé asegurar el suministro de agua para lapoblación cajamarquina por un lapso de 30 años, además de regar más desiete mil hectáreas de cultivos.

El Ministro de Vivienda, Construcción y Saneamiento, Ing. René CornejoChávez, quien además preside la Comisión por el Desarrollo de nuestraRegión Cajamarca, hizo referencia que el monto de viabilidad que setiene, supera los 500 millones de nuevos soles, que incluyen las obrasadicionales. Por ejemplo, en el tema de agua potable, esta represa nosolo permitirá el riego de 7 mil hectáreas, 5 mil existentes y 2 milpor incorporarse, sino que garantizará el agua en Cajamarca por lospróximos 25 ó 30 años.

Con la represa del río Chonta bien se podría dar agua a una poblaciónde cinco millones de ciudadanos que Cajamarca no posee ni ahora ni enlos próximos quinientos años. La población sigue aumentando y serán losgrandes consumidores de agua que las fuentes y cursos naturalesexistentes serían insuficientes en época de estiaje. En ese aspectosería una alternativa viable, técnica y ambientalmente hablando, un

Universidad Nacional de Cajamarcaembalsamiento de las aguas que se pierden en época de lluvias en elocéano, por lo tanto podemos deducir que la Represa del Chonta seríauna solución inmediata a la gran demanda del líquido elemento.

La Represa del río Chonta, importante fuente para solucionar elproblema del agua potable en Cajamarca, mediante la construcción deobras hidráulicas para satisfacer las demandas de agua para usodoméstico, agrícola, industrial, hidroenergético, piscícola y turismo.

II. OBJETIVOS

- Recopilar información y datos importantes sobre el proyecto delRío Chonta- Estudiar la geomorfología de la zona en la que será construidala Presa del Río Chonta- Estudiar las canteras de la zona de influencia del Río Chonta

- Investigar sobre las consecuencias socioeconómicas que acarrearála construcción de la futura presa del río Chonta - Investigar sobre la hidrología de la zona de influencia deproyecto de la presa del río Chonta

Universidad Nacional de CajamarcaIII. MARCO TEÓRICO

1. PRESA

En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada conpiedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmenteen una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidadde embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterioraprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel conel objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, para laminación deavenidas (evitar inundaciones aguas abajo de la presa) o para laproducción de energía mecánica al transformar la energía potencial delalmacenamiento en energía cinética y ésta nuevamente en mecánica alaccionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánicapuede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o deforma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en lascentrales hidroeléctricas.

A) Términos usados en presas

El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa.El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el aguaembalsada.La cerrada o boquilla: es el punto concreto del terreno donde seconstruye la presa.La presa o cortina: propiamente dicha, cuyas funciones básicasson, por un lado garantizar la estabilidad de toda laconstrucción, soportando un empuje hidrostático del agua, y porotro no permitir la filtración del agua.

A su vez, en la presa se distingue:

Los paramentos, caras o taludes: son las dos superficies más omenos verticales principales que limitan el cuerpo de la presa, elinterior o de aguas arriba, que está en contacto con el agua, y elexterior o de aguas abajo.

La coronación: es la superficie que delimita la presasuperiormente.

Los estribos o empotramientos: son los laterales del muro queestán en contacto con la cerrada contra la que se apoya.

Universidad Nacional de CajamarcaLa cimentación: es la parte de la estructura de la presa, a travésde la cual se transmiten las cargas al terreno, tanto lasproducidas por la presión hidrostática como las del peso propio dela estructura.El aliviadero o Vertedero hidráulico: es la estructura hidráulicapor la que rebosa el agua excedentaria cuando la presa ya estállena.Las compuertas: son los dispositivos mecánicos destinados aregular el caudal de agua a través de la presa.El desagüe de fondo: permite mantener el denominado caudalecológico aguas abajo de la presa y vaciar la presa en caso de sernecesario.Las tomas: son también estructuras hidráulicas, pero de menorentidad, y son utilizadas para extraer agua de la presa para uncierto uso, como puede ser abastecimiento a una centralhidroeléctrica o a una ciudad.Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa.La escala o escalera de peces: que permite la migración de lospeces en sentido ascendente de la corriente, o en los casos másextremos, se llegan a instalar ascensores para peces.

B) Tipos de presas

Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidadesde cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua yevacuarla cuando sea preciso. En cada caso, las características delterreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan laelección del tipo de presa más adecuado.

- Según su estructura

Presa de gravedad: es aquella en la que su propio peso es el encargadode resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitidohacia el suelo, por lo que éste debe ser suficientemente estable parasoportar el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas demayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.

Dentro de las presas de gravedad se puede tener:

Universidad Nacional de Cajamarca Escollera - Tierra homogénea, tierra zonificada, CFRD (grava conlosa de hormigón), de roca.

De hormigón (concreto) - tipo RCC (hormigón rodillado) y hormigónconvencional. Su estructura recuerda a la de un triángulo isóscelesya que su base es ancha y se va estrechando a medida que seasciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado queda al embalse es casi vertical. La razón por la que existe unadiferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta laaltura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalsees mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá quesoportar más presión en el lecho del cauce que en la superficie. Lainclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del aguasobre la presa incremente su estabilidad.

Presa de arco: es aquella en la que su propia forma es la encargada deresistir el empuje del agua. Debido a que la presión se transfiere enforma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere queésta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas másinnovadoras en cuanto al diseño y que menor cantidad de hormigón senecesita para su construcción.

Presa de bóveda o de doble arco: cuando la presa tiene curvatura en elplano vertical y en el plano horizontal, también se denomina de bóveda.Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requierengran habilidad y experiencia de sus constructores que deben recurrir asistemas constructivos poco comunes.

Presa de arco-gravedad: combina características de las presas de arco ylas presas de gravedad y se considera una solución de compromiso entrelos dos tipos. Tiene forma curva para dirigir la mayor parte delesfuerzo contra las paredes de un cañón o un valle, que sirven de apoyoal arco de la presa. Además, el muro de contención tiene más espesor enla base y el peso de la presa permite soportar parte del empuje delagua. Este tipo de presa precisa menor volumen de relleno que una presade gravedad.

- Según sus materiales:

Universidad Nacional de CajamarcaPresas de hormigón (Concreto): son las más utilizadas en los paísesdesarrollados ya que con éste material se pueden elaborarconstrucciones más estables y duraderas; debido a que su cálculo es deltodo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente,todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas deeste material. Algunas presas pequeñas y las más antiguas son deladrillo, de sillería y de mampostería.

Presas de materiales sueltos: son las más utilizadas en los paísessubdesarrollados ya que son menos costosas y suponen el 77% de las quepodemos encontrar en todo el planeta. Son aquellas que consisten en unrelleno de tierras, que aportan la resistencia necesaria paracontrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales más utilizados ensu construcción son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunquedentro de todos estos los que más destacan son las piedras y lasgravas.

Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que esnecesario añadirles un elemento impermeabilizante. Además, estasestructuras resisten siempre por gravedad, pues la débil cohesión desus materiales no les permite transmitir los empujes del agua alterreno. Este elemento puede ser arcilla (en cuyo caso siempre se ubicaen el corazón del relleno) o bien una pantalla de hormigón, la cual sepuede construir también en el centro del relleno o bien aguas arriba.Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por lasaguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse.

Presas de enrocamiento con cara de hormigón: este tipo de presas enocasiones es clasificada entre las de materiales sueltos; pero su formade ejecución y su trabajo estructural son diferentes. El elemento deretención del agua es una cortina formada con fragmentos de roca devarios tamaños, que soportan en el lado del embalse una cara dehormigón la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara estáapoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transiciónllamado plinto, que soporta a las losas de hormigón.

Según su aplicación

Presas filtrantes o diques de retención: Son aquellas que tienen lafunción de retener sólidos, desde material fino, hasta rocas de grantamaño, transportadas por torrentes en áreas montañosas, permitiendosin embargo el paso del agua.

Universidad Nacional de CajamarcaPresas de control de avenidas: Son aquellas cuya finalidad es la delaminar el caudal de las avenidas torrenciales, con el fin de que no secause daño a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos defuerte tormenta.

Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar la cotadel agua para hacer factible su derivación, controlando lasedimentación del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas dederivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya queel almacenamiento del agua es un objetivo secundario.

Presas de almacenamiento: El objetivo principal de éstas es retener elagua para su uso regulado en irrigación, generación eléctrica,abastecimiento a poblaciones, recreación o navegación, formando grandesvasos o lagunas artificiales. El mayor porcentaje de presas del mundo,las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortinacorresponden a este objetivo.

Presas de relaves o jales: Son estructuras de retención de sólidossueltos y líquidos de desecho, producto de la explotación minera, loscuales son almacenados en vasos para su decantación. Por lo común sonde menores dimensiones que las presas que retienen agua, pero enalgunos casos corresponden a estructuras que contienen enormesvolúmenes de estos materiales. Al igual que las presas hidráulicastienen cortina (normalmente del mismo tipo de material), vertedero, yen vez de tener una obra de toma o bocatoma poseen un sistema paraextraer los líquidos.

C) Centrales hidroeléctricas

Para 2005 la energía hidroeléctrica, principalmente proveniente depresas, aportaba el 19% de la energía eléctrica total del mundo, y másdel 63% de toda la energía renovable. Gran parte de esta energía esproducida en grandes presas.

La mayor parte de la energía hidroeléctrica proviene de la energíapotencial proveniente del agua embalsada que es conducida a una turbinahidráulica y ésta a su vez transmite la energía mecánica a un generadoreléctrico. Con el fin de impulsar al fluido y mejorar la capacidad degeneración de la presa, el agua se hace correr a través de una grantubería llamada tubería de carga especialmente diseñada para reducirlas pérdidas de energía que se pudieran producir. Existen centrales que

Universidad Nacional de Cajamarcason capaces de retornar el agua hacia la presa mediante bombas, omediante la misma turbina funcionando como bomba, en los momentos demenor demanda eléctrica e impulsar posteriormente esta agua en losmomentos de mayor demanda eléctrica. A estas centrales se les denominacentrales hidroeléctricas reversibles.

D) Aliviaderos

Toda presa tiene que tener un sistema para evacuar el agua en caso delluvias torrenciales que puedan llenarla hasta límites peligrosos.

E) Impacto humano y social

El impacto de las presas en las sociedades humanas es significativo. Suconstrucción implica el desplazamiento de personas, la pérdida desitios arqueológicos y culturales y un cambio ecológico importante.

Se estima que hasta el momento entre 40 y 80 millones de personas entodo el mundo han sido desplazadas de su hogar a causa de laconstrucción de presas. En muchos casos la población afectada por laspresas no es debidamente consultada.

F) Riesgo que supone la construcción de una presa

Existe un riesgo pequeño y limitado que la presa se parta e inunde lapoblación. La ingeniería civil se encarga de que esto no sucedamediante diversos estudios, y calculando la estabilidad de la presatomando en consideración todos los posibles casos, incluyendo sismos,lluvias torrenciales y otras catástrofes.

IV. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

A. SELECCIÓN DEL SITIO.

1. La cuenca del río Chonta

La cuenca del río Chonta está ubicada en el departamento de Cajamarca,Provincia de Cajamarca, distritos de Baños del Inca y la Encañada.

Geográficamente, sus puntos extremos se encuentran entre el paralelo06º55’ y 07º05’ de Latitud Sur y 78º19’ y 78º31’ de Longitud Oeste.

2. Descripción de las zonas de influencia de la presaGeología Aplicada Página 9

El análisis socio-económico se ha desarrollado en base a dos enfoques:el de gestión integral de cuencas y el enfoque de gobernabilidaddemocrática.

Donde, el enfoque de gestión integral de cuencas tiene como elementoprincipal al recurso hídrico puesto que en base a éste, se organiza lapoblación, dinamiza la economía y se gestiona los aspectos ambientalesen las cuencas.

Por otro lado, el enfoque de gobernabilidad democrática está orientadoa apoyar el proceso de fortalecimiento institucional de lasorganizaciones vinculadas al recurso hídrico, teniéndose como punto deinicio la zona donde se produce el recurso hídrico (área tributaria),hasta donde se encuentra el usuario final del recurso; es por eso queen el recojo de información se involucra a los principales actores deeste proceso en forma participativa.

Bajo estos dos enfoques se ha determinado tres zonas de trabajo queson:

Zona de embalse de la presa (ZE) Zona de influencia indirecta, aguas arriba de la presa (ZI) Zona de influencia directa, aguas abajo de la presa (ZD)

Zonas de trabajo y sus características

3. Objetivo del Proyecto

Universidad Nacional de CajamarcaEl objetivo principal es mejorar y fortalecer la gestión de losrecursos hídricos de la cuenca del río Chonta, con la implementación demedidas de regulación de las aguas y el uso eficiente para abastecer deagua potable a la ciudad de Cajamarca y poblaciones aledañas, así comopara incrementar la oferta de energía eléctrica y permitir la oportunadotación de agua para riego.Los objetivos estratégicos para la gestión del agua son:

Maximizar el retorno económico por la utilización de los recursoshídricos disponibles y salvaguardar principios de equidad, através del empleo de medidas de las siguientes características:

Estructural

Sistemas de regulación de aguas (presa Chonta) operados yconservados eficientemente.

Acuerdos claros y sostenibles entre los diferentes actores de lacuenca.

Monitoreo y control del recurso hídrico tanto en cantidad como encalidad.

Fortalecimiento continuado de las organizaciones de usuarios.

No estructural

Utilización de tarifas para el uso del agua que reflejen el costoreal del recurso y contribuyan a su uso racional.

Reglas participativas concertadas de distribución del agua, queaseguren equidad y permitan mayores retornos económicos de lasactividades relacionadas con el agua en la cuenca.

Implementación de sistemas y tecnologías de riego orientados aluso eficiente del recurso hídrico.

Capacitación, fomento y sensibilización a los usuarios para quelas prácticas agrícolas sean compatibles con el potencial agrícolade los suelos de la región y las cantidades de agua.

Desarrollo de la piscicultura tecnificada. Tecnologías de extracción del oro que minimicen la utilización del

agua. Tecnologías de agricultura, minería e industrias que se

establezcan en la cuenca, que minimicen la contaminación del agua.

Mejorar la oferta hídrica para uso multisectorial, a través de:

Universidad Nacional de Cajamarca Implementación de sistemas de riego presurizado (viables y

priorizadas), concluidas con una participación activa detodos los actores involucrados en la gestión de los recursoshídricos, tanto de los sectores público como privado.

Implementación de infraestructuras hidráulicas y de riegoadecuadas (conservación, almacenamiento, regulación ydistribución eficiente) en la cuenca del río Chonta.

Incremento de la oferta hídrica a través de una mayoreficiencia coordinada con los usuarios, los inversionistasprivados y los sectores públicos, participación de lasorganizaciones de usuarios en la operación y mantenimiento dela infraestructura hidráulica.

CUESTIONARIO 1. Condiciones óptimas de ubicación de las presas. Tipos de presas enfunción de la morfología del valle. Razones por las cuales se escogenuno u otro tipo de presa.

Consideraciones topográficas: La presa debe tener la menor longitud posible, lo cual se lograubicándola en cañones estrechos. En este caso la presa resultante sueleser de mayor altura para lograr el embalsamiento necesario que si seubica en valles amplios. Cañones estrechos también dificultan ladesviación del cauce para la construcción de las obras resultando quelas ataguías y conducciones son más costosas y difíciles de construir.

Siguiendo con la explicación anterior, es conveniente ubicar la toma deagua en la parte externa de la curva del cauce en caso de que la presase sitúe en un tramo curvilíneo. Un valle amplio permite laconstrucción de las obras en etapas. Además de eso, si existe un rápidoen el cauce, resulta mejor localizar la presa aguas arriba de él, enzonas de más bajas pendientes. En cauces navegables, la presa debetener la longitud suficiente para ubicar el vertedero, las esclusas denavegación, y las escalas para peces. (Villamizar C., A. Diseño dePresas de Tierra para Pequeños Almacenamientos. HIMAT. 1989.) Consideraciones geológicas: La ubicación de la presa se fija por la necesidad de aprovechar unabuena cimentación o estribación. Así mismo, se requiere estabilidad de las laderas del embalse creado.(“Vega R. O. y Arreguín C., F. I. Presas de Almacenamiento yDerivación. UNAM. México. 1987.”) Consideraciones hidrológicas:La disposición rectilínea de la presa se usa cuando con ella se lograsuficiente longitud del vertedero pues da menor longitud y menorescostos. En caso contrario se puede pensar en alineamientos curvos, tipoabanico, que permiten tener longitudes del frente vertedero mayores yasí poder disminuir la carga de agua sobre la estructura y disminuiraltura total de presa. De acuerdo con lo anterior, es conveniente usar la disposiciónrectilínea en el caso de presas bajas localizadas en ríos de aguas

Universidad Nacional de Cajamarcalimpias en que no se tema por sedimentos que produzcan islotes de formaque en épocas de estiaje no se logre la derivación del agua.(“Vega R. O. y Arreguín C., F. I. Presas de Almacenamiento yDerivación. UNAM. México. 1987.”) Consideraciones hidráulicas: El sitio escogido debe facilitar la desviación del cauce durante laconstrucción de las obras y la derivación del río durante la operacióndel proyecto. Si el cauce es navegable, la presa debe tener la longitudsuficiente de forma que se pueda ubicar el vertedero y las esclusas.(“Villamizar C., A. Diseño de Presas de Tierra para PequeñosAlmacenamientos. HIMAT. 1989.”) Consideraciones generales: Se busca ubicar la presa próxima al sitio de suministro. Esto nosiempre es conveniente. Por ejemplo: la altura de carga sobre lasturbinas puede mermar a medida que se acerca la presa a la casa demáquinas. Para compensar ésto, tocaría aumentar la altura de la presa.Cuando la solución no es obvia, se requiere hacer la comparacióntécnica y económica considerando aspectos tales como la altura de lapresa, la longitud, tipo y dimensiones de la conducción, pérdidas decarga y altura de presión disponible. (“Presas, M. E. Guevara A.”)

Razones por las cuales se escogen uno u otro tipo de presa: La elección del tipo de presa depende de los siguientes factores:

Características hidrológicas de la hoya (caudal de aportes,sedimentos).

Topografía. Geología del sitio. Facilidad de obtención de materiales de construcción. Seguridad de la estructura. Tamaño y ubicación del vertedero de demasías. La capacidad del

vertedero de demasías la dictan las características delescurrimiento independientemente del tipo y tamaño de la presa. Elcosto de la estructura de vertimiento es muy alto y puededeterminar el tipo de presa que se seleccione. La solución máseconómica resulta combinando la presa y el vertedero en una solaestructura, lo que se conoce como presa hidroaliviadora.

Disponibilidad de equipo y mano de obra calificada. Tiempo y época de construcción. Economía y presupuesto. (“Presas, M. E. Guevara A.”)

2. ¿Cuáles son los usos que se les confiere a las presas?

Las presas almacenan los excesos puntuales de lluvia en los embalses ylos devuelven al río como caudales más regulares o los transportan porcanales a embalses menos ocupados. Es decir, cumplir el gran objetivode regular el régimen de los ríos.

Siguiendo con lo anterior, desde el punto de vista político, elobjetivo es que la población disponga de agua en cualquier tiempo ylugar, de una forma suficiente y equilibrada. Puede ocurrir y de hechoocurre, en alguna zona de nuestro país Perú, que llueva en pocas horasmás que durante todo un año. En situaciones límite de lluviastorrenciales, los cauces de los ríos no son suficientes para evacuar elagua caída y se desbordan, inundando los terrenos adyacentes con gravepeligro para ciudadanos y bienes.

Debido a lo dicho anteriormente, para minimizar los efectos de sequíase inundaciones alternativas es necesaria la participación de losIngenieros de Caminos, Canales y Puertos, en su papel clave paradesarrollar obras públicas destinadas a regular los flujos naturales deagua y, de esta manera, equilibrar sus máximos y mínimos temporales.

Así mismo, los Ingenieros de Caminos surgen precisamente, entre otrasrazones, por la necesidad de equilibrar los excesos de unos lugares conlas carencias de otros. Hacerlo posible requiere disponer de presas,embalses y canales, cuyo papel es crucial.

(Website: “http://www.iagua.es/blogs/colegio-de-iccp/%C2%BFpara-que-sirven-las-presas-lecciones-de-una-%E2%80%98gota-fria%E2%80%99”)

Universidad Nacional de Cajamarca3. Problemas geológicos y geotécnicos se presentan en los estudios yconstrucción de las presas:

Existen diversos problemas tanto en el estudio como en la construcciónde presas y en función del problema geológico presente en lacimentación y del tipo de presa y su finalidad, las soluciones puedenser muy diferentes; a continuación presentamos algunos problemasbasados en información encontrada enhttp://civilyakamoz.files.wordpress.com/2013/09/ingenieria-geologica.pdf:

■ ROCAS BLANDAS

— Rocas de baja resistencia, con posible mecanismo de rotura a travésde la matriz rocosa; en estos casos se puede requerir una excavaciónmás profunda a fin de alcanzar un nivel más resistente; si no es así,es necesario modificar la geometría de la presa, o bien cambiar el tipode presa.

— Pérdida de resistencia por efecto de la saturación; gran parte de lasrocas blandas pierden resistencia al saturarse (rocas cementadas,arcillosas, etc.), siendo necesario realizar ensayos sobre muestrassaturadas.

Universidad Nacional de Cajamarca— Desecación en rocas de alto contenido en arcillas (argilitas, margas,etc.), y agrietamiento en excavaciones, lo que hace necesario elhormigonado inmediato.

— Baja durabilidad en materiales arcillosos.

— Expansividad en rocas con contenidos en esmectita, requiriendoprotección superficial.

— A veces algunas rocas blandas precisan algún tipo de voladura, dandosuperficies irregulares y fisuraciones, siendo necesario su control.

■ ROCAS DURAS

La presencia de discontinuidades o capas blandas de gran longitud,horizontales o de bajo ángulo buzando aguas abajo, representa «apriori» un problema geológico de importancia, muy común en rocas duras.Si estas discontinuidades están a poca profundidad, la solución es laexcavación completa, aunque ésta puede ser también parcial. Otrassoluciones consisten en macizar tramos de la discontinuidad a través de

galerías, pantallas,etc., pudiendocomplementar estasmedidas con drenajes,inyecciones y, a veces,con anclajes.

■ FALLAS Y ZONAS DE TRITURACIÓN TECTÓNICA

En el caso de fallas y zonas de trituración tectónica o de intensafracturación, los tratamientos varían en función de cada problema. Engeneral, estas discontinuidades suelen tener escaso espesor, y eltratamiento más común es la excavación de la zona más superficial,reemplazando el material saneado por hormigón, o bien realizarinyecciones desde superficies o galerías. Las zonas de fracturaciónintensa están asociadas a permeabilidades altas y compresibilidadeselevadas, con baja resistencia al corte, requiriéndose tratamientos deconsolidación y, en ocasiones, anclajes.

■ CAVIDADES

Las cuevas, cavidades o huecos, en general, se tratan con inyecciones.Sin embargo el principal problema es su detección, lo que supone unaincertidumbre en los tratamientos, que si son muy extensivos (comoocurre en los terrenos kársticos) pueden resultar muy costosos.

4. En qué consisten los ensayos de: Lugeon, Lefranc, Gilg-Gavard,Matsuo y Haefell. En qué casos se aplican en las presas.

Método Lefranc:

Este ensayo se utiliza para medir el coeficiente depermeabilidad en suelos permeables o semipermeables, detipo granular, situados por debajo del nivel freático, yen rocas muy fracturadas. El ensayo se efectúa en elinterior de sondeos y puede realizarse durante la ejecuciónde la perforación o una vez finalizada ésta.El proceso consiste en rellenar de agua el sondeo y medir el caudalnecesario para mantener el nivel constante (ensayo a régimenpermanente) o bien medir la velocidad de descenso del nivel deagua (en sayo a régimen variable). La medida del caudal de admisión debe realizarse cada 5 minutos, manteniendo el nivelconstante en la boca del sondeo durante 45 minutos. Si laadmisión es muy alta, debe medirse cada minuto durante los20 primeros y después cada 5 minutos hasta llegar a los 45minutos.

La realización del ensayo requiere que, antes de medir tiempos ycaudales, se llene el sondeo de agua, observando que el aire esexpulsado y que se estabiliza el nivel y la velocidad dedescenso, lo que indica que se ha alcanzado el régimenpermanente. Para los cálculos posteriores es necesariodeterminar la cota del nivel freático.En la Figura se muestra un esquema de la realización delensayo y los factores a considerar para la obtención delcoeficiente de permeabilidad k, definido por la expresión:

k = Q / (CΔh)

Donde Q es el caudal admitido (m~is). D.h es la altura en metrosdel agua sobre el nivel piezométrico inicial y “e” es elcoeficiente de forma del sondeo. Definido por la expresión:

e = 4π/ (L(2/L) log(L/r) - (1/2H))

Donde L es la longitud del tramo ensayado (m). r es el radiodel sondeo (m) y H es la distancia del punto medio de la zonaensayada al nivel freático (m). La longitud del tramo desondeo a ensayar queda siempre definida entre el final de latubería de revestimiento del sondeo y el fondo del mismo.

Fig. 4.1: Ensayo Lefranca nivel constante

Ensayo de Gilg-Gavard

Se realiza en el interior de sondeos para obtener lapermeabiIidad de suelos de permeabilidad media a baja,Este ensayo se puede realizar a nivel constante o a nivelvariable. En el primer caso se introduce un caudalcontinuo de agua en el sondeo, de forma que el nivel del aguase mantenga constante. El coeficiente donde k se mide en cm/s. d esel diámetro del sondeo. Δh es el descenso del nivel de agua (m) parael intervalo Δt (minutos) y hm es la altura media del nivel de agua enel intervalo At (m).

Ensayo Lugeon

La prueba Lugeon, o ensayo Lugeon, es un ensayo que se hace en el campopara estimar la permeabilidad del suelo. Se aplica principalmente enrocas fracturadas. Consiste en medir el volumen de agua " " que seconsigue inyectar en el suelo durante un tiempo determinado " ", enotras palabras se mide el caudal , en un tramo de una longituddeterminada " ", a una presión constante .En una perforación impermeabilizada hasta una cierta profundidad, apartir de esta se perforan unos 5 metros y luego se fija un obturadorneumático en la parte superior de este tramo se inyecta agua a presióncon una bomba. En la boca del pozo se controla la presión con unmanómetro. Un contador de agua y una válvula de descarga, permitenmedir los caudales inyectados a una presión dada mantenida constante.

Las mediciones se efectúan en 5 niveles de presión, en los cuales elagua es inyectada. Antes de empezar, se define la presión máxima que vaa ser utilizada, esta no debe exceder la presión de confinamientoesperada de la profundidad de la perforación; sobre esta presión máximase trabaja durante el ensayo para no generar fracturas en la roca acausa de la presión generada por el agua.

La presión máxima está relacionada con el objetivo de la prueba, porejemplo para evaluar las pérdidas por infiltración en un embalse a sercreado.

Para cada nivel de presión, el ensayo consiste en bombear la cantidadde agua que sea necesaria para mantener constante la presión en la zonade ensayo. Esta presión es incrementada en cada nivel subsecuente,hasta llegar a la presión máxima ya establecida. Una vez ésta esalcanzada, la presión del agua debe ser reducida pasando por las mismaspresiones de los estados anteriores.

Los cinco estados son:

Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5

Bajo Medio Máximo Medio Bajo

0.50*PMAX

0.75*PMAX PMAX 0.75*PMA

X0.50*PMAX

Siendo PMAX la presión máxima definida a la cual el agua debe serinyectada.

La permeabilidad se determina con la fórmula:

Dónde: radio de la perforación de prueba

Habitualmente la permeabilidad se mide en "Lungeones", unidad asidenominada en homenaje al geólogo Maurice Lugeon.

1 Lugeon = a la permeabilidad que absorbe un caudal de 1 litro porminuto, por cada metro de sondeo permeable inyectado a presiónconstante de 1 MPa, con un tiempo de 10 minutos.

Ensayo de Matsuo

Este ensayo se realiza en el interior de excavaciones en suelos secoso semisaturados. El coeficiente de permeabilidad se determina a partirdel caudal infiltrado en una excavación con forma de canaleta. (Lalongitud de la excavación debe ser mucho mayor que su anchura. de formaque a efectos de cálculo pueda considerarse indefinida. El análisisde la permeabilidad se considera bidimensional en función de lasección del canal.

Las expresiones para el cálculo del coeficiente de permeabilidadson:

- k = Q/ (B + 2H) cuando existe un nivel impermeable muy alejadode la superficie del terreno.- k = Q/ (CB - 2H) cuando el nivel impermeable se encuentra a

escasa profundidad.Siendo Q el caudal necesario para mantener el nivel constante enla canaleta por unidad de longitud. B el de permeabilidad k seobtiene mediante las siguientes expresiones: k = Q/ (πdh) para sondeos geotécnicos k = Q/ (600 Ah) para pozos En la segunda fórmula ,k Se mide en cm/s, Q es el caudal admitido(l/min), d es el diámetro del sondeo (m),h es la alturaconstante del agua por encima del nivel piezométrico (m) y A es uncoeficiente que depende de la longitud y diámetro de la tubería.

Ensayo de Haefeli

Se conoce habitualmente como el método de la artesa, y se realiza enel interior de una excavación de forma tronco-piramidal con la basecuadrada (Figura 6.R6). Las dimensiones habituales de la

Fig. 4.2: Ensayo de permeabilidad: Método de Matzuo

Universidad Nacional de Cajamarcaartesa son de 1.5 x 1,5 m en la superficie del terreno, 0.5 x0.5 m en su base y 0,5 m de profundidad. Una vez realizada laexcavación, se llena de agua y se espera a que se infiltre. Demanera que durante la realización del ensayo las condiciones seanpróximas a un régimen permanente.Para la realización del ensayo debe fijarse una escala vertical enel fondo de la artesa, la cual se llena de agua basta una alturadeterminada. Se mantiene el nivel de agua constante y se mide elcaudal de agua necesario para ello.El coeficiente de permeabilidad k se calcula según la siguienteexpresión:

Donde Q es el caudal en cm3/s, b es la anchura de la base inferior,h es el nivel de agua sobre la base inferior y J. Es el coeficiente decapilaridad, del orden de 3

5.- Problemas geológicos, geotécnicos y de exploración en canales (excavaciones a cielo abierto).Uno de los aspectos más importantes al hacer la excavación es suestabilidad. Se considera que los estudios de estabilidad deben serefectuados por un geólogo con experiencia en geotecnia, ya que lascondiciones geológicas son las que en general rigen el comportamientomecánico de un talud.Otro factor importante es sí la excavación se realizará en suelo o bienen roca, porque el comportamiento mecánico cambia de acuerdo con el material presente, además de que los métodos de excavación también serán diferentes. De acuerdo con el material que se tenga, se hará uso de la mecánica de suelos o de la mecánica de rocas. Según lo encontradoen el sitio web: http://www.ingenieria.unam.mx/haaz/geologia/presentaciones/08_aplicaciones_de_la_gGeologia_en_la_ing_civil.pdf dichos problemas son:

Problemas geotécnicos

Estabilidad de taludes

Universidad Nacional de CajamarcaEl objetivo principal del estudio es localizar y prevenir el movimientode masa del terreno en la zona de excavación. Un movimiento en laladera que se presenta también de manera imperceptible pero limitada ala costra superficial de suelo se llama solifluxión.

Condiciones básicas o pasiva que favorecen un movimiento en masa del terreno:

LitológicasPresencia de formaciones suaves tales como rocas descompuestashidratadas, cloríticas, micáceas, serpentínicas o talcosas, lulitas,sedimentos pobremente cementados, tobas y bentonita; materiales noconsolidados incluyendo arenas, limos y gravas; y especialmentecualquier material arcilloso que pueda actuar como lubricante o fluirbajo presión.EstratigráficasPresencia de una o más capas masivas descansando sobre capas suaves;presencia de una o más capas permeables; alternancia de capascompetentes e incompetentes, especialmente si son arcillosos.

Universidad Nacional de CajamarcaEstructurales• Echados muy inclinados o moderados de:

a) Estratos, foliación o cruceros.b) Planos de juntas.c) Planos de fallas.

• Roca fuertemente fracturada o cizallada debido a: trituración,afallamiento, plegamiento, impacto de sismo, enfriamiento o desecación.• Esfuerzos por deformación interna causada por erosión rápida,excavaciones a cielo abierto o excavaciones subterráneas.• Lentes, bolsas o cuñas de arena u otros materiales porosos nodrenados.TopográficasAcantilados o pendientes fuertes causados por:•Erosión por corrientes, glaciares, viento y olas.•Afallamiento de bloques.•Afallamiento y plegamiento combinados.•Acantilamiento por medios artificiales.

OrgánicasPérdida de suelos al deteriorarse su cubierta vegetal como resultado declima caliente o seco, deforestación, cultivos o incendios.

Causas activas o indicadoras de un movimiento en masa del terreno: • Remoción del soporte.• Sobrecarga.• Reducción de la fricción.• Reducción de la cohesión. (Desecación y disturbios en las capas de

arcilla)• Vibraciones del terreno.• Acción de cuña o palanqueo.• Producción de pendientes fuertes• Deformaciones generales de la corteza terrestre por causas naturales.

Exploración

Para llegar a conocer los distintos tipos de materiales con los cuales se va a trabajar al hacer una excavación a cielo abierto, se debe realizar un reconocimiento preliminar seguido de un estudio detallado.

Universidad Nacional de Cajamarca Reconocimiento preliminar

Se debe entender una inspección general del terreno que requiere de uncorto tiempo y un mínimo de erogaciones pero que permite definir lasunidades litológicas existentes y sus características estructurales.Este reconocimiento proporcionará la información para elaborar unprograma para un estudio detallado.

Estudio detalladoEste estudio nos debe llevar a obtener una carta geotécnica a unaescala que va desde 1:100, a 1:1000, que nos permita conocer:

.Distribución de las distintas formaciones existentes.

.Su granulometría y características físicas.

.El espesor de los materiales reconocidos y sus variaciones.

. El patrón de fracturamiento del macizo rocoso en el caso de losmateriales del segundo y tercer grupo..Todo lo relativo a la presencia y comportamiento del agua subterránea.

6.- Cuales son las características geológicas estructurales favorables y desfavorables para la Construcción de una presa y para los canales.

Para construir una presa se tienen que ver las características favorables y desfavorables y según lo encontrado en: http://www.ingenieria.unam.mx/haaz/geologia/presentaciones/08_aplicaciones_de_la_gGeologia_en_la_ing_civil.pdf nos dice lo siguiente:

Una presa de almacenamiento consta de cuatro partes:

• La cortina que es la estructura principal y la más importante que se construye como barrera para almacenar el agua.• El vertedor u obra de excedencias.• La obra de toma y,• El embalse.

Así mismo en dicha página también nos dice que la selección y sitio para la construcción de una presa y la ubicación precisa de la cortina y obras auxiliares requiere de la cuidadosa consideración de factores como:

Universidad Nacional de Cajamarca• Topografía: forma y amplitud del estrechamiento y longitud del valle fluvial.• Condiciones geológicas: tipo de rocas, presencia de fallas, bancos de material.

Geología :

Las condiciones geológicas son las que juegan el papel más importanteen la construcción de una presa, es decir, el terreno es en ciertaforma el director de la obra, es el que manda.Las presas requieren más de un buen terreno. Lo necesitan en el fondo yen los flancos, a lo ancho, a lo alto y en profundidad; las superficiesy los volúmenes de terreno en contacto con la obra misma bañado openetrado por las aguas que son almacenadas, son considerables.En efecto jamás el terreno de cimentación de una gran presa eshomogéneo ni uniformemente sano. La importancia que tiene determinarpor todos los medios de exploración que se tengan a la mano, se trata,al investigar un sitio determinado, de una geología muy particular apequeña escala, que nos hable:

I. De la resistencia mecánica del terreno.II. Del equilibrio de los taludes.III. De las condiciones estructurales en relación con los estudiosmencionados.IV. De la condiciones de permeabilidad del terreno.

Las condiciones geológicas que debe reunir un sitio para un determinadotipo de cortina son:

Para una cortina de gravedad: El área de cimentación, de un terrenoparticularmente impermeable e incompresible, para no tenerasentamientos diferenciales. En caso contrario se corre el riesgo defalla.

Para una cortina de arco: Requiere de un sitio de donde las rocas de losapoyos o estribos, presenten buenas condiciones de estabilidad. Si hayel temor de inestabilidad de los apoyos o riesgo de derrumbes debidos

Universidad Nacional de Cajamarcaal echado de las capas, a la acción de agentes atmosféricos, hay quetratar de descartar el proyecto.

Cortinas de contrafuertes y arcos múltiples: La condición esencial es que elterreno de cimentación sea de buena calidad.

Cortina de enrocamiento: Se debe escoger un sitio donde las condicionesesenciales impliquen no estar sujeta ni a asentamientos diferencialesni a la erosión que provoque infiltraciones bajo la cortina.

Cortinas de tierra: Son aquellas donde más convienen sobre un terreno decimentación no rocoso, a condición de verificar su resistencia yasegurarse que no contenga materia orgánica ni arcillas expansivas omuy plásticas que corran el riesgo de ser expulsadas por el peso deldique o por la presión de las aguas del embalse.

Problemas geotécnicos

Se presentan frecuentemente en los sitios de construcción de presas sonrelativos a: fenómenos de geodinámica, filtraciones, resistencia de la roca o suelo, azolves, entre otros.

Fenómenos de geodinámica externaDeslizamientos y reptaciónEl término deslizamiento se refiere al desplazamiento rápido de unamasa de roca, suelo residual o sedimentos contiguos a un talud, en lacual el centro de gravedad de la masa en movimiento avanza en unadirección hacia abajo y hacia fuera. Un movimiento similar que sepresenta a una velocidad imperceptible es llamado reptación.Los desplazamientos varían de acuerdo con ciertas características quepresentan dichas discontinuidades como son: orientación, rugosidad,relación con la estructura geológica, grado de saturación de agua,características de fricción y relleno.Las principales discontinuidades donde puede haber movimiento en masa del terreno son:a) Estratificación y foliaciónb) Fracturas:Geología Aplicada Página 29

Universidad Nacional de Cajamarcac) Fallasd) Discordanciase) Límites entre rocas saturadas y no saturadasf) La base de rocas intemperizadasFiltracionesSe debe considerar la presencia de algunos factores como son:.Cavernas, canales, fallas y fracturas interconectadas, por lo quedebemos observar su frecuencia, grado de abertura y tipo de relleno..Cauces sepultados que puedan originar una vía de filtración para elagua, de acuerdo con su posición respecto a la obra y el embalse..El fracturamiento de tipo tectónico, produce filtraciones moderadas,sin embargo es necesario conocer cuál es la dirección del agua que seinfiltra..La solubilidad de la roca, que puede producir grandes cavernas,principalmente en calizas, halita, yesos o rocas poco cementadas comoloess..Las rocas no solubles como las ígneas cristalinas, algunas areniscas,las metamórficas masivas, etc. (solamente si están fracturadas ofalladas)

AsentamientosLas cortinas ejercerán una presión sobre los materiales en que fueronconstruidas (suelos y rocas), debido a su propio peso y a otras fuerzasque actúan sobre ellas.El problema de deformación bajo cargas pesadas puede ser crítico. En elcaso de areniscas poco cementadas o donde el cementante es arcilloso,éstas tendrán poca resistencia a la compresión.Los asentamientos desiguales en las diversas zonas de la cortina puedencausar agrietamientos de gran tamaño. Para estos casos se debe recurrira un riguroso estudio de mecánica de rocas o de suelos.

AzolvamientoAlgunas presas propuestas no han sido construidas por conocerse que losazolves las harían inútiles en poco tiempo. Una forma de detener elmaterial que es transportado por el río, es por medio de tratamientosde control de erosión de suelos en la cuenca y a través de campañas dereforestación. Ya se buscan procedimientos para desazolvar las presasGeología Aplicada Página 30

Universidad Nacional de Cajamarcay, posiblemente en un futuro cercano, se llegue a una solucióneconómica que permita rescatar las obras.

7.- Explique en qué consiste el método sísmico y el deresistividad eléctrica y porque son importantes en el estudiode presas.

- Méto d o s í s m i c o : Este procedimiento se funda en la diferentevelocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico através de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadassobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad depropagación varía entre150 y 2.500 m/seg en suelos, correspondiendo los valoresmayores a mantos de grava muy compactos y las menores a arenassueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores paralas arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana losvalores fluctúan entre 2.000 y8.000 m/seg como término de comparación se menciona el hecho de queen el agua la velocidad de propagación de este tipo de ondas es delorden de 1.400 m/seg esencialmente el método consiste en provocaruna explosión en un punto determinado del área a explorar usandouna pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zonaa explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separadosentre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar lavibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo centralque marca varias líneas, una para cada geófono.

Fig. 1. Esquema del dispositivo para exploración geofísica por el métodosísmico

- Méto d o de r e s i s t i v i d a d e l é c t r i c a : Este método se basa en elhecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentanuna mayor o menor resistividad eléctrica cuando una corriente esinducida a través. Su principal aplicación está en el campo de laminería, pero en mecánica de suelos se ha aplicado para determinarla presencia de estratos de roca en el subsuelo.

La resistividad eléctrica de una zona de suelo puede medirsecolocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la superficiey alineados; los dos exteriores, conectados en serie a una bateríason los electrodos de corriente (medida por un miliamperímetro), entanto que los interiores se denominan de potencial de la corrientecirculante.

El método sirve, en primer lugar, para medir las resistividades adiferentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, paramedir la resistividad a una profundidad, a lo largo de un perfil.Lo primero se logra aumentando la distancia entre electrodos, conlo que se logra que la corriente penetre a mayor profundidad. Losegundo se logra conservando la distancia constante y desplazandotodo el equipo sobre la línea a explorar.

Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendorocas suaves, gravas compactas, etc, y teniendo los menos valores

Universidad Nacional de Cajamarcalos suelos suaves saturados.

Para el estudio de presas, este método nos sirve para buscar zonasdonde haya mayor concentración de suelos macizos como se indicaanteriormente, con las mayores resistividades corresponden a suelosaptos para su construcción.

FUENTE:h t t p : // ww w 3 . u c n . c l / F a c u l t a d e sI n st i t u t o s / l a bo r a t o r i o / g e o fi s i c o M 2 . h t m

La Tabla 1 muestra un resumen de los datos estadísticos de fallasen presas en el mundo conocidas hasta 1995 (ICOLD, 1995) y se puedeobservar que el mayor número de fallas se deben a desbordamientos,tubificaciones y filtraciones, lo que muestra la insuficiencia dela información con la que se llevaron a cabo los análisis dediseño y la construcción de la obra.

Tabla n° 1: Ocurrencia de fallas en presas por tipo en los siglos XIX y XX (ICOLD,1995).

CAUSA DEN°

CASOSFlujo excesivo/drenajeinsuficiente

Deslizamientoladeras

Mal comportamiento estructurasvertedor Colocación/compactaciónmateriales cortina Levantamiento

Retrasoconstrucción

Falla cimentación/deformación ysubsidencia

Licuefacción

Precipitación no prevista/mal diseño o investigacióninadecuada

112883

45Tota 177

Es por estas razones que es necesario un estudio geológico biendetallado como los anteriormente descritos y así evitar daños uocurrencias lamentables.

Universidad Nacional de Cajamarca8.- Haga un comentario sobre la práctica de la presa del Chonta.

Como nos indicó el docente la presa Chonta tiene como objetivo laregulación de las aguas del río Chonta mediante la construcción deobras hidráulicas a fin de satisfacer las demandas de agua parausos domésticos, agrícolas, industriales, hidro-energético,piscícolas y turismo en la provincia de Cajamarca.

La zona de la presa se ubica en el cauce del Río Chonta, entre elCañón de Sangal y Tres Tingos (encuentro de los ríos Quinuario,Azufre y Río Grande), a una altitud de 2854 msnm y a 18 Km de laciudad de Cajamarca.

El proyecto integral comprende a los Distritos de La Encañada,Baños del Inca, Cajamarca, Llacanora y Jesús de la Provincia deCajamarca.

Fig. 2: ubicación de la presa chonta en el cañón sangal. (Cajamarca 18/06/2014).

Fig. 3: Proyección del embalse de la presa Chonta. (Cajamarca 2014)

Fig. 4: Esquema de tubería de conducción chonta cerrillo.(Cajamarca 2014).

FUENTE: h t t p s : / / w w w . goo gl e . c o m . p e / u rl ? sa = t&rc t = j & q = &e sr c = s& s ou r c e = w e b &c d = 1 &c a d = r j a &u a ct = 8 &v e d = 0 C B k Q F j A A & ur l = h t t p % 3 A %2F

Universidad Nacional de Cajamarca% 2 PP T . p p t& e i = n N S 5 U 9 P f D I e n sA S6 u o G Y B w & u s g = AFQ j CN G O xw k b d 2 w m 0B 8 H T 0 5 z5 V H J Zt E h x A & b v m= b v . 7 0 1 3 85 88 , d . c W c

9.- Explicar: Índice de calidad de rocas (RQD), R.M.R.,Índice Q de Barton (Rock mass quality), Índice de resistenciageológica GSI, Indice SMR.

ÍN D I C E DE C A L I DAD DE L A S R OC A S ( RQ D ).

Se basa en la recuperación modificada de un testigo (El porcentajede la recuperación del testigo de un sondeo). Dependeindirectamente del número de fracturas y del grado de la alteracióndel macizo rocoso. Se cuenta solamente fragmentos iguales osuperiores a 100 mm de longitud. El diámetro del testigo tiene queser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado con undoble tubo de extracción de testigo.

Donde se considera para cuestiones de estudio:

RQD (%) Calidad deroca< 25 muymala25 - 50 mala50 - 75

regular75 - 90 buena90 - 100

excelente

Fig. 5: RQD en sondeos (Lima PUCP Julio 2004)

C L A S I F I C A C I ON DE B I E N I A WSK I ( R M R)

El sistema de clasificación Rock Mass Rating o sistema RMR fuedesarrollado por Z.T. Bieniawski durante los años 1972- 73, y hasido modificado en 1976 y 1979, en base a más de 300 casos realesde túneles, cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usala edición de 1989, que coincide sustancialmente la con de 1979.Para determinar el índice RMR de calidad de la roca se hace uso delos seis parámetros del terreno, y son los siguientes:

La Resistencia a compresión simple del material. El RQD (Rock Quality Designation). El espaciamiento de las discontinuidades. El estado de las discontinuidades. La presencia de agua. La orientación de las discontinuidades.

RESISTENCIA DE LA ROCA.- Tiene una valoración máxima de 15 puntos, ypuede utilizarse como criterio el resultado del ensayo deresistencia a compresión simple o bien el ensayo de carga puntual(Point Load).

Universidad Nacional de CajamarcaRQD.- Tiene una valoración máxima de 20 puntos. Se denomina RQD deun cierto tramo de un sondeo a la relación en tanto por cientoentre la suma de las longitudes de los trozos de testigo mayores de10 cm y la longitud total del sondeo.

SEPARACION ENTRE DISCONTINUIDADES.- Tiene una valoración máxima de20 puntos. El parámetro considerado es la separación en metrosentre juntas de la familia principal de diaclasas la de roca.

ESTADO DE LAS DISCONTINUIDADES.- Es el parámetro que más influye,con una valoración máxima de 30 puntos. Pueden aplicarse loscriterios generales, en la que el estado de las diaclasas sedescompone en otros cinco parámetros: persistencia, apertura,rugosidad, relleno y alteración de la junta.

PRESENCIA DE AGUA.- La valoración máxima es de 15 puntos. La ofrecetres posibles criterios de valoración: estado general, caudal cada10 metros de túnel y relación entre la presión del agua y latensión principal mayor en la roca.

ORIENTACION DE LAS DISCONTINUIDADES.- Este parámetro tiene unavaloración negativa, y oscila para túneles entre O y -12 puntos. Enfunción del buzamiento de la familia de diaclasas y de su rumbo, enrelación con el eje del túnel (paralelo o perpendicular), seestablece una clasificación de la discontinuidad en cinco tipos:desde muy favorable hasta muy desfavorable

El RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones que correspondena los valores de cada uno de los seis parámetros enumerados. Elvalor del RMR oscila entre O y 100, y es mayor cuanto mejor es lacalidad de la roca.

C L A S I F I C A C I ON A D A P T A D A DE B I E N I AW S K I P A R A T A LUDES ( S M R )

Permite evaluar la estabilidad de una excavación.

El índice SMR incluye cuatro (4) factores de ajuste, los cuales son:

F1: depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara

del talud. F2: depende del buzamiento de la junta en la rotura plana.

Universidad Nacional de CajamarcaF3: refleja la relación entre el buzamiento de la junta y el

talud. F4: establecido empíricamente.

SMR = RMR + (F1*F2*F3) + F4

Tabla N°2: Relación entre el índice SMR y la estabilidad del talud

SMR Estabilidad100 - 81 Totalmente estable

80 - 61 Estable

60 - 41 Parcialmenteestable40 - 21 Inestable

< 20 Totalmente inestable

IN D I C E “Q” DE B A R T O N ( r o c k ma s s q ua li t y )

Se hace una valoración con un índice Q a partir de valores dediferentes parámetros:

Q= (RQD/Jn)* (Jr/Ja) * (Jw/SRF)

Siendo:

Jn: número de familias. Jr: coeficiente de rugosidad de la junta. Ja: coeficiente de alteración de la junta. Jw: coeficiente reductor por la presencia de agua.SRF: factor reductor por tensiones en el macizorocoso.

→ Jn, Jr y Ja se aplican a las juntasestructuralmente más desfavorables.

3: Clasificación de Q (oscila entre 0.001 y 1000).

Q (rock mass quality) Valoración0.001 a 0.01excepcionalmente mala0.01 a 0.1 extremadamente mala0.1 a 1.0 muymala1.0 a 4 mala4 a 10

regular10 a 40 buena40 a 100 muybuena100 a 400 extremadamente buena400 a 1000 excepcionalmente buena

Tabla n° 4: Coeficiente Jn para elíndice Q de Barton.

Tabla n° 5: Coeficiente Jr para el índice Q de Barton.

Tabla n° 6: Coeficiente Ja para el índice Q de Barton.

Tabla n° 7: Coeficiente Jw para el índice Q de Barton.

Tabla n° 8: Valor de SRF para el índice Q de Barton.

IN D I C E DE R E S I S T E N C I A G E OL O G I C A ( G S I )

El índice de resistencia geológica, GSI, fue desarrollado por Hoek(1994) para subsanar los problemas detectados con el uso del índice RMRpara evaluar la resistencia de macizos rocosos según el criteriogeneralizado de Hoek-Brown. Este índice de calidad geotécnica sedetermina en base a dos parámetros que definen la resistencia y ladeformabilidad de los macizos rocosos:

RMS es la “estructura del macizo rocoso”, definida en términos de sublocosidad y grado de trabazón.

JC es la condición de las estructuras presentes en el macizo rocoso.

La evaluación del GSI se hace por comparación del caso que interesa conlas condiciones típicas, y el mismo puede variar de 0 a 100, lo quepermite definir 5 clases de macizos rocosos:

· Macizos de calidad MUY MALA (Clase V, 0 £ GSI £ 20).

· Macizos de calidad MALA (Clase IV, 20 <GSI £ 40).

· Macizos de calidad REGULAR (Clase III, 40 <GSI £ 60).

· Macizos de calidad BUENA (Clase II, 60 <GSI £ 80).

Universidad Nacional de Cajamarca· Macizos de calidad MUY BUENA (Clase I, 80 <GSI £ 100)Respecto al uso del índice GSI para caracterizar geotécnicamente el macizo rocoso, es conveniente indicar lo siguiente:

No es aplicable en aquellos casos en que el comportamientodel macizo rocoso presenta un claro control estructural. Dehecho, cuando el macizo presenta solo dos sets deestructuras el criterio de Hoek-Brown (para el cual fuedesarrollado el GSI) debe aplicarse con mucho cuidado.

No considera la resistencia en compresión uniaxial de laroca intacta, ya que al evaluar la resistencia del macizo seincluyen los parámetros que definen el criterio de Hoek-Brown (si se incluyera se “contaría dos veces”).

No considera el espaciamiento entre estructuras, ya queéste está implícitamente incluido al evaluar la blocosidaddel macizo rocoso (a mayor espaciamiento el macizo es másmasivo y a menor espaciamiento es de mayor blocosidad).

No considera la condición de aguas porque el criterio de Hoek-Brown se define en

Términos de esfuerzos efectivos (si se incluyera se “contaría dosveces”).

El índice GSI debe definirse en un rango y no como un valorespecífico. En la práctica es usual definir un rango de unos 15puntos.

10. Metodología de los estudios geológicos y geotécnicos

Los estudios geológicos y geotécnicos de presas se desarrollan enconsonancia con las distintas fases del proyecto y construcción de unapresa. Según lo encontrado en la página webhttp://civilyakamoz.files.wordpress.com/2013/09/ingenieria-geologica.pdf el desarrollo es el siguiente:

1. Estudios previos y de factibilidad

Su objeto es establecer la viabilidad de la presa según los siguientescriterios geológicos:

Universidad Nacional de Cajamarca— Ausencia de riesgos geológicos significativos para la seguridad de lapresa y el embalse (grandes deslizamientos, intensa carstificación,fallas activas en la cerrada en zonas de alta sismicidad, etc.).

— Condiciones geomortológicas de la cerrada adecuadas para la posibleconstrucción de la presa.

Universidad Nacional de Cajamarca2. Estudios de soluciones y de anteproyecto

Los objetivos son aportar criterios geológicos para la selección del tipo de presa y la cerrada más adecuada, bajo el punto de vista técnico, económico y medioambiental (la cerrada es el lugar de emplazamiento de la presa). Los aspectos geológicos y geotécnicos a considerar son los siguientes:

— Disponibilidad de materiales de construcción.

— Resistencia, estabilidad y permeabilidad de la cimentación.

— Estabilidad de las laderas del embalse.

— Hidrogeología del embalse.

— Condiciones sismotectónicas.

3. Estudios para el proyecto de construcción

Sus objetivos son aportar los criterios geológico- geotécnico para eldiseño de la presa y sus estructuras auxiliares, tratamientos delterreno y soluciones constructivas. Los aspectos a estudiar son:

— Caracterización geotècnica detallada de la cimentación de la presa.

— Estudio geotécnico para el emplazamiento de las estructurasauxiliares.

— Estudio sísmico y neotectónico.

— Tratamientos de mejora e impermeabilización.

— Recomendaciones constructivas

4. Control geológico-geotécnico durante la construcción

Su objetivo es verificar las condiciones geológicas encontradas durantela construcción, adaptar las soluciones de proyecto y controlar lostratamientos de mejora del terreno, desarrollándose los siguientestrabajos:

— Verificación de las condiciones de proyecto y adaptación a la obra.

— Seguimiento y control de los trabajos de excavación, cimentación ytratamientos del terreno.

5. Seguimiento durante la explotación

Su objetivo es la observación y vigilancia del comportamiento delterreno y la presa durante su explotación, en particular

— Interpretación geotècnica de los resultados de las medidas deinstrumentación y auscultación durante el llenado del embalse y puestaen servicio de la presa.

— Control de filtraciones, subpresiones, movimientos en laderas ysismicidad inducida, entre otros.

Universidad Nacional de Cajamarca11. Criterios geológico-geotécnicos de selección de presas

Existen varios criterios para la selección de presas; en estaoportunidad han sido extraídos del sitio web:http://civilyakamoz.files.wordpress.com/2013/09/ingenieria-geologica.pdf , donde dice que los criterios son:

Criterios generales

La selección del emplazamiento de una presa depende fundamentalmente delos siguientes factores:

— Capacidad del vaso (volumen de embalse).

— Impermeabilidad del vaso.

— Cerrada adecuada: condiciones geomorfológicas, geológicas ygeotécnicas favorables.

— Valor de los terrenos inundados (poblaciones, infraestructuras,etc.).

— Disponibilidad de materiales de construcción próximos a la presa.

— Condiciones favorables para ubicar el aliviadero, ataguías y demásobras auxiliares.

Una vez determinada la ubicación más adecuada para el cierre del valle(de las varias alternativas seleccionadas en principio), se procede aseleccionar el tipo de presa en el denominado «estudio de soluciones»,donde se analizan detalladamente los posibles tipos de presas desdemúltiples puntos de vista, destacando el geológico.

Los factores a tener en cuenta en este análisis son los siguientes:— Altura prevista de la presa.

— Geomorfología de la cerrada.

— Disponibilidad de materiales de construcción.

— Condiciones geológico-geotécnicas de la cimentación.

— Ausencia de riesgos geológicos activos.

Universidad Nacional de CajamarcaCon respecto a la altura de la presa es significativo que más del 80 %de las presas construidas de menos de 30 m de altura son de materialessueltos, y que a partir de 150 m de altura el 60 % son de hormigón, delas cuales el 50 % son de arco. Estos datos responden a varias razones,entre las que destacan las geomorfológicas. Los valles amplios sóloadmiten presas de poca altura, resultando las presas de materialessueltos las más económicas (siempre que se disponga de materialesadecuados), mientras que en los valles estrechos o muy estrechos suelenconstruirse presas altas, lo que favorece a las soluciones de presas degravedad (arco y bóveda).

La elección del tipo de presa no obedece a reglas fijas, pues cadaemplazamiento tiene sus propias características, y nunca dos cerradaspresentan el mismo problema geológico y, por tanto, constructivo, locual demanda la necesidad del criterio.

De forma resumida se pueden señalar los siguientes problemas geológico-geotécnicos asociados a las presas, embalses y sus estructurasauxiliares:

Cerrada. Deformabilidad, resistencia y permeabilidad de lascimentaciones y estribos.

Vaso. Estabilidad de las laderas, acumulación de sedimentos ysismicidad inducida.

Canteras y préstamos. Calidad y volumen disponible de materiales parala construcción.

Aliviaderos. Estabilidad de los taludes, permeabilidad y resistencia delos macizos de cimentación de las estructuras en hormigón yerosionabilidad del terreno.

Canales. Estabilidad de los taludes, erosionabilidad de los materialesy cimentación de los rellenos.

Central exterior. Estabilidad de los taludes, deformabilidad yresistencia de las cimentaciones.

Universidad Nacional de CajamarcaCentral subterránea. Deformabilidad, resistencia, permeabilidad yestado tensional del macizo.

Galerías de desvío, desagües de fondo y túneles.

Estabilidad de la excavación, deformabilidad, permeabilidad y estadotensional de los macizos.

Características de la cimentación La elección del tipo de presa dependeen primer lugar de las condiciones de cimentación. Cualquier tipo depresa de hormigón exige que las deformaciones en el macizo rocoso seancompatibles con las del hormigón; es decir, que no se superen ciertosniveles de deformación no soportables por la estructura de la presa;así, no es posible cimentar este tipo de presas en suelos o rocasblandas. Tampoco una presa de hormigón sería una solución adecuada sila profundidad de la cimentación requiriera una excavación muy profunda(por presencia de materiales muy alterados o tectonizados en relacióncon la altura de la presa); en estas situaciones el volumen deexcavación supondría un coste elevado.

Sin embargo, estas decisiones son complejas, ya que pueden presentarsevarias alternativas. En algunos casos se han cimentado presas dehormigón en rocas de baja calidad geotècnica a pesar de haberseefectuado excavaciones profundas y tratamientos de consolidación delmacizo.

En general, cuando los macizos de cimentación son muy deformables o debaja resistencia, la solución más adecuada es la construcción de unapresa de materiales sueltos.

Disponibilidad de materiales Otro de los condicionantes para laselección del tipo de presa es la disponibilidad de materiales deconstrucción en sus proximidades, necesarios tanto para las presas dehormigón (áridos) como para las de materiales sueltos, cuya tipologíadepende básicamente del material disponible.

Universidad Nacional de CajamarcaEl tipo de material influye en aspectos importantes como lascondiciones de filtración a través del macizo y los tratamientos deeste problema.

Riesgo de erosión interna Otro condicionante de la estabilidad yseguridad de las presas en relación con las condiciones geológicas esla erosión interna que se genera al crearse gradientes hidráulicoselevados en materiales erosionables (Figura 11.26c). En estos casos hayque actuar bien disminuyendo los gradientes o bien incorporando en laestructura de la presa filtros y drenes adecuados a las condicioneshidráulicas. Reduciendo los gradientes disminuyen las fuerzas defiltración, pudiéndose controlar el fenómeno. La construcción defiltros y drenes bien dimensionados impide la salida de los finos y losprocesos de erosión interna.

Emplazamiento de estructuras auxiliares Las condiciones de cimentacióny de emplazamiento de las estructuras auxiliares (aliviaderos, galeríasde desvío, tomas de agua, desagües de fondo, etc.) pueden influirdecisivamente en la selección del tipo de presa; en general, en laspresas de hormigón estas estructuras son más cortas, más sencillas y decoste inferior a las presas de materiales sueltos. Debe considerarse elconjunto de estructuras que componen el aprovechamiento. Así, elemplazamiento del aliviadero frecuentemente puede decidir el tipo depresa. En las presas de hormigón de cualquier tipo, el aliviadero seintegra en la propia presa, vertiendo el agua por coronación o a travésde las compuertas o tuberías que atraviesan el interior de la presa.Por el contrario, en las presas de materiales sueltos el aliviadero sesitúa independiente al cuerpo de presa, precisando una excavación más omenos ancha y profunda; en algunos casos, cuando se trata de caudalesmuy elevados, estas excavaciones suponen obras de grandes dimensiones ycostes.

Además de las ataguías, aliviaderos, tomas de agua y desagües de fondo,hay otras estructuras hidráulicas que forman parte de losaprovechamientos hidráulicos, como las centrales hidráulicas, túneles ygalerías con distinta finalidad.

Universidad Nacional de CajamarcaCondiciones para presas de materiales sueltos El criterio másinfluyente en las presas de materiales sueltos es la disponibilidad demateriales. Los núcleos impermeables precisan suelos de bajapermeabilidad (en general inferior a 10“5 cm/s) y se descartan lossuelos colapsables, orgánicos, solubles y de alta plasticidad.

El entorno geológico habitual donde se sitúan estas presas puederesponder a formaciones sedimentarias, suelos aluviales, arcillassobreconsolidadas o rocas blandas. Se deben descartar los materialeserosionables, dispersivos y solubles, y los de alta permeabilidad.

Con respecto a las características de la cimentación cabe distinguirentre las presas de tierras y las de pedraplenes o escolleras. Lasprimeras presentan un comportamiento generalmente flexible y transmitenbajas caigas al terreno. Sin embargo, los suelos aluviales flojos,zonas muy alteradas, acarreos y, en general, depósitos de bajaresistencia, no son aceptables como terreno de cimentación. Encualquier caso es importante identificar la presencia de superficies decizalla, frecuentes en suelos duros o sobreconsolidados. Las presasformadas por pedraplenes o escolleras tienen un comportamiento másrígido y transmiten mayores tensiones a la cimentación.

Condiciones para presas de hormigón Las presas de gravedad precisan deun macizo rocoso de buena calidad para su cimentación, de forma queproporcione a la presa la suficiente seguridad frente al deslizamiento,y cuya deformabilidad sea compatible con la rígida estructura de unapresa de hormigón. Estos requisitos suponen apoyar la presa en macizosde elevada resistencia, cuyos planos de discontinuidad o debilidad máscríticos a la estabilidad tengan ángulos de rozamiento interno altos.En la mayoría de los casos se precisan excavaciones para eliminar lazona alterada o menos resistente del macizo, cuya profundidad puedetener gran influencia en el estudio de soluciones.

Otra condición importante en las presas de hormigón es el control defiltraciones y subpresiones (presiones intersticiales ejercidas sobrela base de la cimentación de la presa).

Universidad Nacional de CajamarcaLas presas de contrafuertes presentan los mismos problemas decimentación que las presas de gravedad, pero concentran sus caigas enlos apoyos de los contrafuertes, por lo que deben cimentarse sobremacizos muy resistentes y de muy baja deformabilidad, a fin de evitarasientos diferenciales entre los distintos puntos de apoyo. Igualmente,las filtraciones en la cimentación deben ser muy bajas, lo que implicaque el macizo sea poco permeable, o bien recurrir a tratamientos deinyecciones.

Las presas de arco y de bóveda requieren las condiciones más exigentesde cimentación en relación con cualquier otro tipo de presa. Por unlado, su esbelta estructura transmite una alta concentración de caigasa la cimentación y, por otro, su geometría curva determina que granparte de los empujes hidrostáticos se transfirieran hacia los estribos.Este tipo de presas requiere macizos rocosos con una estructurageológica favorable a la estabilidad, una elevada resistencia de losplanos de discontinuidad y una baja deformabilidad en el macizo decimentación.

Consideraciones medioambientales Los anteriores criterios atiendenexclusivamente a factores geológicos; sin embargo es conveniente teneren cuenta las modificaciones geoambientales que se pueden producir comoconsecuencia de la construcción de una presa. Estas modificacionespueden tener importantes consecuencias en el medioambiente y, portanto, deben ser consideradas en los estudios de impacto ambientalcorrespondientes.

12. Condiciones geológico-geotécnicas de cimentación de presas

Según la página webhttp://civilyakamoz.files.wordpress.com/2013/09/ingenieria-geologica.pdf se pueden considerar las siguientes condiciones:

Condiciones generales

La cimentación de una presa, independientemente de su tipología, debereunir las siguientes condiciones:

— Resistencia y estabilidad tanto del macizo de cimentación como de losestribos.

— Deformabilidad compatible con las cargas de la presa.

— Estanqueidad de la cimentación y control de las fuerzas defiltraciones con eliminación de las subpresiones o reducción a losniveles exigidos por la estabilidad de la presa.

— Estabilidad frente a erosiones internas y socavaciones.

— Estabilidad frente a sismos y sus efectos inducidos (licuefacción,densificación, colapsos, fallas activas, etc.).

Universidad Nacional de Cajamarca— Estabilidad frente a movimientos del terreno (deslizamientos,hundimientos, subsidencias, etc.).

Así mismo el mismo autor y en la misma página web también considera losiguiente:

Universidad Nacional de CajamarcaFuerzas ejercidas

La construcción de una presa modifica sustancialmente las tensionesnaturales del macizo de cimentación, dando lugar a las siguientesfuerzas:

— Peso propio de la presa, que induce compresiones y esfuerzoscortantes.

— Cargas hidráulicas como resultado de la explotación, que generancompresiones, esfuerzos cortantes y tracciones.

— Subpresiones en la base de la presa y fuerzas de filtración en elinterior del macizo.

V. CONCLUSIONES

- Se recopiló información y datos importantes sobre el proyectodel Río Chonta, la cual debe ser analizada e interpretadadetenidamente

- Se estudió la geomorfología de la zona en la que seráconstruida la Presa del Río Chonta

- Se estudió las principales propiedades de las canteras de lazona de influencia del Río Chonta

- Se investigó sobre las principales presas existentes en el Perúy Sudamérica.

VI. BIBLIOGRAFÍA.

- CEDEPAS- h t t p : // ww w 3 . u c n . c l / F a c u l t a d e sI n st i t u t o s / l a bo r a t o r i o / g e o fi s i c o M 2 . h t m - “http://www.iagua.es/blogs/colegio-de-iccp/%C2%BFpara-que-

sirven-las-presas-lecciones-de-una-%E2%80%98gota-fria%E2%80%99”)

- http://civilyakamoz.files.wordpress.com/2013/09/ingenieria- geologica.pdf

- (“Presas, M. E. Guevara A.”)- Villamizar C., A. Diseño de Presas de Tierra para Pequeños

Almacenamientos. HIMAT. 1989.”- (“Vega R. O. y Arreguín C., F. I. Presas de Almacenamiento

y Derivación. UNAM. México. 1987.”) - (Villamizar C., A. Diseño de Presas de Tierra para Pequeños

Almacenamientos. HIMAT. 1989.)- (“Vega R. O. y Arreguín C., F. I. Presas de Almacenamiento

y Derivación. UNAM. México. 1987.”) - Ministerio de Economía y Finanzas: El estudio de

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