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ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION
DEL RIO CALLAZAS Informe Final
1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL
DEPARTAMENTO ACADMICO DE HIDRULICA E HIDROLOGA
VOLUMEN I
MEMORIA DESCRIPTIVA
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INDICE
RESUMEN EJECUTIVO 4
Objetivos del Estudio 4
Marco Geolgico 4
Recursos Hdricos 5
Evaluacin 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. INFORMACIN BSICA DEL PROYECTO 12
2.1. Ubicacin del Proyecto 12
2.2. Vas de Comunicacin 12
2.3. Topografa 13
2.4. Recursos Hdricos 14
2.4.1 Disponibilidad Hdrica 14
2.4.2 Volumen de Sedimentos 20
2.4.3 Avenidas 23
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2.4.4 Calidad de Agua 28
2.5. Geologa 32
2.5.1 Geologa Regional 32
2.5.2 Geologa Local de los Ejes de Presa 34
2.5.3 Geologa Local de los Vasos de Almacenamiento 37
2.6. Geotecnia 45
2.6.1 Estudios Geotcnicos 45
2.6.2 Estudios Geofsicos 46
2.6.3 Estudios de Canteras 47
2.6.4 Ensayos y Resultados 50
2.6.5 Sismicidad 52
3. DESCRIPCIN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS 54
4. DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Y OBRAS CONEXAS 56
4.1. Alternativa 1: Presa nica 56
4.2. Alternativa 2: Presas en Serie 57
4.3. Tipos de Presas Estudiadas 58
4.4. Desvo de las Aguas de las Quebradas Azufre Grande y Chico 62
5. EVALUACIN DE ALTERNATIVAS 64
6. TIEMPO DE EJECUCIN DE OBRAS 66
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RESUMEN EJECUTIVO
OBJETIVOS DEL ESTUDIO
El presente estudio a nivel de prefactibilidad analiza las posibilidades de regulacin
de las aguas del ro Callazas, aguas arriba de la bocatoma Coranchay, con fines de
aprovechamiento en el Sub Distrito de Riego Candarave, ubicado en la Provincia de
Candarave, Regin Tacna.
Los objetivos especficos del estudio, dentro del contexto general del desarrollo
socioeconmico, estn orientados a los siguientes propsitos:
Determinacin de la disponibilidad del recurso hdrico.
Identificacin y evaluacin geolgica geotcnica de los posibles ejes de presa y
sus vasos de almacenamiento.
Investigacin preliminar de la calidad del agua en el mbito del proyecto.
Formulacin de alternativas de ingeniera y desarrollo de diseos preliminares de
ingeniera de los sistemas hidrulicos propuestos.
Evaluacin tcnica econmica de las alternativas formuladas.
MARCO GEOLGICO
La caracterstica litolgica de la regin est constituida en mayor proporcin por
rocas clsticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la formacin
Capillune ubicadas en la zona inferior, media y superior del valle.
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En menor proporcin se presentan afloramientos de depsitos de derrames
volcnicos y piroclstos andesiticos y traquiticos de la Formacin Barroso con una
edad Plio-Pleistocena que es la denominada unidad fisiogrfica de la cadena
volcnica del sur de los andes, destacndose en ella los volcanes Tutupaca y
Yucamane.
Adems de la condicin volcnica de la regin, tambin es notable la caracterstica
ssmica que se presenta en ella.
RECURSOS HDRICOS
La disponibilidad de los recursos hdricos de la cuenca del ro Callazas, aguas arriba
de la bocatoma Coranchay, presentan condiciones favorables para satisfacer los
requerimientos de riego de la poblacin objetivo del proyecto.
El flujo medio anual del ro Callazas, referido a la subcuenca de la bocatoma
Coranchay, es 1.86 m3/s el cul representa un volumen de aporte anual de 58.7
MMC, mayormente concentrado en los meses de lluvias, notndose que el valor
medio del caudal en la poca de estiaje es 1.3 m3/s.
Los flujos de la subcuenca del Eje N 5, propuesta como Alternativa N 1, estn en
proporcin de 65 y 85 % en relacin a los flujos en la seccin Coranchay para los
perodos de avenidas y estiaje respectivamente.
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EVALUACIN DE ALTERNATIVAS
Se formularon y evaluaron 2 alternativas:
Alternativa 1: Presa nica ubicada en el Eje N 5, con capacidad de almacenamiento
til de 10 MMC.
Alternativa 2: Presas en serie ubicadas en los Ejes N 1 (Coranchay) y N 5, con
capacidad de almacenamiento til conjunto de 10 MMC.
La evaluacin tcnica econmica de las alternativas concluye que la mejor opcin
corresponde a la Alternativa N 1consistente en una Presa Mixta con ncleo
impermeable.
El embalse propuesto de 10 MMC de capacidad permitir 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 investigacin en los estudios de factibilidad, con
especial inters en las condiciones de cimentacin profunda y permeabilidad
en los ejes de presa y los vasos respectivos de las 2 alternativas formuladas.
Actualizar la data ssmica e instalar acelermetros con registros digitales en
puntos estratgicos que permitan una mejor comprensin de la sismicidad en
el entorno geogrfico.
Desarrollar un programa de aforos de caudales, sedimentos y monitoreo de
calidad de agua a lo largo del ro Callazas y sus principales afluentes.
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Recopilar una mayor informacin de variables de costos y productividad
agrcola con datos reales del rea del proyecto por medio de encuestas de
campo.
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1. INTRODUCCION
La provincia de Candarave ubicada en la Regin Tacna, marco geogrfico general del
rea del estudio, sostiene su economa principalmente en la actividad agrcola,
complementndose sta con la ganadera. La agricultura en esta provincia an no ha
logrado el suficiente desarrollo que le permita mejorar los estndares de vida en la
poblacin; para lograr este preciado objetivo se requiere efectuar proyectos de inversin
que cristalicen este ansiado anhelo de los moradores del lugar.
Siendo que los objetivos trazados estn estrechamente relacionados con el manejo del
recurso hdrico, el Estudio de Pre Factibilidad de Regulacin del Ro Callazas
busca definir la VIABILIDAD TECNICA-ECONOMICA de una presa reguladora
estacional que permita alcanzar dicho fin.
Este estudio se sustenta en el anlisis de las alternativas identificadas, en concordancia
con la realizacin de los estudios bsicos desarrollados de acuerdo a las
consideraciones de capacidad del almacenamiento, caractersticas morfolgicas,
geolgicas, y geotcnicas del entorno geogrfico en complementacin con la calidad
del agua disponible.
El presente trabajo es por lo tanto uno de los planteamientos encaminados a satisfacer
las demandas hdricas 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. Revisin del Proyecto y Evaluacin
Econmica ".
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1.2. OBJETIVOS Y ALCANCES
El objetivo del presente estudio comprende la determinacin del recurso hdrico
disponible en el ro Callazas para su regulacin, con la finalidad de plantear
alternativas que permitan la ubicacin y seleccin del tipo de presa y obras
conexas, que garanticen su funcionamiento y operatividad.
El Estudio de Pre Factibilidad de Regulacin del Ro Callazas cubre los siguientes
aspectos importantes:
a) Determinacin del recurso hdrico disponible.
b) Ubicacin y seleccin de ejes de presa con sus respectivos vasos de
almacenamiento.
c) Mapeo de la geologa estructural de los ejes de presa y sus respectivos
vasos, identificndose zonas de estanqueidad, estabilidad de taludes, y
respuesta a condiciones de saturacin prolongada.
d) Anlisis de las prospecciones geofsicas estudiadas.
e) Anlisis de calidad de agua en las alternativas propuestas.
f) Desarrollo de los diseos preliminares a nivel de pre factibilidad, y estimacin
de costos de las presas alternativas y obras conexas.
g) Evaluacin econmica 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 carcter 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 evaluacin efectuada en el presente Estudio de Prefactibilidad de
Regulacin del Ro Callazas, se concluye lo siguiente:
El desarrollo socio-econmico de la zona, objeto del estudio, est relacionado
con impulsar la agricultura y ganadera local, lo que alienta al mejor manejo de
los recursos hdricos disponibles del ro Callazas con fines de su regulacin.
La disponibilidad hdrica del ro Callazas y las condiciones geolgicas
geotcnicas del entorno indican la posibilidad de su regulacin hasta un
volumen de almacenamiento til de 10 MMC.
Los factores geolgicos geotcnicos relacionados a la caracterstica ssmica y
volcnica del rea del estudio no indican al presente una amenaza activa a la
viabilidad del proyecto.
Las canteras de materiales de construccin identificadas en las cercanas al
rea del proyecto, a pesar de presentar ciertas caractersticas desfavorables a
su durabilidad, se consideran aceptables para su utilizacin por las propiedades
fsicas que presentan y la suficiente disponibilidad volumtrica.
El Estudio de Prefactibilidad de la Regulacin del Ro Callazas, presenta como
mejor opcin la Alternativa N 1: Presa Mixta de Enrocado con Ncleo
Impermeable emplazada en el Eje N 5 con volumen til de 10 MMC.
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RECOMENDACIONES
En otro aspecto, tomando en consideracin los factores naturales y la evaluacin
efectuada en el presente estudio, se presentan las siguientes recomendaciones:
Desarrollar un mayor nivel de investigacin geolgica geotcnica, por medio de
perforaciones y una mayor densidad de prospecciones geofsicas, para lograr la
adecuada caracterizacin de los estratos y las condiciones de cimentacin
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 ssmica e instalar acelermetros con registros digitales en
puntos estratgicos que permitan una mejor comprensin de la sismicidad en el
entorno geogrfico.
Desarrollar un programa de aforos de caudales y sedimentos a lo largo del ro
Callazas y sus principales afluentes, en secciones estratgicas relacionadas a
las alternativas formuladas, durante diferentes pocas del ao, especialmente
en das lluviosos.
Monitorear la calidad del agua, en diferentes pocas del ao, en los puntos de
inters al planteamiento de los embalses reguladores, donde se detectaron
parmetros fsico-qumicos cercanos a los lmites tolerables, con el propsito de
investigar el efecto de dilucin de los contaminantes.
Recopilar una mayor informacin de variables de costos y productividad
agrcola con datos reales del rea del proyecto por medio de encuestas de
campo.
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2. INFORMACIN BSICA DEL PROYECTO
2.1. UBICACIN DEL PROYECTO
La zona materia del estudio se ubica polticamente en la regin Tacna, Provincia de
Candarave.
Geogrficamente el rea del estudio se encuentra comprendida en el cuadrngulo
delimitado por las coordenadas 16 50- 17 10 de Latitud Sur y 70 08 - 70 20
de Longitud Oeste; y la cuenca se desarrolla altitudinalmente entre las cotas 4,275
y 4,800 msnm.
2.2. VAS DE COMUNICACIN
La zona de estudio cuenta con vas de comunicacin principalmente terrestre, que
permiten el desplazamiento y accesibilidad en la mayora de su recorrido.
La principal accesibilidad hacia la zona se efecta siguiendo el recorrido descrito a
continuacin:
Partiendo desde Lima hacia la ciudad de Tacna por va area, o la va
terrestre a travs de la Carretera Panamericana Sur.
A partir de Tacna, seguir el recorrido terrestre hacia la ciudad de
Candarave, a travs de la Carretera Tacna - Tarata - Candarave, que es un
camino principalmente afirmado y con duracin de viaje aproximado de 5
horas.
El rea del proyecto cuenta con medios de comunicacin bsica, como una
estacin radial con frecuencia modulada, servicios de telefona fija y correo
terrestre.
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2.3. TOPOGRAFA
Despus de un diagnstico bsico de la zona del proyecto a partir de la informacin
existente, como la carta nacional, fotografas areas, imgenes satelitales, y
registros de variables hidrometeorolgicas, se procedi a hacer una evaluacin
inicial de campo con el fin de identificar preliminarmente las zonas adecuadas para
el almacenamiento de las aguas del ro Callazas.
Como resultado de esta actividad se identificaron seis posibles zonas de ubicacin
de ejes de presa, los cuales se muestran en el Plano IA-01 en el Anexo E del
Volumen IV y cuyas coordenadas de ubicacin se presentan a continuacin.
CUADRO N 2.1
ZONAS DE POSIBLE UBICACIN DE EJES DE PRESA
Ejes
Margen Izquierda Margen Derecha
Norte Este Altitud
( msnm ) Norte Este
Altitud
( msnm )
Eje 1 8107303.955 363044.625 4082.988 8107271.000 362770.000 4100.000
Eje 2 8107769.001 363047.563 4095.750 8107782.448 362832.170 4096.672
Eje 3 8108215.811 363038.028 4100.060 8108210.298 362880.072 4113.403
Eje 3 A 8109879.348 363501.136 4282.981 8110300.708 363010.508 4280.237
Eje 4 8113255.608 365054.936 4316.796 8113172.944 364741.716 4304.419
Eje 5 8114435.371 364887.695 4298.970 8114382.396 364648.507 4298.860
En estos seis ejes se efectuaron los correspondientes trabajos de las
especialidades comprometidas en el proyecto como son topografa, geologa,
geotecnia, hidrologa e hidrulica.
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Los trabajos de campo de la topografa se adecuaron a las caractersticas del
terreno y a las necesidades del proyecto, trazndose 2 poligonales cerradas,
enlazadas con una poligonal abierta, y el control planimtrico de las poligonales se
realiz 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 reas
suficientes para la ubicacin de las obras temporales, auxiliares o complementarias
a la estructura de la presa.
Como resultados de estos estudios se concluye que las zonas ms adecuadas para
la construccin 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 HDRICOS
2.4.1 DISPONIBILIDAD HDRICA
La evaluacin de los recursos hdricos se orient a los siguientes objetivos:
Evaluacin de las variables hidrolgicas que sirven como elementos de
comparacin de las alternativas formuladas: flujos del ro Callazas y sus
tributarios importantes, volmenes tiles, volmenes de sedimentacin,
caudales pico de avenidas, y calidad de agua.
Determinacin de las magnitudes de diseo de los volmenes muertos, flujos
pico laminados, e ndices de funcionamiento.
Previo al empleo de la informacin hidrolgica, se efectu el anlisis de
tendencias en las series histricas de las 5 estaciones disponibles, Coranchay
y Vilacota de tipo hidromtrica, y Tacalaya, Suches y Candarave de tipo
pluviomtrica.
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El anlisis visual de las series de tiempo presentan una aparente tendencia
decreciente en algunas de las estaciones investigadas; sin embargo, las
pruebas estadsticas a las que se sometieron descartan tal fenmeno
En base a los registros pluviomtricos de las estaciones Suches y Tacalaya,
consideradas las ms representativas por la compatibilidad altitudinal, se
hicieron las estimaciones de las precipitaciones medias sobre las cuencas de
inters, definidas por la ubicacin de los ejes de las alternativas propuestas, los
valores obtenidos se muestran en el cuadro a continuacin.
CUADRO N 2.2
CUENCA ALTA DEL RO CALLAZAS
PRECIPITACIONES MEDIAS
Lmite de Subcuenca Precipitacin 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 extrapolacin de las
magnitudes de las descargas en la seccin de dichos ejes a partir de los
registros de la estacin Coranchay, guardan proporcionalidad a la relacin de
las superficies de las subcuencas correspondientes.
Para la estimacin de los flujos en las Quebradas Azufre Grande y Azufre
Chico se aplica el mismo criterio de proporcionalidad de reas para la
escorrenta directa, y en proporcin a los aforos en estiaje para definir los flujos
en estiaje o caudal base. El cuadro siguiente presenta la estimacin de los
flujos en dichas quebradas.
CUADRO N 2.3
CAUDALES TPICOS MENSUALES
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QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO
Quebrada Azufre Grande Quebrada Azufre Chico
Mes Promedio
(l/s)
Mximo
(l/s)
Mnimo
(l/s)
Promedio
(l/s)
Mximo
(l/s)
Mnimo
(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 reas similares, se observa que la relacin de flujos de estiaje (caudal base)
es de 2:1 para Azufre Grande; este efecto se explica por la mayor intercepcin
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 estacin limnigrfica
Coranchay, analizando los datos del volumen medio anual, permite la
estimacin del coeficiente de escorrenta medio de la cuenca equivalente a
0.33.
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Con los registros histricos de la estacin Coranchay, se elabor los
hidrogramas tpicos de los caudales mensuales medios, mximos y mnimos
que se presentan en la Figura 2.1.
CAUDALES MENSUALES
Medios, Mximos y Mnimos histricos (l/s)
Estacin Coranchay - Ro 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)
PROMEDIO
Maximo
Minimo
Figura 2.1
Los aportes volumtricos anuales del ro Callazas, en la estacin Coranchay,
fluctan de 40 a 107 MMC, con una media de 58.7 MMC.
Del estudio de los caudales, referidos a la estacin Coranchay, se pudo
observar que los flujos medios mensuales durante el perodo de lluvias
nicamente un 25 % superan los 4 m3/s; y durante el perodo de estiaje un 90
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% de los caudales estn comprendidos entre 1.0 y 2.0 m3/s, no habindose
registrado magnitudes menores ni en el ao ms seco.
La estimacin del caudal regulado, en concordancia con la capacidad del
embalse, se realiz aplicando la curva de duracin de caudales y la simulacin
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 ms el caudal mnimo del aporte intermedio.
Los resultados de los mtodos aplicados indican que con embalses de 5, 10 y
15 millones de m3, segn 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 SEGN EL CAUDAL REGULADO
A partir de la Curva de duracin
Seccin 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]
Ca
ud
al
Re
gu
lad
o [
m3
/s]
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Figura 2.2
Volumen de Embalse de Regulacin Estacional Vs Caudal Regulado
Ejes 1, 3A y 5
Segn simulaciones de rango usando la serie histrica 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
Reg
ula
do
(m
3/s
)
Eje 1
Eje 3A
Eje 5
Eje 5 lnea de ajuste
Eje 3A linea de ajuste
Eje 1 linea de ajuste
Figura 2.3
La capacidad del reservorio con nivel de garanta del 75 % para la regulacin
de los flujos del ro Callazas en la seccin de la toma Coranchay, utilizando el
mtodo 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 prcticamente los mismos, se
considera que el volumen de garanta del 75%, 10 MMC, es el mismo en los
ejes alternativos 1, 3A y 5.
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Frecuencia de Rangos
Seccin Coranchay
Usando la serie histrica 1956-2000
1
10
100
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Garanta
Ra
ng
os
(M
MC
)
Figura 2.4
2.4.2 VOLMEN DE SEDIMENTOS
Para la comprensin del mecanismo de produccin de sedimentos, en la
cuenca del ro Callazas, es necesario observar que durante el periodo de
estiaje la mayor parte del flujo en el ro, del orden de 1.1 a 1.7 m3/s, proviene
de aportes de manantiales cuya carga de sedimentos es bajsima, y en forma
de suspensin, sin casi arrastre de fondo.
Las grandes cargas de sedimentos slo ocurren en los das de lluvias donde se
producen escorrentas importantes en las quebradas tributarias, arrastrando
consigo arenas y limos, almacenados en las laderas y cauces de las
quebradas de rgimen efmero. Por inspecciones visuales de campo, las
quebradas de rgimen permanente o intermitente, no crecen apreciablemente
su proporcin de aporte slido como lo hacen las efmeras. Las quebradas
tributarias en su mayora son de flujo efmero, con excepcin 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 slido mayor en el ro Callazas ocurre durante pocos das al ao en
ocasin de lluvias fuertes que producen escorrentas en sus quebradas de flujo
efmero. Esta situacin puede establecerse en los casos en que el ro
transporta flujos mayores de 2 m3/s.
La produccin de sedimentos ha sido evaluada mediante la aplicacin de la
ecuacin universal de la prdida de suelo, y otros mtodos empricos (ver
Cuadro N 2.4). El clculo de volumen muerto considera las eficiencias de
retencin. Las predicciones de volumen de sedimentos retenidos alcanza el
orden de 1.2 MMC; sin embargo, existe una amplia incertidumbre en esta
estimacin, tal como puede verse en el clculo detallado del Cuadro B.11 en el
Anexo B, Hidrologa, del Volumen IV, siendo recomendable que en estudios
posteriores se implementen campaas de medicin de transporte de
sedimentos en das de lluvias fuertes.
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CUADRO N 2.4
RESUMEN DE CLCULOS DEL VOLUMEN MUERTO
Descripcin Unidad Eje N 1 Eje N 3A Eje N 5
rea de cuenca Km2 420 404 359
Precipitacin efectiva anual Mm 140 137 112
Caudal medio anual m3/s 1.85 1.75 1.27
Peso especfico de sedimentos t/m3 1.4 1.4 1.4
Vida til Aos 50 50 50
Capacidad de presa (*) MMC 5.1 3.5 10.1
Aporte promedio en la seccin MMC 58.7 53.7 38.2
Eficiencia de retencin % 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 hidrulicos de regulacin formulados,
la Alternativa 1 con presa nica en el Eje N 5 y la Alternativa 2 con presas en
serie en los Ejes N 1 y 5, se estimaron los volmenes de sedimentos tomando
en consideracin la disposicin espacial de los almacenamientos, los
resultados se muestran en el cuadro siguiente.
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CUADRO N 2.5
ESQUEMAS HIDRULICOS ALTERNATIVOS
RESUMEN DE CLCULO DE VOLUMEN MUERTO
Descripcin Unidad
Alternativa 1 Alternativa 2
Eje N 5 Eje N 1 Eje N 5
rea de cuenca Km2 359 61 359
Precipitacin efectiva anual Mm 112 140 112
Caudal medio anual m3/s 1.27 0.58 1.27
Peso especfico de sedimentos t/m3 1.4 1.4 1.4
Vida til aos 50 50 50
Capacidad de presa MMC 11.2 4.3 6.9
Volumen til MMC 10.0 4.0 6.0
Aporte promedio en la seccin MMC 38.2 58.7 38.2
Eficiencia de retencin % 94 80 90
Volumen de sedimentos retenidos
MMC 1.0 0.3 0.9
2.4.3 AVENIDAS
Las precipitaciones mximas en 24 horas correspondientes a las estaciones
Suches y Tacalaya se analizaron con diferentes leyes de probabilidades,
encontrndose que no hay diferencia significativa entre los estimados al
utilizar cualquiera de estas distribuciones.
En el siguiente cuadro se muestran las precipitaciones mximas en Suches y
Tacalaya ajustada a la ley de distribucin Generalizada de Valor Extremo
(GEV) para diferentes periodos de retorno.
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CUADRO N 2.6
PRECIPITACIONES MXIMAS EN 24 HORAS (mm)
DISTRIBUCIN GEV
Periodo de Retorno
Tr (aos)
Estacin
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 efectu con los datos de flujos mximos (caudal
pico instantneo) registrados en la estacin Coranchay, para el perodo del
ao 1964 al 2001.
El anlisis estadstico 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 bsqueda de un criterio para la seleccin de la distribucin ms
adecuada se contrastaron, en trminos 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,
Hidrologa, del Volumen IV).
Los caudales mximos instantneos de diseo en los dems ejes fueron
obtenidos extrapolando los de Coranchay en proporcin a las reas de
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drenaje. El Cuadro N 2.7 muestra los flujos pico instantneos para cada uno
de los ejes alternativos.
Siendo las alternativas consideradas del orden de presas medianas, se ha
escogido como evento de diseo el correspondiente a 500 aos de periodo
de retorno.
Caudales Pico InstantneosRo Callazas - Estacin Coranchay
1
10
100
1 10 100 1000
Periodo de Retorno (aos)
Ca
ud
ale
s P
ico
(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 INSTANTNEOS
Periodo de
Retorno
Tr (aos)
Caudales Pico
Eje N 1
(m3/s)
Eje N 3
(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 mximos en las Quebradas Azufre Grande y Azufre Chico
fueron calculados mediante el mtodo del hidrograma unitario, con similar
metodologa que la empleada para calcular los flujos en los ejes alternativos.
El parmetro de sustraccin hidrolgica CN es el mismo estimado para la
cuenca del Callazas. No se emple factor de reduccin por distribucin
espacial de la lluvia, por tratarse de cuencas pequeas. El Cuadro N 2.8
presenta los resultados obtenidos.
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CUADRO N 2.8
CAUDALES MXIMOS
QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO
Periodo de Retorno
Tr (Aos)
Quebradas
Azufre Chico
(m3/s)
Azufre Grande
(m3/s)
2 0.75 0.80
5 2.4 2.6
10 3.3 3.6
25 5.7 6.3
50 7.1 7.7
100 8.4 9.1
500 11.3 12.4
Se hicieron simulaciones hidrolgicas de trnsito de avenidas para determinar
los caudales pico laminados que saldrn por los vertederos de alivio de las
alternativas consideradas, consistiendo la Alternativa 1 en un embalse nico
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 calibracin del modelo se realiz con la tormenta de 500 aos y el caudal
pico correspondiente pronosticado en Coranchay. Los clculos 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, Hidrologa, del Volumen
IV.
El Cuadro N 2.9 muestra los resultados de la simulacin.
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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 analiz la influencia de la
regulacin del ro Callazas y sus obras complementarias en el mejoramiento
de la calidad del agua para fines de riego, teniendo en consideracin que
actualmente presentan un alto contenido de sales y sustancias disueltas.
Se estudi la variabilidad de la calidad del agua del ro Callazas a lo largo de
su recorrido, desde la cercana a su naciente hasta la seccin de la bocatoma
Coranchay; asimismo se investig la influencia de las quebradas tributarias
Azufre Chico y Azufre Grande con la posibilidad de desviarlas para evitar que
descargue en la seccin Coranchay.
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La toma de muestras para el anlisis de calidad de agua se realizaron con
flujos de estiaje, cuando se espera tener las mayores concentraciones en el
ao, pues es cuando el flujo es prcticamente el flujo base proveniente de los
flujos subsuperficiales del valle que arrastran las sales disueltas del suelo. Se
espera que en la poca de lluvias los mayores flujos de escorrenta originen
la disminucin de las concentraciones por efectos de dilucin con las aguas
de escorrentas.
Los Cuadros B.12 y B.13 del Anexo B, Hidrologa, del Volumen IV presenta
los anlisis de agua de las muestras tomadas a lo largo del ro Callazas y sus
afluentes.
En general, en el tramo del ro cercano a Coranchay las concentraciones de
sustancias disueltas son mucho mayores que en la zona alta; sin embargo,
son pocos los parmetros y sustancias que exceden los lmites permisibles,
tales son la conductividad, el sodio, el arsnico, y el boro. Tres de estas
sustancias se manifiestan en concentraciones excesivas slo cerca a
Coranchay, aguas abajo del Eje N 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
ro Callazas aguas abajo de las quebradas Azufre, no se explican nicamente
con el aporte de sustancias de stas, dado el poco caudal de las quebradas
respecto al ro Callazas.
Los contenidos de sulfatos y cloruros disueltos aunque van aumentando en el
recorrido del ro, no exceden los lmites para que el agua pueda usarse en
mezclas de concreto.
En cuanto al sodio, la concentracin de esta sustancia en la seccin
Coranchay slo excede ligeramente las especificaciones para agua potable
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segn la norma ITINTEC 214.03; pero cae dentro de lo aceptable en la norma
de la OMS.
El arsnico es el mayor problema, pues excede desde la zona alta de la
cuenca los lmites para agua potable, y en la seccin Coranchay apenas
puede ser considerada como agua de clase 4, que segn la Ley de Aguas es
slo apta para cultivos de tallo largo.
Los lmites admisibles del boro dependen de la tolerancia del cultivo a este
elemento. Las concentraciones halladas en la seccin Coranchay se
encuentran en el borde de los lmites admisibles para cultivos tolerantes como
la alfalfa; pero excediendo los lmites para cultivos menos tolerantes como la
papa y el maz. Sin embargo, otras referencias tcnicas indican que existen
cultivos cuyos lmites de tolerancia estn por encima de las concentraciones
medidas, abrindose un campo donde la investigacin agronmica debe
intervenir para indicar el lmite apropiado de los cultivos en Candarave.
En la seccin Coranchay el agua tiene alto peligro de salinidad, de acuerdo al
parmetro de conductividad indicado en la clasificacin para agua de
irrigacin del US Department of Agricultura, esta situacin se observa
tambin en la seccin inmediata aguas arriba de las quebradas Azufre Chico
y Azufre Grande. En el Eje N 5 el peligro de salinidad es moderado, y aguas
arriba es bajo.
En resumen puede establecerse que el agua en el Eje N 5 y aguas arriba de
ella es de buena calidad; y en la seccin antes del ingreso de las quebradas
Azufre Chico y Azufre Grande los parmetros que exceden los lmites
permisibles son la concentracin de arsnico, boro y la conductividad,
inconvenientes para la actividad pecuaria y de irrigacin, 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
tambin a aportes intermedios en forma de manantiales aguas arriba del
Callazas entre las quebradas Azufre y el Eje N 5.
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Puesto que no se considera hacer una obra de desvo desde el Eje N 5
hasta Coranchay, la diferencia entre situar los ejes de los embalses en
Coranchay o en el Eje N 5, no es significativa en cuanto a la calidad de
agua, pues las aguas descargadas desde este eje, donde s se almacenan
con mayor calidad, pierden esta condicin al combinarse con los flujos
intermedios en su recorrido por el ro hacia la bocatoma en Coranchay.
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2.5. GEOLOGA
2.5.1 GEOLOGA REGIONAL
La caracterstica litolgica de la regin est constituida en mayor proporcin
por rocas clsticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la
formacin Capillune ubicadas en la zona inferior, media y superior del valle;
en una menor proporcin se identifican rocas andesticas, traquticas y prfido
traqutico del Volcnico Barroso las cules se ubican en la zona superior del
valle.
Estructuralmente las masas rocosas de ambas formaciones fueron afectadas
por estructuras geolgicas menores como planos de estratificacin
concordantes, discordancias angulares, fracturas y grietas en forma aislada,
las que se presentan mayormente en las rocas volcnicas de la Formacin
Barroso que aflora aguas abajo de los Ejes N 3 y 5.
En la Formacin 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 GEOLGICA 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 39W 51 SW N 17 W 70 NE
3 N 09 E 06 E .N 25 E 67 SE - -
La unidad fisiogrfica caracterstica del rea del proyecto, es la cadena
volcnica del sur de los andes con rumbo NO-SE; la sucesin de conos
volcnicos que la conforman se han formado durante el Terciario Superior y
Cuaternario dentro de los cuales destacan los volcanes Tutupaca, Yucamane.
Los conos volcnicos han sufrido un proceso de erosin por la glaciacin
pleistocnica, el mismo que ha originado un modelado del paisaje actual
donde se observan valles amplios y algo planos, observndose en algunos
sectores los valles tpicos en U, y los caractersticos depsitos morrnicos,
depsitos fluvioglaciares los mismos que dan una superficie casi plana y muy
extensa las llamadas altiplanicies andinas.
La estratigrafa de las formaciones y los afloramientos de los mantos de Sills
de andesitas se intercalan entre los seudo estratos volcnicos (Formacin
Capillune), que forman horizontes muy permeables y otros impermeables que
ser necesario identificar dentro del vaso en estudios de mayor investigacin.
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Aparte de las manifestaciones propias de una zona volcnica no existe
ninguna estructura geolgica de importancia que pueda afectar la estabilidad
de la presa.
Los Depsitos fluvioglaciares litolgicamente estn constituidas por guijarros
y gravas andesticas, porfido andesitico y traquitas, presentndose
intercaladas con arenas y arcillas en una estratificacin gruesa de espesores
variables.
Los Depsitos morrnicos en las laderas del valle, litolgicamente estn
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 Depsitos Coluviales ubicados en las laderas del valle, estn constituidos
por acumulaciones de fragmentos de roca andesitica y porfido andesitico en
mayor proporcin, de matriz areno limoso, de compacidad suelta.
Los procesos de erosin son activados por escorrentas 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 GEOLOGA LOCAL DE LOS EJES DE PRESA
Las unidades litoestratigrficas que afloran en las inmediaciones de las zonas
de posible ubicacin de los ejes de presa, estn constituidas
mayoritariamente por rocas sedimentarias clsticas de la formacin Capillune,
seguido por rocas volcnicas de la formacin Barroso y en menor proporcin
por depsitos de sedimentos fluviales; stos ltimos ubicados a lo largo y
fondo del valle del ro Callazas.
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Las edades de las formaciones geolgicas, van desde el Plioceno superior,
Plio-pleistoceno y Cuaternario Reciente. Los eventos tectnicos ocurridos en
diferentes pocas geolgicas han formado estructuras orientadas en
direccin Noroeste-Sureste, mapeadas en las fracturas principales de las
masas rocosas, ubicadas en el rea de estudio. La actividad magmtica tuvo
su manifestacin en la formacin y posterior intrusin de rocas volcnicas
principalmente.
En el emplazamiento de los Ejes N 1, 2, y 3, la masa rocosa mas antigua
que aflora en el rea del eje de la presa, corresponde a la formacin
Capillune. Estn constituidas por una serie de rocas sedimentarias clsticas,
estratificadas en forma sub horizontal, de diferente espesor, compuesta por
arenisca arcsica, arenisca tufcea, conglomerado fino, conglomerado
grueso y piroclsticos; 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 orientacin 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 volcnico Barroso,
descansa en discordancia angular sobre la formacin Capillune; el miembro
inferior est formado por lavas andesticas, emplazados como un Sills en las
rocas de la formacin Capillune y se encuentran intemperizadas, el miembro
Superior est formado por derrames de prfido traqutico
Se concluye que las rocas interestratificadas de la formacin Capillune y
Barroso, se encuentran aflorando superficialmente en moderada cantidad, y
de acuerdo a la evaluacin de sus caractersticas geolgicas se asume que
tiene gran profundidad.
En el Eje de presa N 3 A, la Formacin Capillune aflora en la margen
izquierda del ro, y presenta las mismas caractersticas estratigrficas y
litolgicas que los Ejes N 1, 2 y 3 as como los mismos depsitos del
Cuaternario reciente fluvioglaciar y aluvional.
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En las inmediaciones del Eje N 4 se observan las mismas caractersticas
estratigrficas y litolgicas de la Formacin Capillune anteriormente descritas
en los Ejes N 1, 2, 3 y 3A y la masa rocosa de la Formacin Baroso, se
encuentra ubicada en la zona superior del talud del cerro de la margen
izquierda del ro Callazas, Litolgicamente fue identificado como una roca
andesita, est 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 marrn rojizo. Las estructuras
geolgicas que afectan la masa rocosa de la formacin Capillune, est
constituido por fracturas, diaclasas e intrusin de flujos de andesita.
En las inmediaciones del Eje N 5, la masa rocosa que aflora en superficie,
est ubicada en ambas mrgenes del ro Callazas y corresponde a la
formacin Capillune, est constituida por una serie de rocas sedimentarias
clsticas, de origen lacstrico, estn estratificadas en forma sub-horizontal,
son de espesor variable, as los depsitos tienen un rumbo general de Sur a
Norte, con buzamiento suave, de 1-3, hacia el Oeste en el margen derecha
y al Este, en el margen izquierda con 2-3 de inclinacin.
En el rea de estudio del Eje N 5, el volcnico Barroso, descansa en
discordancia angular sobre las rocas clsticas de la formacin Capillune,
litolgicamente las rocas fueron identificadas como andesitas y escorias
andesticas.
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2.5.3 GEOLOGA 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 caractersticas propias que inciden en el comportamiento de la
estabilidad de sus taludes.
De acuerdo a la evaluacin geolgica efectuada en los diferentes vasos de
almacenamiento de las alternativas estudiadas, se encuentra que la
orientacin, rumbo y pendiente de los taludes en ambas mrgenes del ro as
como de los estratos de rocas de las formaciones Capillune y Volcnico
Barroso, en general son favorables para la estabilidad.
El anlisis efectuado en los vasos, presentan generalmente las siguientes
caractersticas:
La direccin de los taludes es predominantemente Norte Suroeste (caso
del vaso 3A); la inclinacin del talud por la margen izquierda del ro
Callazas es de 21 - 30 hacia el Oeste, y la inclinacin del talud en la
margen derecha del mismo ro es de 19 - 28 hacia el Este, las que
presentan una mayor estabilidad relativa al caso de la verticalidad de los
taludes donde la erosin y la socavacin seran mayores por tratarse de
tufos volcnicos.
El rumbo de los estratos es predominantemente Norte Sur y Noroeste
Sureste en correspondencia al desarrollo del cauce del ro.
En general la altura del nivel de embalse de agua podra reactivar antiguos
depsitos Coluviales ubicados en el vaso de la presa, especialmente en el Eje
N 4, ocasionando su desestabilizacin en direccin de la pendiente de talud
hacia la zona inferior del vaso de presa por tratarse de un talud
aproximadamente vertical.
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La dinmica del ro se caracteriza por el transporte y acumulacin de
sedimentos, cuya actividad en el pasado fue alta originando terrazas de
gravas, arenas y limos; en la actualidad es de baja intensidad producindose
muy poco transporte y acumulacin de sedimentos.
Las acumulaciones de sedimentos se encuentran ubicadas en ambas
mrgenes del ro, principalmente en el vaso del Eje de presa N 5, llegando
aproximadamente hasta 3 m de desnivel, respecto al nivel actual del ro, y en
menor magnitud en el Eje N 1.
Las unidades litoestratigrficas que afloran en las reas de los ejes de
presas, estn constituidas en mayor proporcin por rocas sedimentarias
clsticas de la formacin Capillune, se encuentra en menor proporcin rocas
volcnicas de la formacin Barroso, siguiendo los depsitos de sedimentos
del Q-re aluvional; estos ltimos ubicados a lo largo y fondo del valle del ro
Callazas; las edades de las formaciones geolgicas van desde el Plioceno
Superior al Cuaternario Reciente aluvional (Q-re).
La geologa de la zona de estudio, tanto el Eje N 1 y Eje N 5 con sus
respectivos vasos, presentan la misma litologa, habindose observado en el
rea del estudio a lo largo de las paredes verticales de las rocas la presencia
de crcavas y deslizamientos, as como intrusiones gneas a manera de Sills,
pertenecientes a la Formacin Barroso, que data de una edad desde el Plio
Pleistoceno hasta el Cuaternario reciente.
Es tambin observable el afloramiento de la Formacin Capillune como
depsitos de arenisca tufcea y conglomerados tufceos, las areniscas
tufceas estn presentes a manera de 5 fases los cuales se distinguen ya
sea por el tamao de su granulometra, composicin o por la coloracin.
En cuanto a la formacin Barroso est aflora a manera de Sills a una altura
de 10 m medidos en el talud del cerro, tenemos tres tipos de rocas
volcnicas: escoria andestica, roca andestica y brecha andestica.
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Debido a la naturaleza de las rocas se supone que esta zona estuvo afectada
por dos tipos de fases de diferentes emisiones magmticas una de roca
andestica a escoria volcnica andesitica y otra fase de brecha volcnica.
El tercer tipo de roca, la brecha andestica, aflora en ciertos sectores del ro
Callazas, mostrndose poco alterada y cubiertas por depsitos del
cuaternario reciente, con presencia de xenolitos de rocas de composicin
andestica y traquiandesitica que estn englobados en su matriz; esta brecha
volcnica no presenta fracturas y se estima que tiene un espesor de 5 a 8 m
en el vaso N5; en algunos sectores esta brecha aflora tanto en el eje como
en el vaso de la presa infrayaciendo a los depsitos de roca andestica de
estructura masiva.
Los depsitos volcnicos estn cubiertos por una cobertura fluvioglaciar que
se encuentran afectados por crcavas que alcanzan profundidades de 5 m.
En el rea de estudio, el volcnico Barroso, descansa en discordancia
angular sobre los clstos Capillune aprecindose mejor en el vaso del Eje N
1.
En la formacin volcnico 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, cuestin que
no se pudo determinar en las investigaciones de campo.
El sector inferior del volcnico Barroso est formado por lavas andesticas,
que se encuentran interestratificadas con las rocas de la formacin Capillune
y tiene un espesor variable, presentando color gris oscuro a marrn rojizo, en
el lecho del ro el afloramiento es a manera de Sills.
En el lecho de la Quebrada Azufre Chico se mape el afloramiento de roca
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andesita con fracturas muy aisladas y de superficie rugosa, aparentemente
impermeable, de rumbo Sur Norte y buzamiento de 2 a 3 hacia el Este.
El sector superior del volcnico Barroso, est formado por derrames de
prfido andestico, ubicado en la zona superior del talud de los cerros, en
ambas mrgenes del ro Callazas; la roca de textura porfiritica con coloracin
gris oscuro a marrn rojizo, est moderadamente intemperizada, fracturada, y
permeable, con superficie rugosa, notndose que las discontinuidades estn
rellenadas de material limo arenoso que es el mismo depsito superficial que
lo cubre; asimismo, la roca tiene una estructura masiva a compacta,
ligeramente oxidada, ubicndose en forma de bancos, estos depsitos se
encuentran a manera de derrames volcnicos y Sills.
El rea del estudio est conformado por dos tipos de geoformas, las
altiplanicies y los valles, notndose la predominancia de las primeras.
Las altiplanicies estn compuesto por material limo arenoso de naturaleza
fluvioglaciar, y presentan una superficie suavemente ondulada de inclinacin
general hacia el sur y pendientes que varan de 3 a 4; en esta zona se
originan los diferentes cursos de agua que conforman la cuenca hidrogrfica
del Ro Callazas.
En la zona de los valles se observan pequeos cursos de agua que no estn
completamente definidos, por tratarse de valles relativamente jvenes; se
aprecia una mayoritaria existencia de los valles tipo V.
Es tambin notable la existencia de reas pantanosas, llamadas bofedales,
las que son importantes en el sector del vaso de almacenamiento del Eje N
5.
Los rasgos mas importantes de la regin se deben a la influencia de las
estructuras geolgicas 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
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caractersticas climticas dan el esculpido final, la evolucin debido a los
contrastes de temperatura (calentamiento, enfriamiento, heladas) completan
el paisaje actual de la zona.
El patrn de drenaje es el reflejo de los rasgos estructurales regionales y
locales de la zona y de la caracterizacin de su litologa.
La erosin predominante es de tipo laminar, donde el escurrimiento de las
aguas pluviales al adquirir mayor velocidad en las pendientes fuertes
propician la formacin de crcavas que afectan en gran parte a la zona del
estudio.
En la zona de crcavas, el permanente lavado de los sedimentos aunados a
la condicin de fracturacin de las rocas, facilitan los procesos de erosin e
infiltracin, trayendo como consecuencia la dificultad en la formacin de
suelos residuales considerables.
La fuerte variacin de temperatura entre el da y la noche produce un
alternante ciclo de dilatacin y contraccin de la roca, la que a su vez produce
el fracturamiento y desprendimiento de stas, las que al disgregarse van
depositndose en taludes, efecto fsico que gradualmente va debilitando la
resistencia mecnica 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 depsitos fluvioglaciares.
En cuanto a los depsitos sedimentarios de la formacin Capillune por ofrecer
menor resistencia a los agentes erosivos, el agua de lluvia al caer forma
canales que se convierten en crcavas y originan la disgregacin de los
guijarros que se encuentran formando parte de su matriz, depositndose
stos como pequeos conos u abanicos que se encuentran en la base de los
taludes.
El manto fluvioglaciar se extiende desde Candarave hasta la Laguna de
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Suches, a lo largo de todo el recorrido del ro Callazas los depsitos del
Cuaternario Reciente aluvional (Qr.-al) estn integrado en su mayora por
fragmentos de rocas de origen glaciar y fluvial que son rocas intrusivas en
gran escala, y sedimentaria en menor proporcin; estos depsitos son
producto de los derrumbes por gravedad y por el arrastre del ro y sus
tributarios.
Las reas bajas en su proximidad al ro presentan la existencia de bofedales,
notndose a las orillas del ro la formacin de pequeos conos o abanicos de
deposicin producto del proceso de erosin y sedimentacin; tambin se
observa el abarrancamiento digitiforme como fase intermedia entre la erosin
y la formacin de barranco, este fenmeno es aleccionado por la naturaleza
arenosa tufcea e inconsolidada de los depsitos del cerro.
El ro Callazas en el estado juvenil en que se encuentra, se caracteriza por
presentar laderas fluviales donde las divisorias son poco notables, la red
hidrogrfica 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 ro se desarrolla
por la margen izquierda del valle; casi toda la superficie est sometida a
procesos erosivos, originando crcavas en los tufos y areniscas tufceas
como se observa en el vaso de almacenamiento del Eje N 5, el curso
ligeramente sinuoso del ro origina la profundizacin del valle y la erosin
lateral significativamente como en el caso del vaso de almacenamiento del
Eje N 4 formando depsitos con delgadas zonas con gravas y pocas barras
arenosas en el cauce.
Los rasgos estructurales mas saltantes estn constituidos por discordancias
angulares, plano de estratificacin, fracturas, diaclasas y por intrusin de
flujos de andesita y prfido traqutico de la Formacin Barroso a manera de
Sills; en los cuadros siguientes se muestran las fracturas principales en los
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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 Ubicacin
8 verticales N 270 81 NW 0.5 1cm Limo
arenoso
10 M
verticalmente Rugosa
Frente Qda.
Huaral Huarane
5 Horizontales N 153 64 NE 0.5 1 cm Limo
arenoso
11 m
Horizontales
Rugosa
algo
alterada
Frente Qda.
Huaral Huarane
CUADRO N 2.12
CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D.
VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N 3
Fracturas
Principales Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicacin
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 N 2.13
CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D.
VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N 5
Fracturas
Principales Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicacin
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 erosin por efecto de las aguas pluviales y escorrenta en el valle es
bastante acentuada en el Eje N 5 y su vaso, como se puede observar en las
crcavas y quebradas que existen en la zona, este efecto se debe al
predominio de la Formacin Capillune, que est compuesta de arenisca
tufceas y tufos de ms de 12 m, cubiertas por los depsitos fluvioglaciares,
este tipo de material da lugar a abarrancamientos y a la formacin de
crcavas 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 geodinmicos estn condicionados por factores naturales como
la pendiente moderada a fuerte de las laderas y las precipitaciones propias de
la regin, las que contribuyen a reblandecer y saturar el suelo y subsuelo, con
el consiguiente aumento de la fuerza hidrosttica que al complementar la
accin de la gravedad ocasionan la consecuente remocin de masas de los
suelos a manera de deslizamientos y crcavas.
El suelo del valle por su naturaleza areno tufcea es bastante permeable y
permite la infiltracin de las aguas de lluvias; entre los factores artificiales o
antrpicos que ayudan a la erosin se puede considerar la quema de pastos
por parte de los pobladores, as como el excesivo pastoreo de ganando que
se observan en esta zona, propiciando una mayor erosin por la inexistencia
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de cobertura vegetal.
En el caso especfico del vaso de almacenamiento del Eje N 5 existen
fenmenos de deslizamiento, crcavas y remocin de masas importantes; y
en el caso del vaso de almacenamiento del Eje N 1 no se ha determinado
deslizamientos importantes pero s pequeas crcavas.
2.6. GEOTECNIA
2.6.1 ESTUDIOS GEOTCNICOS
El estudio geotcnico y las investigaciones de campo estuvieron orientado a
determinar las caractersticas de la cimentacin y de los materiales de
canteras a ser utilizados en el proyecto.
Los trabajos de campo se efectuaron por medio de trincheras y la excavacin
de pozos de exploracin o calicatas para la extraccin de muestras, y luego
realizar los ensayos de laboratorio, a fin de obtener las principales
caractersticas fsicas y mecnicas del suelo, as como el rendimiento de
canteras, que nos permitan seleccionar las mejores alternativas de ubicacin
y aseguren el diseo de toda la presa o presas; adicionalmente estos trabajos
se complementaron con ensayos de prospeccin geofsica.
Se realiz la investigacin de las 6 alternativas de ejes de presa y sus
correspondientes variantes, totalizando 11 ejes de exploracin geotcnica
que suman 22 trincheras y 55 calicatas efectuadas hasta una profundidad de
2.00 m.
Como parte de la investigacin de campo se efectuaron pruebas in situ,
habindose determinado las densidades de campo y permeabilidad,
asimismo se realizaron prospecciones geofsicas con sondajes elctricos
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 mayora 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 caracterstica de los
materiales es una condicin desfavorable para el represamiento, debiendo
ser eliminados de la base de impermeabilizacin en el eje de la presa.
Las caractersticas de permeabilidad de estos materiales, por su composicin
predominantemente arenosa, pueden originar problemas de estabilidad en el
caso de encontrarse en la condicin de saturacin como se produce al llenar
el vaso de una presa; esta circunstancia induce a la posibilidad de
movilizacin, falla y arrastre del material con la consecuente deposicin en el
fondo del vaso de la presa.
2.6.2 ESTUDIOS GEOFSICOS
Con el propsito de complementar la informacin de las excavaciones y las
pruebas in situ, se efectuaron prospecciones geofsicas por medio de
sondajes elctricos verticales.
La interpretacin de los sondajes nos permiten proyectar los estratos
superficiales identificados e inferir la profundidad de ubicacin del macizo
rocoso, el mismo que se observa en la mayora de las secciones aflorando en
las partes altas con una cobertura mnima en buena parte de cada eje
investigado.
Las caractersticas de los horizontes elctricos 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 stos
los siguientes:
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El grupo N 1 es correlacionable a suelos superficiales de origen aluvional,
glacial elico.
El grupo N 2 es correlacionable con formaciones de roca volcnica.
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 consideracin los horizontes elctricos 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
situacin singular exige un mayor nivel de investigaciones (sondajes o
perforaciones) en los estudios de factibilidad y definitivo con el propsito de
confirmar o descartar esta presuncin, 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 relacin de ellas.
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CUADRO N 2.14
CANTERAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIN
Canteras Material Volumen (MMC)
C-1 Agregados para Filtro y
Concreto
2.40
C-1 A 1.74
C-2
Afirmado
3.84
C-2 A 2.70
C-3
Roca
4.55
C-4 2.50
C-4 A 2.10
C-5 Arcilla 0.30
C-6 Hormign 0.03
C-7 Grava 2.70
C-8 Roca 5.40
Los materiales de impermeabilizacin del ncleo estn definidos por suelos
arcillosos, o limo arcillosos en los casos mas crticos, la cantera identificada
para este propsito es la C-5 que dista aproximadamente 25.5 Km del rea
del proyecto, ubicada en el Alto Cairani; este material necesita ser mejorado
con un material granular en 40 a 60 % que le d 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
granulometra del filtro y se tiene el siguiente huso granulomtrico para su
especificacin:
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CUADRO N 2.15
MATERIAL DEL CUERPO DE LA PRESA
HUSO GRANULOMETRICO
Tamiz Mnimo (%) Mximo (%)
4
3 100 100
2 96 100
2 90 100
1 60 100
1 14 100
13 95
12 92
3/8 11 90
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 proteccin del talud de aguas arriba de la presa se efecta con
una capa de enrocamiento colocada a mano o volteo.
El cuadro siguiente resume los criterios recomendados para el diseo de la
proteccin de enrocamiento de presas de tierra y enrocamiento.
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CUADRO N 2.16
PROTECCIN DE ENROCAMIENTO
CRITERIOS DE DISEO
Altura mxima
de olas
(pies)
Mnimo tamao 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
proteccin eficiente, sta debe ser tal que permita alojar el tamao mximo
de roca incluido, as como una transicin gradual hasta la capa de filtro, un
espesor de capa entre 1.5 y 2 veces el dimetro de las rocas mayores en
general es suficiente para llenar ambos requisitos
El material de proteccin de los taludes de la futura presa podrn 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 hormign 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 estndar para la clasificacin 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 anlisis 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 caractersticas
principales, las mismas que se detallan a continuacin.
CUADRO N 2.17
CLASIFICACIN DE SUELOS
Tipo Clasificacin Denominacin
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 geologa y geotecnia efectuados, en
complementacin con los ensayos de laboratorio, se procedi a la evaluacin
del macizo rocoso y la clasificacin de las rocas identificadas en el entorno
del rea del estudio, los registros de exploracin se pueden apreciar en el
Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV.
Se identificaron 6 tipos de rocas siendo estas tufos de matriz arenosa, brecha
tufcea, arenisca tufcea, escoria volcnica andestica, roca andestica, y
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conglomerado volcnico andestico
2.6.5 SISMICIDAD
Segn el mapa de zonificacin ssmica, 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 Mercall modificado.
Para el estudio de la zona se tienen los siguientes factores ssmicos.
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
Ssmico C 2.50
Periodo Predominante TP 0.40 seg. 0.40 seg. 0.60 seg.
La distribucin en la vertical de los epicentros de los eventos ssmicos
registrados presentan una gran concentracin de la ocurrencia de eventos
con epicentros hasta 250 Km de profundidad, disminuyendo con mayores
profundidades.
La distribucin en planta de los epicentros ssmicos ocurridos hasta el ao
2001, presentan la zona de mayor actividad ssmica 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 volcnica por emisiones de lava, su actividad ssmica es
continua.
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Al analizar la distribucin de los sismos de magnitudes mayores de 4 y
menores a 5, se observa la importante actividad ssmica en el rea
circundante al proyecto, aspecto que indica la posibilidad de ocurrencia de un
evento ssmico de tales magnitudes en el entorno del rea del estudio.
Parece ser que el principal factor de origen de los sismos mayores en la zona
del estudio es la actividad volcnica.
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3. DESCRIPCIN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS
De las seis posibles ubicaciones para la construccin de presas de almacenamiento en
el ro Callazas, en base a las investigaciones de los estudios de geologa, geotcnia, de
capacidades de almacenamiento de los vasos, y de los efectos negativos que tendran
los niveles de agua almacenada en la estabilidad de los taludes de los reservorios, se
ha seleccionado dos ejes de presa que renen las mejores condiciones, y son los Ejes
N 1 y 5.
De acuerdo a lo anterior mencionado, se han formulado dos alternativas del sistema
hidrulico de la regulacin, las cuales servirn como base de la siguiente fase de los
estudios a nivel de factibilidad. Estas alternativas propuestas son:
ALTERNATIVA 1: PRESA NICA
Consiste en la construccin de una sola presa de regulacin en el ro Callazas en el
emplazamiento del Eje N 5, con capacidad de almacenamiento total de 11.0 MMC,
volumen muerto 1.0 MMC, y volumen til de 10 MMC.
ALTERNATIVA 2: PRESAS EN SERIE
Consiste en la construccin de dos presas en serie a lo largo del eje del ro Callazas,
teniendo una capacidad de almacenamiento conjunto equivalente al de la alternativa 1,
de acuerdo a la siguiente distribucin:
Una presa en el Eje N 1 para el almacenamiento de un volumen til 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 til 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 volmenes de
almacenamiento del reservorio y volmenes del cuerpo de presa de tierra o enrocado,
asumiendo una altura comn de presa de 40 m en cada uno de los ejes de mejores
caractersticas.
CUADRO N 3.1
CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO Y VOLUMEN DE PRESA
(ALTURA DE PRESA : 40 m)
Eje
Volumen total del
reservorio
(MMC)
Volumen Total de Cuerpo de Presa Volumen Muerto
(MMC) Presa de Tierra
(m3)
Presa de Enrocado
(m3)
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 NICA
En el dimensionamiento de la estructura se considera la avenida de diseo para un
perodo de retorno de 500 aos, equivalente a 42.5 m3/s.
Teniendo en consideracin los datos bsicos de diseo, y en base a la curva
altura volumen del vaso analizado, se encuentra que la cota de inicio de la rpida
del vertedero de demasas 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 ro en el eje de la presa de 4248.5
msnm.
El vertedero de demasas se ubica en la margen derecha, y est diseado para un
caudal de 16.9 m3 / s, obtenida en base a un estudio de trnsito de la avenida de
diseo a travs del embalse.
Para desviar las aguas del ro Callazas, durante el proceso constructivo de la
presa, se propone construir un tnel de desvo de seccin en herradura, en la
margen derecha, de longitud de 274.42 m y para un caudal de 18 m3/s (Tr = 10
aos), cuyas cotas de entrada y salida son respectivamente 4251.0 y 4248.5
msnm. Este tnel posteriormente ser usado para conducir las aguas de captacin
durante la operacin del reservorio.
La captacin de las aguas almacenadas en el reservorio se propone se efecte
mediante un tnel de seccin circular de 1.8 m de dimetro, que posteriormente se
conecta con el tnel de desvo ya construido. La cota de entrada del tnel de
captacin 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 diseo de 42.5 m3/s, que corresponde a un periodo de retorno de 500 aos, y en
el Eje N 1 una avenida de diseo de 20.3 m3/s, la cul es definida tomando en