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ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS Informe Final
1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA
VOLUMEN I
MEMORIA DESCRIPTIVA
ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS Informe Final
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INDICE
RESUMEN EJECUTIVO 4
Objetivos del Estudio 4
Marco Geológico 4
Recursos Hídricos 5
Evaluación de Alternativas 6
Recomendaciones 6
1. INTRODUCCION 8
1.1. Antecedentes 8
1.2. Objetivos y Alcances 9
1.3. Conclusiones y Recomendaciones 10
2. 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:
Determinación de la disponibilidad del recurso hídrico.
Identificación y evaluación geológica geotécnica de los posibles ejes de presa y
sus vasos de almacenamiento.
Investigación preliminar de la calidad del agua en el ámbito del proyecto.
Formulación de alternativas de ingeniería y desarrollo de diseños preliminares de
ingeniería de los sistemas hidráulicos propuestos.
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
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.
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.
Desarrollar un programa de aforos de caudales, sedimentos y monitoreo de
calidad de agua a lo largo del río Callazas y sus principales afluentes.
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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. 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
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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:
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.
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.
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.
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.
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:
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.
Investigar con pruebas especiales de campo las condiciones de permeabilidad de los vasos de almacenamiento y los ejes de presa de cada alternativa propuesta.
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.
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.
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.
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. 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 Margen Derecha Ejes
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:
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.
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.
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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
Límite de Subcuenca Precipitación media anual (mm)
Eje N° 1 421
Eje N° 3 A 419
Eje N° 5 417
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
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QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO
Quebrada Azufre Grande Quebrada Azufre Chico
Mes 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
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 MENSUALESMedios, Máximos y Mínimos históricos (l/s)
Estación Coranchay - Río Callazas
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
10,000
11,000
12,000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MES
CA
UD
AL
(l/s)
PROMEDIOMaximoMinimo
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.
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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 REGULADOA partir de la Curva de duración
Sección Coranchay - Eje 1
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5 10 15 20 25 30
Volumen de Embalse [MMC]
Cau
dal R
egul
ado
[m3/
s]
Figura 2.2
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Volumen de Embalse de Regulación Estacional Vs Caudal ReguladoEjes 1, 3A y 5
Según simulaciones de rango usando la serie histórica 1956-2000
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 5 10 15 20 25 30
Volumen de embalse (MMC)
Cau
dal R
egul
ado
(m3/
s)
Eje 1
Eje 3A
Eje 5
Eje 5 línea de ajuste
Eje 3A linea de ajuste
Eje 1 linea de ajuste
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 RangosSección Coranchay
Usando la serie histórica 1956-2000
1
10
100
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Garantía
Ran
gos
(MM
C)
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
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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
Eficiencia de retención % 87% 80% 94%
Volumen de sedimentos retenidos MMC 1.3 1.2 1.0
(*) 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 Alternativa 2 Descripción 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
Eficiencia de retención % 94 80 90
Volumen de sedimentos retenidos MMC 1.0 0.3 0.9
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
Estación Periodo de Retorno
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
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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 InstantáneosRío Callazas - Estación Coranchay
1
10
100
1 10 100 1000
Periodo de Retorno (años)
Cau
dale
s Pi
co (m
3/s)
GU
GEV
LN2
LN3
LP3 (mv)
LP3 (mo)
P3
Datos
Figura 2.5
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CUADRO N° 2.7
FLUJOS PICO INSTANTÁNEOS
Caudales Pico Periodo de Retorno Tr (años) 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
Quebradas Periodo de Retorno Tr (Años) 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
Reservorio 5
Caudal Pico de entrada m3/s 46.0 46.0
Ancho de vertedero M 10 10
Caudal Pico Laminado m3/s 16.9 18.1
Nivel de agua sobre la cresta del vertedero M 0.9 1.0
Reservorio 1
Caudal Pico de entrada m3/s - 20.9
Ancho de vertedero M - 10
Caudal Pico laminado m3/s - 20.1
Nivel de agua sobre la cresta del vertedero M - 1.1
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.
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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 Grietas
Sistema Principal 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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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:
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.
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
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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
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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
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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
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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
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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 Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicación
8 verticales N 270° 81° NW 0.5 – 1cm Limo
arenoso
10 M
verticalmente Rugosa
Frente Qda.
Huaral Huarane
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5 Horizontales N 153 ° 64° NE 0.5 –1 cm Limo
arenoso
11 m
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 Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicación
1 vertical N 86° 84° SW 0.5-1 cm Limo
arenoso
13 m
verticalmente Rugosa Eje N° 3
2 Horizontales N 146 ° 56° NE 0.5-1 cm Limo
arenoso
18 m
Horizontales
Rugosa
poco
alterada
Eje N° 3
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CUADRO Nº 2.13 CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D.
VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N° 5 Fracturas
Principales Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicación
7 verticales N 43° 18° SW 0.2-0.5 cm Limo
arenoso
12 m
verticalmente Rugosa Eje N° 5
4
Horizontales N 44 ° 16° NE 0.2-0.5 cm
Limo
arenoso
15 m
Horizontales
Rugosa
poco
alterada
Eje N° 5
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
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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.
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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 2.40
C-1 A
Agregados para Filtro y
Concreto 1.74
C-2 3.84
C-2 A Afirmado
2.70
C-3 4.55
C-4 2.50
C-4 A
Roca
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
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MATERIAL DEL CUERPO DE LA PRESA
HUSO GRANULOMETRICO Tamiz Mínimo (%) Máximo (%)
4 ”
3 ” 100 100
2 ½ ” 96 100
2 ” 90 100
1 ½ ” 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
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
de olas
(pies)
Mínimo tamaño medio
(D50)
(pulgadas)
Espesor del
estrato
(pulgadas)
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10
12
15
18.
21
12
18
24
30
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
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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
Periodo Predominante TP 0.40 seg. 0.40 seg. 0.60 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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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. 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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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)
Volumen Total de Cuerpo de Presa Eje
Volumen total del reservorio
(MMC) Presa de Tierra (m3)
Presa de Enrocado (m3)
Volumen Muerto (MMC)
Eje 1 5.1 631 18 520 11 1.2
Eje 5 10.2 484 66 399 38 1.2
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4. 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: 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:
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En el Eje N° 5, la misma correspondiente a la Alternativa N° 1
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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N.A.m.i.n.
DEL CUERPO DE PRESANIVEL DE CIMENTACIÓN
1:0.5
DE CEMENTOPANTALLA DE INYECCIONES
N.A.M.EN.A.M.O.
ROCA Y BOLEOFRAGMENTOS DE
1:0.2 1:0.5
H1:2
AR
CIL
LA
NUCLEO DE ARCILLA
FILTROCUERPO DE PRESA
b
1:2.5 1:0.2
TERRENO NATURAL
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
Cota del cauce del río Callazas (msnm) 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 de la cresta del núcleo impermeable (m) 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
Talud de aguas arriba y aguas abajo del material del filtro (V : H) 1 : 0.5 1 : 0.5 1 : 0.5
Talud de aguas arriba y aguas abajo del núcleo impermeable (V : H) 1 : 0.2 1 : 0.2 1 : 0.2
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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.
PANTALLA DEINYECCIONES DE CEMENTO
CUERPO DE ROCA
DENTELLÓN
TERRENO NATURAL
MEMBRANADE CONCRETO
N.A.m.i.n.
N.A.M.EN.A.M.O.
MATERIAL PERMEABLE BIENGRADUADO DE 1" A 3" b
1:2 1:1.5
H
Fig. Nº 4.2 Presa de Enrocado
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CUADRO NO 4.2
CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS DE ENROCADO
Alternativa 1 Alternativa 2 Elemento
Eje 5 Eje 5 Eje 1
Cota del cauce del río Callazas (msnm) 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
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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N.A.m.i.n. 1:0.2
N.A.M.EN.A.M.O.
TERRENO NATURAL
1:0.7
CUERPO DE PRESA
b
DE CEMENTOPANTALLA DE INYECCIONES
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
Cota del cauce del río Callazas (msnm) 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
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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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. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS
Los criterios asumidos para seleccionar la alternativa más adecuada son los siguientes:
Las condiciones Geológicas-Geotécnicas favorables
La relación Volumen de Presa / Volumen de Almacenamiento
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
Elemento Alternativa No 1 Alternativa No 2
Altura de la presa H, para todos
los tipos de presa Eje Nª 5 : 45.3 m
Eje N° 5 : 39.4 m
Eje N° 1 : 41.9 m
Volumen total de presa (m3)
Presa mixta
Presa de enrocado
Presa de concreto rolado
523, 860
418, 791
90, 409
1’ 800, 318 Total 1 y 5
701, 026 Total 1 y 5
149, 714 Total 1 y 5
Volumen total de almacenamiento 11.0 MMC 11.2 MMC
Relación Vol. de presa / Vol. de
almacenamiento
Presa mixta
Presa de enrocado
Presa de concreto rolado
0.0476
0.0381
0.0082
0.1610
0.0626
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
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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
Alternativa Costo total ( * )
(U.S. Dólares)
Alternativa No 1
Presa mixta Presa de enrocado Presa de concreto rolado
4’ 634, 449 5’ 486, 245 9’ 054, 853
Alternativa No 2
Presa mixta Presa de enrocado Presa de concreto rolado
9’ 784, 776 (las dos presas) 10’ 021, 716 (las dos presas) 15’ 606, 972 (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 (106 U.S. Dólares)
B/C = 1.62
TIR = 12.4 %
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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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 (106 U.S. Dólares)
B/C = 1.35
TIR = 10.1 %
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).