DISEÑO DE PRESAS.docx

DISEÑO DE PRESAS CALCULO DE LA CUENCA Determinado el sitio de presa se procede a delimitar la cuenca colectora a partir de la boquilla, en caso de no poder hacerse en la carta geográfica, será necesario hacer el levantamiento topográfico respectivo. A partir de esto se determinará el área de la cuenca forma coeficiente de escurrimiento aproximado de acuerdo a las características geomorfológico y de cobertura vegetal. La delimitación de una cuenca consiste en determinar la divisora de aguas marcándolo con una línea punteada la divisoria de aguas es una línea imaginaria a partir de la cual el agua vierte hacia un dren natural que en éste caso es el río.

AMPLIACION DEL TEMA: DEFINICION Cuenca hidrográfica. Una cuenca hidrográfica es la superficie de drenaje natural, donde Convergen las aguas que fluyen a través de valles y quebradas, formando de de esta manera una red de drenajes o afluentes que alimentan a un río. Las cuencas son áreas naturales que recolectan y almacenan el agua que utilizamos para el consumo humano y animal, para los sistemas de riego agrícola, para dotar de agua a las ciudades y hasta para producir la energía eléctrica que alumbra nuestros hogares. Por eso, la preservación de las cuencas hidrográficas es un factor importantísimo para el desarrollo integral de nuestra vida.

PARTES DE UNA CUENCA

Cuenca Alta Corresponde a la zona donde donde nace el rio, el cual se desplaza por una pendiente. pendiente.

Cuenca Media Es la parte de la cuenca en la cual medidamente hay un equilibrio equilib rio entre el material que la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.

Cuenca Baja Es la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.

TIPOS DE CUENCAS Existen tres tipos de cuencas: 

Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del AMAZONAS, en Sudamérica.



Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación comunicación fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del río Ramis en Perú.



Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los drenaje. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta patagónica central pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia. También son frecuentes en áreas del desierto del Sáhara y en muchas otras partes.

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS GEOMORFOLÓGICAS Las características geomorfológicas de una cuenca hidrográfica dan una idea de las propiedades particulares de cada cuenca, estas propiedades o parámetros facilitan el empleo de fórmulas hidrológicas, generalmente empíricas, que sirven para relacionarla y relacionar sus respuestas, por ejemplo las curvas de avenidas, a otras cuencas con características geomorfológicas análogas.

Área de la cuenca (km2): Una cuenca tiene su superficie perfectamente definida por su contorno y viene a ser el área drenada comprendida desde la línea de división de las aguas (divisorium acuarium), hasta el punto convenido (estación de aforos, desembocadura etc.). Para la determinación del área de la cuenca es necesario

previamente delimitar la cuenca, trazando la línea divisoria, esta línea tiene las siguientes particularidades: o

debe seguir las altas cumbres;

o

debe cortar ortogonalmente a las curvas de nivel;

o

no debe cortar ninguno de los causes de la red de drenaje.

Índice de compacidad : También denominado coeficiente de compacidad o de Graveliús, definida como la relación entre entre el perímetro de la cuenca y el el perímetro de un círculo de área equivalente

FUNCIÓN HIDROLÓGICA Captación de agua de las diferentes fuentes de precipitación para formar el escurrimiento de manantiales, ríos y arroyos; Almacenamiento del agua en sus diferentes formas formas y tiempos de duración; Descarga del agua como escurrimiento. escurrimiento.

FUNCIÓN AMBIENTAL 1. Constituyen sumideros de CO 2. 2. Alberga bancos de germoplasma. 3. Regula la recarga hídrica y los ciclos biogeoquímicos. 4. Conserva la biodiversidad. 5. Mantiene la integridad y la diversidad diversidad de los suelos

FUNCIÓN SOCIOECONÓMICA 1. Suministra recursos naturales para el desarrollo de de actividades actividades productivas que dan sustento a la población. 2. Provee de un espacio espacio para el desarrollo social y cultural cultural de la sociedad. Servicios Ambientales; Del flujo hidrológico: usos directos (agricultura, industria, agua potable, etc), dilución de contaminantes, generación de electricidad, electricidad, regulación de flujos y control de inundaciones, transporte de sedimentos, recarga de acuíferos, dispersión de

semillas y larvas; De los ciclos bioquímicos: almacenamiento y liberación de sedimentos, almacenaje almacenaje y reciclaje de nutrientes, almacenamiento y reciclaje de materia orgánica, detoxificación y absorción de contaminantes; De la Producción biológica: creación y mantenimiento de hábitat, mantenimiento de la vida silvestre, fertilización y formación de suelos; De la descomposición: descomposición: procesamiento procesamiento de la materia orgánica, procesamiento procesamiento de desechos humanos. humanos.

IMPLICACIONES ECOLÓGICAS DE LA CUENCA Al interior de la cuenca, el agua funciona como distribuidor de insumos primarios (nutrientes, materia orgánica, sedimentos) producidos por la actividad sistémica de los recursos. Este proceso modela el relieve e influye en la formación y distribución de los suelos en las laderas, y por ende en la distribución de la vegetación y del uso de la tierra. La cuenca integra procesos y patrones de los ecosistemas, en donde las plantas y los animales ocupan una diversidad de hábitat generado por variaciones de tipos de suelo, geomorfología y clima en un gradiente altitudinal. La cuenca constituye una unidad espacial ecogeográfica relevante para analizar los procesos ambientales ambientales generados como consecuencia consecuencia de las decisiones en materia de uso y manejo de los recursos agua, suelos y vegetación. Por lo tanto, constituye un marco apropiado para la planificación de medidas destinadas a corregir impactos ambientales producto del uso uso y manejo de los los recursos naturales. naturales.

MANEJO INTEGRADO DE CUENCAS Es un proceso iterativo de decisiones sobre los usos y las modificaciones a los recursos naturales dentro de una cuenca. Este proceso provee la oportunidad de hacer un balance entre los diferentes usos que se le pueden dar a los recursos naturales y los impactos que éstos tienen en el largo plazo para la sustentabilidad de los recursos. Implica la formulación y desarrollo de actividades que involucran a los recursos naturales y humanos de la cuenca. De ahí que en este proceso se requiera la aplicación de las ciencias sociales y naturales. Asimismo, conlleva la participación de la población en los procesos de planificación, concertación y toma de decisiones. Por lo tanto el concepto integral implica el

desarrollo de capacidades locales que faciliten la participación. El fin de los planes de manejo integral es el conducir al desarrollo de la cuenca a partir de un uso sustentable de los recursos naturales.

LA CUENCA COMO UNIDAD DE GESTIÓN AMBIENTAL. cuenca constituye la principal unidad territorial donde el agua, proveniente del ciclo hidrológico, es captada, almacenada, almacenada, y disponible como oferta de agua. Con frecuencia las cuencas hidrográficas poseen no solo integridad edafo-biógena e hidro-climática sino que, además, ostentan identidad cultural y socioeconómica, dada por la misma historia del uso de los recursos naturales. En el ámbito de una cuenca se produce una estrecha interdependencia entre los sistemas bio-físicos y el sistema socio-económico, formado por los habitantes de las cuencas, lo cual genera la necesidad de establecer mecanismos de gobernabilidad. Por esta razón, la cuenca hidrográfica puede ser una adecuada unidad para la gestión ambiental, a condición de que se logren compatibilizar los intereses de los habitantes de sus diferentes zonas funcionales y las actividades productivas de las mismas. El proceso de implementación de las políticas públicas que garanticen la conservación de los recursos y el mejoramiento de las condiciones de vida de la población en las cuencas hídricas, es la gestión ambiental.

INDICE DE COMPACIDAD (INDICE DE GRAVELIUS) El índice de compacidad de una cuenca, definida por gravelius expresa la relación entre el perímetro de la cuenca, y el perímetro equivalente de una circunferencia, que tiene la misma área de la cuenca: Cc 

P Pc

 0.282 *

P A

.............

P

=

Perímetro de la cuenca (Km.)

A

=

Área de la cuenca (Km 2)

Este índice trata de expresar la influencia del perímetro y el área de una cuenca en la escorrentía particularmente en las características del hidrograma. Si K=1, la cuenca será de forma circular; por lo general, para la cuenca alargada, se espera que K > 1.

La cuenca de forma alargada, reduce la probabilidad de que sean cubiertas en su totalidad por una tormenta, lo que afectas el tipo de respuestas que se presentan en un rio.

INDICE O FACTOR DE FORMA DE UNA CUENCA (F) Es la relación entre el ancho medio y la longitud del curso de agua mas larga de la cuenca. El ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la longitud del curso de agua principal, este último se mide desde la desembocadura hasta la cabecera más distante de la cuenca, para este caso la longitud del río principal. A

F f



2

l

Donde: A

=

Área de la cuenca (Km 2)

l

=

Longitud del curso principal (Km)

INDICE DE PENDIENTE DE LA CUENCA (IP) Para él cálculo del índice de pendiente, previamente se requiere definir él término de:

Altitud media de la cuenca (hm) Es la semisuma de las alturas de los extremos del rió principal, y tenemos: Hm 

H max H min min 2

PENDIENTE MEDIA DEL CURSO PRINCIPAL Se obtiene dividiendo la diferencia total de la altitud mayor del cauce y la altitud menor del cauce entre la longitud horizontal del curso del agua entre esos dos puntos: Sm

H max H min 



Lrp

Donde: Hmax =

Altura máxima de la cuenca (m.s.n.m.)

Hmin =

Altura mínima de la cuenca (m.s.n.m.)

Lrp

Longitud del río principal (Km.).

=

TOPOGRAFIA DE UNA PRESA EXPOSICION DEL DOCENTE TOPOGRAFIA 

Estudio Geológico



Estudio Topográfico

IDENTIFICACION IDENTIFICACION DEL SITIO DE PRESA

Sitio de presa .- estabilidad (levantamiento topográfico, va permitir presupuestar, levantar puntos de muestreo). Asumiendo que se conoce el tipo de aprovechamiento se requiere determinar el sitio más adecuado para la ubicación de la presa, esta debe de estar localizada en un lugar que presente una garganta o estrechez en el cauce del río y que además tenga el vaso adecuado como para almacenar la cantidad de agua deseada se debe considerar el área que será inundada en caso de que afecte a terceros ter ceros vías de comunicación (accesibilidad), distancia al sitio de aprovechamiento. aprovechamiento. La ubicación preliminar se puede hacer en una Carta geográfica teniendo necesariamente que hacerse un reconocimiento en el campo de la garganta y del vaso seleccionado.

LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO TOPOGRAFICO DEL VASO Y SITIO DE PRESA LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO TOPOGRAFICO DEL VASO El levantamiento topográfico del vaso es un aspecto muy importante en el diseño de una presa, a partir de éste plano se podrá determinar la capacidad y las áreas de embalse a diferentes elevaciones, para estimar las pérdidas por evaporación y áreas inundables.

También el plano topográfico servirá de apoyo a los estudios geológicos y de permeabilidad para para conocer las propiedades de la superficie a inundarse. inundarse. Si el vaso es pequeño el levantamiento puede efectuarse por medio de una poligonal abierta, a lo largo del cauce, efectuándose secciones transversales de acuerdo con la topografía del terreno. Si el vaso es mediano o grande el levantamiento se efectúa por medio de una poligonal cerrada siguiendo aproximadamente la curva del posible embalse y otra poligonal abierta a lo largo del cauce, el orígen del levantamiento es recomendable situarlo en ladera y sobre el eje probable de la presa, además es prinordial elegir un BM de buena ubicación. Se deben tomar secciones transversales a partir de la poligonal abierta a lo largo del cauce, su número dependerá de las características topográficas del terreno, los datos deben de ser tomados para equidistancias de 1m.; además se debn de tomar datos específicos en caso de haber construcciones. construcciones. La presentación de los planos debe de ser a coordenadas topográficas, contando con un plano general de ubicación cuya escala puede variar de 1/100,000 a 1/20,000 además del plano de detalles a escala 1/500 a 1/1000.

LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO TOPOGRAFICO DEL SITIO DE PRESA Es necesario tener un plano suficientemente detallado para que en él se pueda proyectar las estructuras hidráulicas más convenientes, además servirá como apoyo a los estudios geológicos e hidrológicos y para el control de la línea de niveles durante la construcción. El levantamiento se llevará acabo mediante una poligonal abierta y secciones transversales cuyo número variará de acuerdo a la topografía del terreno. Se deberá detallar cauces naturales acantilados y sitios probables donde situar el vertdero de demasías y su canal de descarga. La poligonal abierta debe efectuarse a lo largo de 500 a 1000 mts. Los planos pueden presentarse a una escala 1/500 (dependiendo de la extensión) y las curvas de nivel a 1mt de equidistancia. equidistancia.

Embalse.- Estanqueidad (m3) 1er momento

2do momento

3er momento

Proyectos

Ejecutores

Operadores

(topógrafo, geólogos,

(maestro de obra,

laboratoritos)

operarios. peones)

AMPLIACION DEL TEMA: TOPOGRAFIA importancia de la topografía la topografía es de suma importancia para todos aquellos que desean realizar estudios de ingeniería en cualesquiera de sus ramas, así como para los estudiantes de arquitectura, arquitectura, no solo por los conocimientos y habilidades que puedan puedan adquirir, si no por la influencia didáctica de su su estudio. La topografía tiene aplicaciones aplicaciones dentro de ingeniería agrícola, tanto en levantamientos como trazos, deslindes, divisiones de tierra (agrodesia) determinación de área, etc. Por lo tanto es necesario realizar trabajos topográficos antes, durante y después de la construcción de obras tales como carreteras, ferrocarriles ferrocarriles edificios, puentes, puentes, canales, canales, presas, etc. La topografía es una de las artes más antiguas e importante que practica el hombre, porque desde los tiempos más antiguos ha sido necesario marcar límites y terrenos. t errenos. En la era moderna la topografía se utiliza extensamente, los resultados de los levantamientos topográficos de nuestros días se emplean por ejemplo, para:



Elaborar planos de superficies terrestres

Se puede definir como el arte y ciencia ciencia de determinar la posición relativa de puntos sobre a cerca de la superficie de la tierra, estos puntos sirven para determinar distancias aéreas y volúmenes y para esto se mide las distancias horizontales y verticales entre los

puntos se determinan direcciones de alineaciones se ubican en el terreno, y se dividen en tres partes. 

Trabajo de campo.- clásica libreta de campo con apuntes y croquis.



Trabajo de gabinete.- elaboración de cálculos en el microprocesador.



Trabajo de replanteo.- Es la colocación de señales.

OBJETIVOS

Los estudios topográficos realizados tienen como objetivo lo siguiente: 

Realizar los trabajos de campo que permitan elaborar los planos topográficos, para que en base a ellos, se realice el diseño del Dique, Vertedero, Canal de Demasías, Siste7ma de Ingreso y Salida. Asi como, la determinación del volumen de embalse según la altura del dique.



Proporcionar información para que en base a ello se desarrolle los Estudios de Hidrología, Hidráulica, Geotecnia Geotecnia y Medio Ambiente



Posibilitar la definición precisa de la ubicación y las dimensiones de los elementos estructurales hidráulicos mencionados



Establecer puntos de referencia para el replanteo durante la construcción, como son los BM’s.

ALCANCES

Los estudios topográficos presenta los siguientes si guientes Alcances: 

Levantamiento topográfico general de la zona del proyecto, documentado en planos



Levantamiento catastral de la zona del proyecto y la micro cuenca de aporte



Definición de la topografía de la zona de ubicación de la Caja de Ingreso, Caja de Salida, Dique, Vertedero y Canal de Demasías,



Ubicación e indicación de cotas de puntos referenciales, puntos de inicio y término de tramos del línea de Ingreso y Salida, dique, canal y vertedero y colocación d e BM’s.

Reconocim Re conocimii ento del del Te T er r eno Antes de ejecutar los trabajos de reconocimiento se procedió a estudiar la documentación e información disponible como: 

Carta Nacional 19 – i, i, a escala 1/100,000 del IGN



Fotos Aéreas del Servicio Aerofotográfico Nacional SAN



Carta Nacional de la zona 19-i IV a escala 1/25,000.

El trabajo de reconocimiento consistió en el recorrido perimétrico de la Laguna Yanacocha y la zona de garganta, boquilla, con el propósito de planificar el trabajo del levantamiento altimétrico y de planimetría del vaso de la Laguna de Yanacocha.

Plano topográfico de la presa ururillo M etodologí todol ogía U ti l i zada

Para la ubicación de las coordenadas absolutas, UTM, se ha utilizado el Sistema de Posicionamiento Global de precisión, con dos puntos referenciales: BM1 y BM2, en base a los cuales se ha realizado el levantamiento topográfico. Es necesario mencionar que estos puntos están ubicados a ambos costados de la zona del Dique proyectado.

Las Operaciones de medición se han iniciado en el vértice Estación Loma, teniendo acceso visual al origen, punto de desfogue. El Área inundable de la Laguna Yanacocha, se ha establecido mediante una Poligonal y en lo que respecta al borde del espejo de agua y la batimetría, se realizó mediante un recorrido en un bote con recorrido por todo el espejo de agua, en cuyos puntos se tomaron posiciones planimétricas mediante prismas y una estación total, luego se procedió a la medición de las profundidades con una wincha de acero y una plomada de contrapeso. El BM considerado para el levantamiento es el punto H, cuya cota es de 4,252.33 msnm.

Instrumentación La instrumentación y el grado de precisión empleados para los trabajos de campo y el procesamiento de los datos han sido consistentes con la dimensión del proyecto y con la magnitud del área estudiada. Siendo estas: -

de precisión , alcance 3,500 m Estación Total DTM –420 Nikon de 1” de

-

Nivel de Ingeniero Ingeniero

-

Miras y Jalones

Curva AREA – VOLUMEN VOLUMEN La elaboración de la Curva Área- Volumen fue realizada a partir del Plano del Vaso de la Laguna, a continuación se muestra el cálculo en el cuadro

Resultados de levantamiento topográfico: Se han elaborado los Planos a curvas de nivel a cada 1.00 m y el dibujo en coordenadas UTM, los mismos que se pueden apreciar en la Lamina N° 01 el mismo que es utilizado en le Estudio Geológico y Topográfico para la determinación de los volúmenes de embalse, cálculos hidrológicos y en el diseño del dique en la zona de la Boquilla, cuyos resultados son: 

Plano de vaso de la cuenca



Plano de la zona de boquilla



Área y volumen



La superficie del espejo de agua (Has)



La cota de la caja de ingreso.



Los planos están presentados en láminas de formato A1, A2 y A3 según las normas técnicas peruanas.



La zona donde se ha ubicado la boquilla tiene un estrechamiento apropiado para las condiciones de construcción de las obras ensalzamiento y descarga, vale decir dique y vertedero.



El diseño de embalse debe contemplar una altura en función a la disponibilidad de los recursos hídricos de la cuenca de la Laguna, mas los canales colectores para la “cosecha” de agua de lluvia de la

cuencas vecinas.

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE UNAS PRESAS 

I NF OR ORM M ACIÓN ACIÓN TOPOG TOPOGRÁ RÁFI FI CA Y CARTOGR CARTOGRAF AF I CA DI SPONI PONI BL E

La información topográfica Cartográfica que se tomó como base para los trabajos realizados constituyen: Carta Nacional de 1:100000 Estudio de factibilidad realizada realizada por el (PRORRIDRE) se inició en los años años 1995 y 1996 con las coordenadas relativas de la carta nacional escala 1:100000, de la misma forma con una cota relativa de 4600.000. 

CRACTERISTICAS CRACTERISTICAS DE LA PRESA SAGUANANI SAGUANANI

En la zona de la cuenca, se efectuó el levantamiento topográfico detallado, para lo cual se utilizó como base de apoyo cinco vértices de la Triangulación (V-1 a V-5) monumentados con concreto y con estacas de fierro en el centro así como puntos auxiliares que fueron fijados en estacas. Por ser necesario y debido a fuertes pendientes de los cerros se realizó r ealizó un levantamiento de 200 a 300 mts. dellímete de largo largo al cerro aproximadamente, aproximadamente, con una densidad densidad de relleno de 24 Ptos./Há en zonas accidentadas y 4 Ptos./Há en zonas planas.

TRAZO Las etapas que se siguieron para realizar este trabajo fueron lo siguiente: 

Reconocimiento Reconocimiento de campo



Estaqueo de eje de la presa.



Replanteo del eje (estacado) ( estacado)





Nivelación de estacas estacas Levantamientos Levantamientos topográficos Especiales

GEOLOGIA DE UNA PRESA EXPOSICION DEL DOCENTE: PRUEBAS MEDIOAMBIENTALES a) Colmatación de Sedimentos. Se pierde entre 0.5 y 1% de la capacidad de embalse por sedimentación en todo el mundo.

b) La Salinización del Suelos. Producido como consecuencia de la elevación del nivel freático, afecta el 20% 20%

de las zonas reguladas por embalse

improductividad agrícola del suelo. ESTUDIOS GEOLOGICOS Levantamiento del plano geológico superficial de la zona de la presa en proyecto, abarcando boquilla y vaso, debiendo aparecer las conclusiones generales de estructura geológica y secuencia estratigráfica, mediciones de sistemas de afloramiento de las rocas que constituyen la boquilla. GEOLOGIA DE LA BOQUILLA. Se hará un levantamiento detallado, para relacionar la geología local con las diferentes partes estructurales de la obra hidráulica (pantalla impermeable, vertedero y obra de toma) excavación de pagos para definir los perfiles litológicos, 8mts. como máximo trando de llegar al material aceptable para el desplante de la obra. En caso de encontrase sobre roca sana, se omiten las excavaciones, se debe tener

cuidado de no localizar la presa sobre accidentes geológicos tales como fallas, fracturas, cuerpos permeables. GEOLOGIA DEL VASO Levantamiento con detalle de todas las estructuras geológicas tales como oquedades en rocas solubles, fracturas y fallas abiertas, cuerpos permeables, etc. así como la capa superficial impermeable que cubre las rocas para relacionarlas con la cota de embalse a fin de precedir sus posibles efectos sobre el almacenamiento. almacenamiento. PRUEBAS DE PERMEABILIDAD Se realizan con con el objeto de de verificar la permeabilidad o impermeabilidad impermeabilidad de los materiales que constituyen el vaso de la boquilla; esta se realiza en pozos a cielo abierto a los cuales se les llena de agua y se mide el abatimiento en función al tiempo, elaborándose las gráficas tiempo - abatimiento para cada pozo si el agua tarda más de 30 horas en ser absorbida completamente se considera que el material es prácticamente impermeable.

AMPLIACION DEL TEMA GEOLOGIA Y SISMICIDAD EN EL AREA AREA DE ESTUDIO INTRODUCCIÓN El presente estudio de geología y geotecnia es el resultado de trabajo de campo efectuado y gabinete. Ha sido elaborado de acuerdo a los términos términos de referencia referencia estipulados, estipulados, el estudio tiene como el fin principal, obtener los datos de campo y gabinete, para señalar los diferentes aspectos geológicos geológicos y geotécnicos, el trabajo ha sido efectuado por etapas.

ANTECEDENTES Existen estudios anteriores de reconocimiento geológico con determinaciones generales de las condiciones geológicas y geotécnicas, realizadas en los años 1 966, 1 985, 1 994; en dicha oportunidad se efectuaron los levantamientos topográficos del perímetro de la laguna y boquilla y el planteamiento de alternativas para el represamiento de la Laguna Yanacocha en Chingas.

o

OBJETIVOS

Los objetivos del presente Estudio geológico y geotécnico son los siguientes: 

Determinar las características geológicas y geotécnicas del vaso y la boquilla de la laguna Yanacocha



Evaluar las canteras localizadas de materiales de construcción, para la utilización del cuerpo de presa.



Determinar la viabilidad de represar las aguas de la laguna Yanacocha, profundizando las investigaciones geológicas y geotécnicas del vaso y boquilla, con el cartografiado geológico - geotécnico para definir el marco geológico.



Prospectar las áreas de materiales de préstamo, definiendo sus características geomecánicas, geomecánicas, volúmenes y formas de extracción.

INVESTIGACIONES INVESTIGACIONES EFECTUADAS a)

Primera Etapa Pre -campo

Recopilación y análisis de la información existente, de estudios anteriores relacionados en aspectos geológicos y geotécnicos y otros estudios a fines, lo que han permitido conocer los antecedentes sobre el avance y alcance de los estudios realizados en la zona de cierre, embalse y materiales de préstamo. b)

Segunda Etapa-Campo

Reconocimiento Geológico de superficie, con observaciones de campo en las zonas del vaso y boquilla de la presa, teniendo como base topográfica planos a escala 1:1000 realizando el cartografiado geológico y geotécnico correspondiente. correspondiente. Se identificaron y describieron los diferentes aspectos geomorfológicos, Lito estratigráficos y estructurales, lo que permitió determinar el marco geológico de la zona de estudio. c)

Tercera Etapa- Gabinete

En gabinete se evaluó y analizó la información obtenida en campo, los resultados de laboratorio y los antecedentes con la finalidad de interpretar y definir el marco geológico de la zona de estudio, las condiciones geológicas y geotécnicas con fines de regulación de las aguas de la Laguna Yanacocha, cuyas obras proyectadas son la

construcción de un túnel para instalar la tubería de descarga en la zona de cierre, construcción de un aliviadero de demasías e impermeabilizar el sector del tragadero, permitiendo ganar ganar más altura en el el embalse y reducir reducir los costos de inversión. inversión.

GEOLOGÍA REGIONAL GEOMORFOLOGIA Desde el punto de vista geomorfológico, el área del estudio y zonas adyacentes se encuentran afectadas por diferentes agentes de erosión y meteorización que sufre la roca, así mismo, modelada por ocurrencia de eventos dadas por la desglaciación en el Pleistoceno, formando una morfología típica de valles juveniles con sección en “U”.

a. Estribaciones Andinas b. Superficie Puna c. Etapa Valle de Erosión



Estri baciones baciones Andi nas

Está formada por la cadena montañosa de la cordillera Occidental de los andes, hacia el lado oriental, con una orientación general de N - W a S - E, por las características Lito Estructurales que constituyen la zona, están presentes geoformas de relieves agrestes, cumbres empinadas y crestas con gargantas afiladas, con pendientes fuertes en forma de escarpas. 

Supe uperr f ici e Puna

En esta unidad se encuentra comprendida la Laguna Yanacocha, conformado por el modelado de relieves de formas onduladas y suaves, que generalmente se encuentran a alturas entre 4,000 a 4,400 msnm, con colinas de baja altura que han sido erosionadas por acción glaciárica, ocurrida en el pleistoceno, es decir, en una superficie que ha sufrido intensamente efectos degradacionales, con procesos de denudaciones y acumulación de materiales sueltos los cuales a dado la configuración del relieve actual.



Etapa Et apa de Val l e

Aquí los efectos de erosión ocasionan procesos de denudación y acumulación, es debido principalmente a la acción del deshielo y las aguas de la lluvia que ocurren en forma temporal acompañados por una gradiente que permite una escorrentía con arrastre de sedimentos .

LITO ESTRATIGRAFIA El área de estudio está comprendida por rocas de facies sedimentarias correspondientes a formaciones calcáreas del Cretáceo superior, las cuales se encuentran cubiertas parcialmente por depósitos inconsolidados de origen glaciárico - fluvioglaciárico, aluviales y coluviales del cuaternario reciente. a. F orm ación ación Ju masha masha - Cel Cel endín (Ks (K s-j c)

La formación Jumasha Celendín, está ocupando la microcuenca hidrográfica de represamiento Laguna Yanacocha, constituida por rocas sedimentarias de tipo calcáreo de grano fino y arenisca de grano medio.

COLUMNA ESTRA TIGRAFICA REGIONAL - CONSTRUCCION PRESA ARICOMA

A M E T A R E

o c i o z o n e C

o c i o z o s e M

A M E T S I S

o i r a n r e t a u C

o n e g o e N

o c i c a t e r C

o n a i m r e P

o c i o z o e l a P

o r e f i n o b r a C

SERIE

UNIDADES

o n e c o l o H

Depositos Aluviales

o n e c o t s i e l P

o n e c o i l P

Limos y limolitas de color beige

Depositos Fluvioglaciares

r o i r e p u S

r o i r e f n I

Gravas subredondeadas a subangulosas. Conglomerados poco consolidados intercalados con

Formacion Arco Aja

Grupo Moho.

r o i r e f n I

Conglomerados su subredondeados, gr gravas

Depositos Lacustrinos

r o i r e p u S

r o i r e p u S

Gravas y conglomerados mal clasificados. Gravas subangulosas litologicamente heterogeneas.

Formacion Picotani

r o i r e f n I

DESCRIPCION

Depósitos Morrenicos

o n e c o i M

o n a i n o v e D o n a i r u l i S

o n a i c i v o d O

Depositos Gl Glaciofluviales

COLUMNA

lodolitas Tobas criptoclasticas de composición riolitica a daciticas macizas. Limo arcillitas rojizas intercaladas con areniscas. Calizas micriticas gris oscuras.

Formación

Areniscas cuarzosas de grano fino a medio color blan-

Huancane

quecino, presenta algunos niveles rojizos.

Grupo

Areniscas arcósicas rojizas, en la base conglomerados

Mitu

polimicticos, material brechozo y bolcánicos andesíoticos de textura porfiritica de color rojiso.

Grupo Copacabana

Calizas micriticas, intercaladas bioclasticas y calizas espáticas, con presencia de fosiles.

Grupo

Areniscas feldespáticas, verde grisaceas hacia la base

Tarm a

con intercalación de calizas micriticas grises y limoarcillitas en menor proporción.

Grupo

Areniscas cuarzosas blanquecina a gris oscura con

Ambo

intercalación de de limoarcillitas, limolitas oscuras y pizarras, se observa restos de plantas.

Formación Ananea

Pizarras gris coscuras, azuladas caracteristicamente laminares y foliadas, foliadas, con niveles micaceos y cuarcitas cuarcitas que se intercalan esporádicamentes. esporádicamentes.

r o i r e p u S

Formación

Secuencias de cuarcitas, en capas gruesas a delgadas

Sandia

de color a blanquecino, bastante deformada con plegamientos y microplegamientos microplegamientos con intercalaciones intercalaciones de pizarras.

r o i r e f n I

Grupo

Secuencia de pizarras caracteristicamente laminado y

San José

foliado, que se intercalan con niveles pelíticos con evidencias de restos fósiles.

b. Depós Depósi tos Cuatern ari os

Los depósitos cuaternarios constituyen el material de cobertura no consolidado y distribuidos irregularmente. Los depósitos importantes identificados en la zona de estudio son:

b.1.

Depósitos Glaciáricos – Fluvioglaciáricos Fluvioglaciáricos (Q-g/fg)

Estos depósitos ocupan una gran extensión, originados por la acción de glaciárica y están constituidas por materiales heterogéneos con fragmentos de diferentes dimensiones, dispuestos generalmente en una matriz areno – limo -arcillosa, cuya naturaleza de dichos elementos son calcáreos, con lentes de arena fina y gravosos.

b.2.

Depósitos Aluviales (Q-al)

Son depósitos recientes de pequeña magnitud, ocupando el fondo de los cauces actuales actuales de las quebradas y están formados por materiales heterogéneos, transportados y acumulados por el agua de escorrentía superficial. Litológicamente son materiales inconsolidadosconstituidos por arenas con gravas y algunos cantos de bordes subangulosos subangulosos sueltos, de naturaleza calcárea y arenisca.

b.3.

Depósitos Coluviales (Q - co)

Se encuentran constituidos por fragmentos heterométricos con bordes angulosos, superpuestos de naturaleza de material calcáreo y areniscas, con rellenos de arenas y limos en un 25% aproximadamente. aproximadamente. Se encuentran conformando conformando los escombros de talud en las laderas.

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL Regionalmente los aspectos geológicos estructurales se han dividido en tres unidades tectónicas, siendo: a) Pliegues y sobre escurrimientos. b) Imbricada. c) Bloques fallados. La zona de intervención pertenece a la unidad imbricada, que consiste mayormente en placas de caliza buzando hacia el Sur - Oeste, separadas por sobre escurrimientos que yacen dentro de la estratificación, también se observan pliegues subsidiarios a los sobre escurrimientos.

a. Plegamiento La zona de estudio presenta pliegues y sobre escurrimientos que afectan a las unidades sedimentarias que conforman la mayor extensión, caracterizándose por la mayor presencia de pliegues largos y estrechos, asociados con grandes sobre escurrimientos.

b. Fallas Se observa una falla geológica que cruza casi longitudinalmente la laguna Yanacocha, Yanacocha, cuyo origen está relacionado con la tectónica andina reciente (terciario)

GEODINÁMICA EXTERNA Las evidencias de la existencia existencia de una antigua masa glaciar glaciar de que en el asado cubrió extensas áreas de esta región y que su posterior ablación dio lugar a una fuerte acción erosiva, es lo que caracteriza al relieve de esta parte de la Cordillera de los Andes, habiéndose generado, con seguridad importantes aluvionamientos cuyos remanentes son conservables en las partes superiores de los actuales cauces.

SISMICIDAD Y TECTÓNICA El máximo según la teoría de placas en el Perú los focos sísmicos están ubicados cerca de la zona de convergencia de las placas litosféricas denominadas “Continental” y “Oceánica de Nazca”, consideradas como activas.

La referida convergencia determina la coalición de ambas placas y consecuentemente la inflexión del borde oriental de la placa de Nazca bajo la placa continental, denominada como la zona de subducción, con dirección ENE. Los esfuerzos generados entre las dos placas sobre todo en la zona de subducción, originan una intensa actividad sísmica.

GEOLOGÍA LOCAL De la Zona de Embalse o Vaso

El área de embalse del represamiento de la Laguna Yanacocha se ubica en las estribaciones del lado norte del cerro Yanacocha en una altitud aproximada de 4,200 msnm. Dentro de la Microcuenca de Yanacocha. Ver plano geológico embalse Laguna YanacochaPlano YanacochaPlano PG -01

a. Geomorfología El área del vaso está comprendida dentro de una superficie de puna, con un relieve ondulado a seminal, presentando una morfología de depresión cerrada sin desagüe aparente, sobre una base de roca caliza, donde se originó la laguna Yanacocha de firma irregular (arriñonada), cuyo perímetro está ocupada por pantanos y oconales con vegetación típica de la zona, por morrenas laterales y por relieves montañosos con afloramiento de roca basamento. Hacia el extremo Sur - Oeste de la laguna se observa un tragadero sobre roca caliza y coincidente con la falla geológica, cuya extensión aproximada es de 1.50m por 2.00m y que actualmente se encuentra rellenada con fragmentos de roca y por encima del nivel actual de agua de la laguna. l aguna.

b. Lito Estratigrafía El basamento rocoso en la zona de la laguna corresponde a la formación Jumasha Celendín del cretáceo superior, con una cobertura de depósitos inconsolidados del Cuaternario reciente, cuyos orígenes son principalmente glaciáricos - fluvioglaciáricos, coluviales, lacustres y aluviales.

b.1

Formación Jumasha-Celendín (Ks - jc)

Esta formación se localiza en el área del vaso y está constituida por calizas silicificadas, de color gris, de grano fino estratificada, con espesores entre los 0.50 y 2.50m con rumbo promedio de N 15° W y buzamiento de 15° a 30° hacia el norte y el noroeste de la laguna y un rumbo promedio de N 30° W y buzamiento de 35° a 45° hacia el lado Sur y Sur-Oeste de la laguna, con grado de fracturamiento moderado, y un grado de meteorización de moderado a bajo y una resistencia de moderada a alta. Hacia el sur Oeste de la laguna, cercana al sector del tragadero se observan afloramientos de roca arenisca de tipo cuarcítica de grano medio a grueso, de color gris claro, resistencia alta, poco meteorizada meteorizada y poco fracturada, fracturada, estando intercalada con las calizas.

b.2

Depósitos Cuaternarios

1) Depósitos Glaciáricos – FluvioGlaciáricos(Q FluvioGlaciáricos(Q - g - fg)

Estos depósitos ocupan principalmente la zona perimétrica de la laguna, cubriendo parcialmente los afloramientos de calizas y areniscas, estando constituidas por mezclas heterogéneas de arena medias a gruesa, con arcillas y/o limos, gravas, cantos y algunos bloques pequeños, de bordes sub angulosos semienterrados, ocasionalmente con lentes de arena gruesa a medias y gravas, en general de comicidad alta a media, semipermeables, de baja plasticidad.

2) Depósitos Coluviales (Q - co) Son materiales acumulados por acción de la gravedad y se ubican generalmente al pie de las laderas de los afloramientos de las rocas se ubican al norte de la laguna en forma lenticular, con fragmentos de roca de bordes angulosos con diámetros hasta de 1.5m, de naturaleza calcárea, superpuestos y acomodados por acción de la gravedad, con relleno de gravas mal graduadas, con limo y arenas.

3) Depósitos Aluviales (Q-al) Se ubican en el cause reciente de las quebradas que desembocan en la laguna, siendo materiales transportados por aguas de lluvia, constituidas por arenas medias a gruesas con gravas y algunos cantos de bordes sub angulosos, de naturaleza calcárea y arenisca, no plásticas, sueltas y permeables. Se estima espesores entre 0.20 a 1.00 m.

c. Geología Estructural En la zona de embalse se observan estructuras de sobre-escurrimiento que afectan a la roca caliza. También se ha observado una falla local que aparentemente cruza la laguna desde la zona de cierre con una alineación de N 30° E hacia el sector del tragadero con dirección de N 20° E y un buzamiento de 70° SE, deducimos que la formación del tragadero tiene su origen por efecto de la falla geológica y complementada por fenómenos de dilución en las calizas. Esta estructura aparente no está activa y se presume su origen al tercer movimiento del ciclo andino acontecido probablemente a fines del Terciario Temprano y continuó hasta comienzos del terciario medio.

La falla en la zona de la laguna está cubierta por material fino, sellando o impermeabilizando la cubeta para evitar la perdida del agua por infiltración, la que se mantiene permanentemente con el agua.

d.

Geodinamica Externa y Estabilidad de Laderas Estabilidad de Laderas en el Fondo No se han observado rasgos de inestabilidad de taludes que pudiesen comprometer la zona de embalse, presentando laderas estables, con pendientes entre 5° a 25° en suelos, hasta un 55° en rocas.

Desplazamientos Desplazamientos y/o Derrumbes No se presentan fenómenos de deslizamiento o asentamientos significativos que pudieran afectar o comprometer en el futuro embalses de agua de la laguna Yanacocha.

e.

Estanqueidad del Embalse

Según las observaciones de campo y los resultados de laboratorio de los suelos, nos permiten deducir que existe buena estanqueidad, estanqueidad, según los aspectos morfológicos, liestratigráficas, estructurales e hidrológicos que presenta el vaso, aunque hay que destacar que el basamento rocoso presenta diaclasamiento por efectos de las fuerzas compresionales compresionales y tensionales, las mismas que han originado micro fisuramiento notorio, pero en la zona de la laguna están sellados sellados por material fino como como los limos y arcillas de los depósitos lagunares y/o glaciáricos.

DE L A ZONA DE CIERRE CIERRE O BOQUIL BOQUIL LA

a.- Geomorfología El área de cierre se caracteriza por ser asimétrico sobre un abra con pendientes de 10° y 15°, en sus laderas considerando que el represamiento sé de en una cubeta cerrada donde la laguna no tiene desfogue y el perímetro tiene un relieve de colinas bajas, con cumbres planas, modeladas por acción glaciárica.

b.- Lito Estratigrafía Esta característica se describe en la zona de cierre según la sección geológica – geotécnica del eje de la boquilla, con la finalidad f inalidad y definir el comportamiento geológico

con fines de cimentación (Ver plano Perfil Geológico) de la boquilla embalse Laguna Yanacocha. b.1

F ormaci or maci ón Jumasha-C Ju masha-Ce el endín (K s - j c)

Esta formación constituye la roca basamento o el sunestratum rocoso, conformado por roca caliza silicificada, de color gris con alteraciones limoníticas, de color amarillento y blanquecino, con venillas de calcita cuyo espesor varía de 1.00 a 3.00cm, de resistencia media y fracturamiento de moderado a intenso. b.2

D epó póssi tos Gl aciár i coscos- F l uvi oGl aciá aci ár i cos (Q - g - f g)

Se ubican en el relieve de pendiente de la zona de cierre, cubriendo parcialmente los afloramientos de roca caliza y están constituidas por una mezcla heterogénea de arenas con limo y/o arcillas, gravas, cantos y algunos bloques pequeños semi enterrados de naturaleza calcárea y de arenisca, con compactado medio, semipermeable y húmeda a poco húmeda. b.3

Depós Depósi tos L agunar es (Q-l a)

Se ubican en el perímetro de la laguna y se infiere que esté cubriendo el fondo de la laguna; se encuentran constituidos por material de arena fina con limos, arcillas y material orgánico de color marrón a negro, con plasticidad de media a baja, compactado compactado media, con restos restos vegetales e inclusiones inclusiones de gravas gravas y cantos en un 5%.

c. Geología Estructural En esta zona de cierre se ha cartografiado una falla geológica con dirección de N 30° E estaría coincidiendo o acercándose al eje del tonel proyectado, la falla actualmente se encuentra inactiva, pero deberá tomarse en cuenta para la clasificación geomecánica del macizo rocoso que atravesará.

d. Geodinámica Externa El Perímetro de la zona del embalse presenta ladera con pendientes suaves a moderadas. Sobre depósitos fluvio glaciares, cuyas pendientes están en el rango de 5° a 15°, presenta laderas laderas estables.

No se observan evidencias de inestabilidad de taludes, ni cuando el embalse alcanza su máximo desnivel, desnivel, por lo tanto, se descarta posibles posibles fenómenos de inestabilidad de taludes que puedan ocurrir.

INVESTIGACIONES INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS Investigaciones de Campo Estos estudios nos permiten conocer los parámetros físico-mecánicos del suelo y la roca para la cimentación de la estructura de cierre y excavaciones subterráneas que permitan la colocación de las tuberías de descarga de aguas de la laguna Yanacocha.) Las investigaciones del sub suelo se realizaron sobre la base de los cortes naturales del terreno, excavaciones manuales como calicatas y la trinchera construida desde el borde de la laguna hasta llegar al basamento rocoso, con una profundidad promedio de 2.00m por la pendiente hacia la laguna laguna Yanacocha. Yanacocha.

Resultados de Laboratorio Los resultados de los ensayos en el laboratorio de mecánica de suelos permitieron realizar los cálculos de los parámetros físico-mecánicos con fines de cimentación y materiales de préstamo. Los resultados de los ensayos físico - Mecánicos se muestran en el Estudio de Mecánica de Suelos Acápite 2.03 D epó epósit sitos os Gl aciá aci ár i cos

Se ubican adyacentes al basamento rocoso de naturaleza calcárea en forma f orma de cobertura superficial, estando constituidos por material heterogéneo de arenas con limo li mo y/o arcilla e inclusiones gravas y cantos de bordes sub angulosos, de baja plasticidad y no plásticas, semipermeables, semipermeables, poco húmeda a húmeda, húmeda, firmes.

CONCLUSIONES Por la evaluación de las condiciones de configuración geomorfología, naturaleza y particularidades de los apoyos, zona de cimentación de cuerpo de presa, procesos hidrogeológicos locales, implicancias de las estructuras importantes, sismicidad y aspectos geotécnicos importantes, nos permite formular las siguientes conclusiones:



La zona de estudio presenta un marco geológico de rocas calizas e intercalación de areniscas con presencia de cuarzos de la formación Jumasha - Celendín, datada del cretáceo superior y depósitos inconsolidados recientes de origen glaciárico – fluvioglaciárico, fluvioglaciárico, coluviales, lagunares y aluviales con una litología variada desde arcillas hasta bloques.



Geomorfológicamente la zona de estudio está comprendida en la superficie puna, presentando una morfología de presión cerrada, sin desague aparente de la laguna.



Estructuralmente la zona de estudio está relacionada con los movimientos del ciclo andino, formando pliegues largos, amplios y sobre escurrimientos en la formación calcárea; sobresale una falla geológica local con un alineamiento de N 20° 30° E que cruza la Laguna Yanacocha, la que estaría relacionada con la formación del tragadero ubicado hacia el SW de la laguna.

RECOMENDACIONES 

El dique debe estar cimentado por lo menos 1.25 m del nivel del terreno.



La excavación de la Línea de descarga, será en roca caliza, se recomienda una sección tipo baúl de un ancho de 1.20 m, lo cual permitirá una mejor distribución de las tensiones del macizo rocoso y evitar la concentración de esfuerzos en algún punto. También debe considerarse que existe poco encampane, encampane, pero está dentro de los límites tolerables.



Se recomienda construir una estructura como pantalla de concreto ciclópeo o armado, debiendo alcanzar hasta la profundidad de la Cota 4,245.45 msnm. La roca basamento presenta una resistencia a la compresión simple de 659 Kg/cm2 considerándose regular con tendencia a buena por ser un macizo rocoso.



Según la evaluación geotécnica en la zona de cierre donde se proyecta la construcción de la Línea de Descarga Descarga para la instalación de tuberías de descarga, con una longitud de 70.00 m, según los parámetros geomecánicos geomecánicos

son rocas de tipo III y II, calificadas como mala y regular, por lo que se recomienda colocar medidas de sostenimiento a lo largo de toda la excavación. Además, la presencia de una falla local muy cerca al eje es un factor desfavorable para la excavación subterránea.

CURVA: ALTURA AREA - ALTURA VOLUMEN EXPOSICION DEL DOCENTE: CALCULO DE LA CURVA ALTURA - VOLUMEN Y ALTURA - AREA A REA La curva altura – volumen. volumen. nos dá un volumen del vaso para una altura determinada de presa.

La curva altura área. Nos da el área del posible espejo de agua (embalse) a diversas elevaciones. Estas curvas se obtienen a partir del plano topográfico del vaso. A continuación daremos un esquema de la metodología a seguir para este cálculo. Se tiene el plano a curvas de nivel del vaso. Se calcula el área encerrada por la cota 100 (planimetrado) considerando considerando que el punto del lecho del río se encuentra en la cota 99 tendrá t endrá el área del espejo de agua a 1m de altura o en la cota relativa 100; de la misma manera se calcula el área para la cota 101 y así sucesivamente hasta llegar a la cota 109. Para calcular el volumen en cota 100 ( V 100) se multiplicará el área de la cota 100 ( A 100 ) por la altura correspondiente para obtener el volumen en la cota cota 101 ( V 101 ) se procederá como como sigue: V 101

=

V + ( A 100 + A 101) * h 100

2

Donde: V100

= Volumen de la cota 100

A100 = Área encerrada por la curva de nivel de cota 100 A101 = Área encerrada por la curva de nivel de cota 101 h

= Diferencia entre las cotas de A100 y A101

En lo sucesivo se podrá usar la siguiente relación genérica: Vi 2

= Vi - 1 + ( Ai + Ai - 1 ) * ( hi hi - hi - 1)

i

= Sub índice que indica la cota

hi

= Cota i - ésima

Ejemplo: Curva

Cota

0

msnm

c-1

4022

c-2

4024

c-3

4026

c-4

4028

c-5

4030

Determinacion de Area

m^2 c-1

50Ha

500.000

c-2

75Ha

750.000

c-3

82Ha

820.000

c-4

98Ha

980.000

c-5

108Ha

1080.000

Determinacion de volume

Volumen m^3 V1=0+(A1/2)*2

500.000

v2=v1+(A1+A2/2)*2

1750.000

V3=V2+(A2+A3/3)*3

3320.000

V4=V3+(A3+A4/4)*4

5120.000

V5=V4+(A4+A5/)*5

7180.000

CURVA

COTA

AREA M^2

VOLUMEN M^3

C-1

4022

500.00

500.00

C-2

4024

750.00

1750.00

C-3

4026

820.00

3320.00

C-4

4028

980.00

5120.00

C-5

4030

1080.00

7180.00

Curva Altura Area 4035

4030 a r u t l A

AREA M^2

4025

4020 4 0 0 .0 0

6 0 0 .0 0

8 0 0 .0 0 Area m^2

1 0 0 0 .0 0

1 2 0 0 .0 0

Curva Altura Volumen 4031 4030 4029 4028 a 4027 r u4026 t l A4025 4024 4023 4022 4021 400. 400.00 00 1400 1400.0 .00 0 2400 2400.0 .00 0 3400 3400.0 .00 0 4400 4400.0 .00 0 5400 5400.0 .00 0 6400 6400.0 .00 0 7400 7400.0 .00 0 VOLUMEN M^3

AMPLIACION DEL TEMA ALTURA DE PRESA Los datos utilizados para la determinación de la altura de la presa son los siguientes:

1.

Plano topográfico de la zona de embalse.

2.

Curva Altura – Volumen Volumen de la laguna Cocaña.

3.

Simulación de embalse Cocaña.

La altura de una presa, referida r eferida en este acápite como altura total, está íntimamente ligada con el Volumen Total más un borde libre, referenciada a la presa mediante la Curva Altura - Volumen. El Volumen total del embalse depende de diferentes volúmenes entre los cuales podemos citar:

1.

Volumen Útil.

2.

Volumen Muerto por Cota de Derivación y Sedimentación.

Volumen de sobre elevado elevado de crecidas crecidas

CAPACIDAD DE ASENTAMIENTOS: La curva altura-área-volumen y el diagrama maza se utiliza para establecer condiciones de operación y definir la capacidad del embalse. La capacidad mínima del embalse que asegure un caudal firme se obtiene de la siguiente manera: 1. Trazar tangentes se envolventes a la curva masa que sean paralelas a la Línea de pendiente del caudal firme (une el origen, con el valor final del volumen acumulado). 2. Calcular la mayor distancia vertical entre las dos tangentes

CALCULO DE LA CURVA ALTURA – VOLUMEN VOLUMEN Y ALTURA AREA

V 1 V 0

ELEVACION msnm 4250 4251 4252 4253 4254

Eleva. Interpo. msnm 4250 4250.50 4251.25 4252.13 4253.06

( A0A1) Dh 2

AREA m2 0 10300 26900 68000 111900

AREA Has 0 0.103 0.269 0.68 1.119

VOLUMEN m3 0 5150.0 23750.0 71200.0 161150.0

VOLUME N m3 0 0.00515 0.02375 0.0712 0.16115

1. CALCULO DE LA ALTURA DE LA PRESA Datos para el Cálculo Volumen Util(Vu) = Área de la Cuenca = Presipitación Media Anual = ETP Anual = Cohef. de Reducción del

858458.935 m3

8083097. 7 m2 718.043 mm = 1161.780 mm = 0.77

0.718 1.162

Tanque A = Vida Util de la Presa = % de Sedimentació n= Area Total del Cultivo = Demanda Bruta de Riego =

25 Años 0.15 %

=

0.0015

350 Has =

3500000

858458.94 m3 =

Coheficiente de escorrentía Valor de "C" Según el Área Según Precipitació n Por Cobertura Vegetal

C =

5 %

C =

5 %

C =

Lamina evaporada En =

0.23636487 m.

Volumen Escurrido Medio Anual (Vma) V ma

Pm ( A * Pm *C ) c



Vma =

483667.345 m3

Curva Altura Volumen Área según el gráfico Volumen Util(Vu) = Altura Posible (h) = Area espejo de agua =

Curva Altura

858458.935 m3 5.5 m 540000 m2

15 % 8.3333333 3 %

0.858

Volumen rea según estimación grafico Áltura Media =

2.75

Area espejo de agua = Volumen Media(Vmed) =

73700 m2 53000 m3

Volumen Muerto (Vs)

V s  0.0015(25 * V m ) 18137.53 m3

Vs =

438298.2

Vm (Corregido) =

Curva Altura Volumen Área Volumen Util(Vu) = Altura Posible (h) = Area espejo de agua =

438298.23 m3 5 m 560000 m2

Vevap =

132364.3 m3

Curva Altura Volumen - Área Vol Total = Altura de Presa =

570662.558 m3 5 m (grafico)

Volumen Derramado (Dm) como Vi
0

Volumen Aprovechable (Vaprov) V aprov  V m  ( D m  V c ) Vaprov =

Superficie Beneficiada (Ab) Ab = Vaprov./demanda bruta de riego

438298.2

0.57066256

Ab =

510.564 m2

Ab =

0.051056 Ha

Altura de las Olas (Bordo Libre)(h) Porpuesto por HawKshy

h

0 . 0138 ( Df ) 0 . 5



Long.Máx.exposición viento(m)=

0.467981 m

h=

1 m

h=

Altura Total de la Presa (Ht) 6.0

Ht =

2. DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Cálculo del Ancho de la Corona (W)

W



0 . 24 H  3 . 0 4.44 m

W= W=

4

m

Determinación de Taludes según Tabla Tenemos Talud Aguas Arriba = Talud Aguas Abajo =

H=Z

V

2.5

1

2

1

Cálculo de la Base de Presa (Bp)

Bp  W  Htp ( H 1  H 2) Bp =

31.44 m

m=

15 m

Calculo de "d"

d



Bp



( S  0 . 3 S )

1150

m.

20.94 m

d=

Cálculo de Radio de la Parálola de cosseni R

d



2



ha

21.52867 m

R=

Y

o



R

2

d



Yo =

0.588669 m

Distancia al Foco del vertice de la parabola. Aq



0 . 5 Yo

Aq =

0.294335 m

Calculo del Filtro Aguas Abajo

a  Aa

Yo

(1Cos b )

Para B =

26.565 °

0.463647 Ecuación 1

5.575976

a+Aa =

De la tabla de villaseñor B= Aa/(a+Aa) =

0.29

Aa = De (1) y (2) tenemos

0.29

26.565 °

a+Aa

1.617 m

Aa = Luego de (3) en (1) Tenemos

a=

5.57597634 -Aa

3.959 m

a=

Comprobamos valores de altura del filtro Tiene que cumplir la siguiente condición Hfiltro

<

Htp 3

Hfiltro Sen b  Hfiltro Þ a*Sen a

Ecuación 2

Ecuación 3

1.770 m

Hfiltro = Ht/3 =

2 m

Si cumple la condición de taludes

Calculo de la Base del filtro

Bfiltro Bfilt ro



2*a

Bf = 7.918

Cálculos de la Línea de Saturación Y  Y= Y=

1.17733852 0.34653149

2 XYo XYo  Yo 2 1.17733852 X - 0.136 0.434

4254.5 4254 4253.5 4253 4252.5 area

4252

volumen

4251.5 4251 4250.5 4250 4249.5 0

50000

RELACIÓN ALTITUD ÁREA

100000

150000

200000

Curva Hipsométrica.- Es una presentación grafica que nos permite conocer los porcentajes de área por encima o debajo de una determinada altura. Si utilizamos una escala porcentual de áreas se puede obtener directamente de la curva hipsométrica, la altura corresponde al % de área en estudio.

HIDROLOGIA DE PRESA ESTUDIO HIDROLÓGICO

 Del Estudio de Hidrológico, se ha determinado los niveles de

máximos embalse ordinarios y extraordinarios, y el diseño del vertedero y canal de alivio para eventos extremos, máximas avenidas.  El caudal de máximas avenidas se ha determinado en 5.69 m3/s y un

tiempo de concentración de 79 minutos,

para un un periodo de

retorno de 50 años, usando el Método del Hidrograma Unitario  La capacidad de almacenamiento de la Presa

Illumani es de

1’135,724 m3, para este volumen de almacenamiento, el

proyecto beneficiará a 528.5 has, donde la cedula de cultivo con de pan llevar como como para los pastos cultivados. 

Se ha determinado los beneficios del proyecto en cuanto a las áreas de riego que se va ha irrigar este Represamiento, mediante él calculo de la demanda de agua, cedula de cultivo y el balance hídrico

CICLO HIDROLÓGICO: Es un término descriptivo aplicable a la circulación general del agua, este ciclo puede empezar con la evaporación de los océanos. El vapor transportado por las masas de aire en movimiento. En determinadas ocasiones ocasiones el vapor se condensa formando formando nubes que, a su vez, pueden generar generar precipitaciones. De la precipitación precipitación sobre el terreno, una una parte retenida por la superficie otra escurre sobre ella y la sobrante penetra en el suelo. El agua retenida es devuelta a la atmósfera por evaporación y por la transpiración de las plantas.

Las

variables

meteorológicas evaluadas evaluadas en el presente estudio son las siguientes: 

Precipitación.



Temperatura.



Humedad Relativa.



Evaporación.

Las cuales se han estimado en base a Estaciones vecinas, ya que la zona en estudio no cuenta con Estación Hidrometereológica. Hidrometereológica.

Se ha estimado la Descarga Máxima de la Micro cuenca de Yanacocha mediante el método del Hidrograma Unitario, estimándose un caudal de 5.69 m3/s, para 50 años de tiempo de retorno. Se ha evaluado el balance hidrológico a nivel mensual, para irrigar 528.5 ha de terrenos de cultivo.

INFORMACION BASICA Las fuentes principales de información para el Estudio Hidrológico de la Represa de Yanacocha, Yanacocha, son de tipo t ipo Cartográfico y Meteorológica: 

Cartografía:

Carta Nacional: Nacional: 1/100 0000 Hoja 19-i (Huari) (Huari) 

Información Metereologica:

La información hidrometereologica hidrometereologica

fueron obtenidos

en base de las estaciones

cercanas al ámbito del proyecto, ubicadas en la cuenca alta del Río Huallaga, Río Santa y cuenca de Marañón a. Descri Descri pci pci ón de la M i cro cuenca

Topografía La Micro cuenca de la Laguna de Yanacocha, se encuentra entre las cotas de 4,350.00 y 4,950.00 msnm, que dan origen origen a una topografía accidentada accidentada .

Relieve y Suelos El estudio esta orientado a la clasificación de acuerdo a su aptitud de riego, con el fin de determinar la micro localización de las l as ubicaciones aptas para los diferentes cultivos. El relieve dentro de la cuenca, es colinaza, cobijada con abundante pastos naturales de densidad variables, que brindan un alto grado de retención y un coeficiente de escorrentía bajo.

Vegetación Presentan una fisonomía dominante semi árida que se cubre durante los meses de lluvia veraniegas de una vegetación estacional que es aprovechada para el pastoreo de ganado. ganado.

CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS GEOMORFOLOGICAS DEL VASO COLECTOR a. Ubi cación cación H i drográ dr ográf i ca de de l a Laguna L aguna Yanacocha

El ámbito ámbito del presente estudio, lo constituye constituye la Micro Micro cuenca cuenca de la Laguna Laguna de Yanacocha, ubicada en la margen izquierda de la Cuenca Alta del río Marañón, vertiente del Atlántico, Atlántico, jurisdicción de los Distritos de Aczo y Chingas, provincia de Antonio Raymondi, Departamento de Ancash. b. Car acterí acter ísticas sti cas General G eneral es

Area Total, Perímetro y Longitud del Cauce del Río Principal b.1 Cuenca Total

Con descarga parcial a la Laguna de Yanacocha cuenca aparente Area

:

2.45 km2

Perímetro

:

6,459 m

Longitud del Cauce

:

2.14 km

Altitud Media

:

4,350 msnm

Gradiente Altitudinal

:

340 m.

Pendiente Media

:

159 m/km

b.2 Pri Pr i mera Cuenca Cuenca Dr enan nante te - Cuenca Re Real al

Area

:

0.15 km2

Perímetro

:

2,055 m

Longitud del Cauce1

:

0.62 km

Altitud Media

:

4,400 msnm


:

270 m

Pendiente Media

:

435 m/km

b.3 Segunda Cuenca Drenante - Cuenca Real Area 1

:

0.40 km2

Perímetro 1

:

2,652 m

Longitud del Cauce 1

:

1.02 km

Altitud Media

:

4,335 msnm


:

280 m

Pendiente Media

:

274 m/km

En vista del alto potencial de precipitación existente en esta zona y la necesidad de disponer de los recursos hídricos se ha estimado pertinente derivar mediante canales de desviación 03 áreas contiguas. La explicación de esta controversia está en que inmediatamente aguas arriba del espejo a una altura de 12 m aproximadamente y separados por un farallón de rocas calizas, se encuentra un vaso, que colecta las aguas de 1.89 km 2 del área drenante total pero que nunca se llena, es decir no es estanco. Además dentro del mismo perímetro del actual espejo de la Laguna de Yanacocha, hacia el sector Sur-Oeste, se encuentra un forado o sumidero natural que impide mediante filtraciones subterráneas el mayor incremento del girante natural de la Laguna de Yanacocha. Yanacocha. El sumidero sumidero o desaguadero desaguadero de la Laguna Laguna de Yanacocha Yanacocha,, deriva actualmente con rumbo desconocido. desconocido. La Laguna de Yanacocha es un vaso estanco con con un área de espejo espejo de 0.042km 2, 918.00 m de perímetro y con un área de drenante total de 2.45 km 2, sin embargo después de un cuidadoso análisis Topográfico Topográfi co y Geológico se deduce que la verdadera área de drenante es de 0.55 km2. c. Cosecha de las Descargas de Lluvias hacia el Vaso de la Laguna de Yanacocha

Siendo vital contar con el recurso agua en la zona de influencia del proyecto se ha considerado necesario encausar las descargas de las aguas que caen a la depresión construyendo zanjas interceptores que deriven el agua hacia la laguna en tres zonas contiguas. c.1 Pri Pr i mera Cuenca D r enante nant e Deri vada - Cuenca Ganada

Area 1

:

2.45 km2

Perímetro 1

:

2,166 m


:

0.97 Km.

Altitud Media

:

4,480 msnm

Gradiente Atitudinal

:

470 m.

Pendiente Media

:

484 m/km

c.2

Segun Segunda da Cuenca D r enante nant e D er i vada - Cuenca Ganada

Area 2

:

0.14 km2

Perímetro 2

:

2,174 m

Longitud del Cauce 2 :

1.08 Km.

Altitud Media

:

4,440 msnm


:

230 m.

Pendiente Media

:

213 m/km

c.3 Tercera Cuenca Dr enan nante te De D er i vada - Cuenca Ganada

Area 3

:

0.22 km2

Perímetro 3

:

2,321 m


:

0.93 km

Altitud Media

:

4,355 m.s.n.m.

Gradiente Atitudinal

:

140 m

Pendiente Media

:

150 m/km

El total del área de la cuenca que capta el agua de lluvias como producto de las zanjas de drenaje interceptoras es de 0.61km 2, gran parte de esta superficie son terrenos rocosos. En consecuencia consecuencia el total de área aprovechable aprovechable de de la cuenca cuenca es de 1.61km 2, que representa el 47% de la cuenca total. El 53% restante continuará descargando hacia zonas de alta infiltración con rumbo desconocido. desconocido. Sin embargo evaluando el balance de almacenamiento se pueden derivar con obras de mayor inversión, en una fase posterior. d. Pará Par ámetros metr os Geo Geomor mor f oló ol ógicos gi cos de l a M i cro cr o cuenca

Área de de la M i cro cuenca. cuenca.

Es la medida de la superficie de la Micro cuenca encerrada por la divisoria topográfica, la que afecta las crecidas, crecidas, el flujo mínimo y la corriente media en diferentes modos. modos. La Micro cuenca de la Laguna Yanacocha tiene un área total de 3.14 Km2., qué también es equivalente equivalente a la superficie de drenaje. drenaje. F orm a de de l a cuenca. cuenca.

Por la importancia de la configuración de la Micro cuenca, los autores han cuantificado estas características por medio de índices o coeficientes, los cuales relacionan el movimiento del agua y la respuesta de la cuenca a tal movimiento, además ofrece la posibilidad de comparar las cuencas de tamaño localización y características geológicas similares.

CUADRO No. 01: Clases de Forma Clase de Forma

Rangos de clase

Forma de la Cuenca Casi redonda a

Clase Kc1 Clase Kc2

De 1.00 a 1.25

oval redonda

de 1.25 a 1.50

Oval redonda a Oval oblonga

Clase Kc3

de 1.50 a 1.75

Oval oblonga a Rectangular oblonga

ESTUDIO DE LAS VARIABLES HIDROMETEREOLOGICAS HIDROMETEREOLOGICAS a. Pre Pr ecipi tación

La información meteorológica disponible, al igual que para la mayor parte del país es limitada, en la zona del proyecto no existe Estación Pluviométrica, los datos de precipitación fueron obtenidos de las estaciones cercanas al ámbito del proyecto, ubicadas en la cuenca alta del río Huallaga, Río Santa y cuenca del Río Marañón.

Características Características de la Precipitación Para efectos de las las estaciones analizadas analizadas se puede puede concluir concluir que la precipitación total anual y la Precipitación Precipitación Anual al 75% de probabilidad probabilidad de ocurrencia muestran un un ajuste (mejor coeficiente coeficiente de correlación) correlación) a una regresión lineal lineal con la altitud de acuerdo acuerdo a la siguiente ecuación:

P = a + bH

Donde: P : Precipitación Total anual H: Altitud sobre sobre el nivel del mar a : Coeficiente b : Pendiente. b. Aná A nál i sis de l a Temperatu r a

En vista que el comportamiento de la temperatura con las variaciones de la altitud son muy regulares, el modelo de variación de esta variable se tomó de los estudios de la cuenca alta alta del Río Huallaga (INRENA), la misma relaciona a 13 estaciones estaciones con altitudes similares a la Laguna de Yanacocha, Yanacocha, este modelo relaciona valores valores promedios anuales con la altitud, presentando un coeficiente de regresión de 0.90.

Temperatura Medias Anuales El cálculo de esta variable se hizo usando el modelo anteriormente descrito.

T = 32.07 - 6.39 x 10-3x H Donde T : Temperatura Media Anual (°C) H : Altitud (m) sobre el nivel del mar Aplicando el modelo anterior y considerando la altitud de la zona del espejo (lugar de las obras a 4,285.00 msnm), la temperatura promedio anual sería de 4.70 ° c. A nál i si s de de l a H Hum ume edad Relati Relat i va

Esta variable está en función a la temperatura y del contenido de vapor de agua en el ambiente; por falta de información información dentro de las áreas de estudio, se toma el modelo de variación a esta variable variable analizada en la Hidrología de una Presa de similar similar altura de la cuenca alta del Río Huallaga, Huallaga, Región Región Andrés Avelino Cáceres, Cáceres, la misma misma relaciona promedios anuales de esta variable con altitudes similares a la Laguna Yanacocha, con un coeficiente de regresión de 0.576. La aplicación de este modelo dentro de la Micro cuenca de la Laguna de Yanacocha da como resultado una media anual de Humedad Relativa de 75.36% la cual se distribuirá con las medias mensuales observadas en la Estación de Lampas Alto N° 2.

HR = 59.21+3.77 x 10-3x H Donde: HR :Temperatura promedio anual (°C) H : Altitud (m) sobre sobre el el nivel del mar. mar. d. Aná A nál i sis de la E vaporación vapor ación

La evaporación es la sumatoria de fenómenos que transforman mediante procesos físicos el agua en vapor. Para el cálculo de este parámetro y por la falta de información dentro de la zona de interés y en reemplazo de la toma de valores arbitrarios, se tomó el modelo deducido en el estudio Hidrológico de la Presa de Pachcacocha, Pachcacocha, la misma relaciona Altitud y Evaporación, mediante un análisis de regresión de los valores registrados en las Estaciones de Córpac - Huánuco, Ambo, San Rafael y Huariaca, y su altitud, de las cuales deducimos deducimos la siguiente ecuación; ecuación; coeficiente de correlación r = -0.657.

Ev = 1731.3633 - 210.46 x 10-3 x H Donde: Ev : Evaporación Promedio anual (mm) H : Altitud (m) sobre el nivel nivel del mar

De la aplicación de este modelo dentro de la Microcuenca de la Laguna de Yanacocha, resulta en la lámina de evaporación de 829.54 mm al año, la misma se distribuyó mensualmente con el patrón observado en la estación de Huariaca.

1. ESCUR ESCURRIM RIM I ENTO SUPERFI UPERFI CIAL

El escurrimiento es otra componente del ciclo hidrológico, y se define como el agua proveniente de la precipitación, que circula sobre o bajo la superficie terrestre, y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca (estación de aforo). Si se analiza un corte esquemático, de la superficie terrestre, se tiene que la precipitación cuando cuando llega a la superficie, superficie, se comporta de la siguiente manera: 

Escurr Escurr imi ento Supe Super fi cial.

Es aquel que proviene de la precipitación no infiltrada y que escurre sobre la superficie del suelo. El efecto sobre el escurrimiento total es inmediato, y existirá durante la tormenta e inmediatamente después de que esta termine. La parte de la precipitación total que da lugar a este escurrimiento, se denomina precipitación en exceso. exceso. 

Escur Escur r imiento im iento Subsupe ubsuperr f ici al.

Es aquel que proviene de una parte de la precipitación infiltrada, el efecto sobre el escurrimiento total, puede ser inmediato o retardado. Si es inmediato se le da el mismo tratamiento que al escurrimiento superficial, en caso contrario, como escurrimiento subterráneo. 

E scur r i mi ento Subterr áneo.

Es aquel que proviene del agua subterránea, la cual es recargada por la parte de la precipitación que que se infiltra, una vez vez que el suelo se se ha saturado. saturado. 

M edición de de Escur Escur r im iento (Afor os). os).

La hidrométria, es la rama de la hidrológica que estudia la medición del escurrimiento. Para este mismo fin, es usual emplear otro término denominado aforo. Aforar una corriente, significa determinar a través de mediciones, el caudal que pasa por una sección dada y en un momento dada.

Existen diversos métodos, para determinar el caudal de una corriente de agua, cada uno aplicable a diversas condiciones, según el tamaño de la corriente o según la precisión con que se requiera los valores obtenidos. Los métodos mas utilizados son: 

Aforos con flotadores.



Aforos volumétricos.



Aforos químicos



Aforos con vertederos.



Aforos con correntometro o molinete.

2. Af oro or o e en n l as Cuencas en Es E studi o

Se realizaron aforos en las cuencas Laguna Cotachaca Cotachaca y río Molienda tanto todos puntos de ingresos hídricos a la laguna de Cotachaca, así como sus respectivas salidas los métodos aplicados son el Volumétrico en los pequeños brotes de agua (ojos de aguas) y con Correntómetro aquellos caudales formados por los deshielos de los nevados; y en las salidas de las lagunas De los aforos realizados en el mes de Junio se obtuvieron los siguientes resultados: Laguna Silicucho Qrecarga= 0.020 m 3/seg. QDescarga= 0.012 m3/seg. Río Molienda QBocatoma=

0.016 m3/seg.**

3. CAUDAL DE DI SEÑO

Una creciente es un evento que produce en niveles muy altos, en los cuales el agua sobrepasa la banca o inunda las zonas aledañas. Las crecientes causan daños económicos, pérdidas de vidas humanas o trastornan toda actividad social o económica de una región La magnitud del caudal de diseño, es función directa del periodo de retorno que se le asigne, el que a su vez depende de la importancia de la obra y de la vida útil úti l de ésta. Algunos métodos usados son:



Método directo



Métodos empíricos



Métodos estadística

4. DISPONIBILIDAD DISPONIBILIDAD DE AGUA Para ver la disponibilidad de agua que existe en el sistema hidrológico para abastecer la demanda de agua para la irrigación de 528.5 Hectáreas de terrenos de cultivos, esta cantidad proviene de la Lluvia que discurre de las quebradas al Vaso Colector que se almacena en la Laguna Yanacocha y adicionalmente se considera los aportes de 03 áreas drenantes derivadas mediante canales de desviación hacia el Vaso de la Laguna , estos aportes serán afectados con una eficiencia de 30% (similar al canal de tierra).

Por la falta de información de Caudales mensuales dentro de la Microcuenca de la Laguna Yanacocha, Yanacocha, se va a trabajar con las precipitaciones al 75% de persistencia, persistencia, pues el Proyecto Proyecto de la Represa Represa de Yanacocha Yanacocha va ser destinada destinada a la Irrigación. Irrigación. a.

Cál cul o de la Pre Pr ecipi tación E f ectiva cti va

La precipitación Efectiva calculada se muestra en el siguiente cuadro:

ES

PP

Pe

(mm)

(mm)

ENE

125.67

73.00

FEB

164.42

96.70

MAR

191.41

100.40

ABR

108.73

74.70

MAY

36.82

24.30

JUN

13.60

5.80

JUL

7.31

10.00

AGO

18.86

10.20

SEP

38.14

24.60

OCT

94.59

65.80

NOV

109.66

74.80

DIC

106.79

75.70

b. D i sponibil poni bil i dad Hí H ídri ca de l as Quebradas y M ananti anant i ales Apor tantes

Es necesario mencionar que esta disponibilidad de agua es de las quebradas y manantiales que aportaran a la Laguna de Yanacocha debido a la lluvia, estos aportes eran dervivados con canales colectores al Vaso colector.

DISPONIBILIDAD DISPONIBILIDAD HIDRICA EN LA MICROCUENCA Disponibilidad de Agua Disp. Queb. Quellay Disponibilidad

5.

Mes

Qda. Pachacuyo

y Manantiales

Total (m3)

Enero

1,071,360.00

642,816.00

1,714,176.00

Febrero

1,645,056.00

987,033.60

2,632,089.60

Marzo

2,812,320.00

1,687,392.00

4,499,712.00

Abril

1,555,200.00

933,120.00

2,488,320.00

Mayo

723,168.00

433,900.80

1,157,068.80

Junio

336,960.00

202,176.00

539,136.00

Julio

214,272.00

128,563.20

342,835.20

Agosto

267,840.00

160,704.00

428,544.00

Setiembre 259,200.00

155,520.00

414,720.00

Octubre

535,680.00

321,408.00

857,088.00

Noviembre 673,920.00

404,352.00

1,078,272.00

Diciembre 749,952.00

449,971.20

1,199,923.20

CALCULO DE LA DEMANDA Y BALANCE HÍDRICO a. Evaporació Evapor ación n Potenci Potenci al

La evapotranspiración potencial, en el presente estudio, se ha evaluado utilizando el Método Empírico de Hargreaves. Los elementos meteorológicos necesarios para la aplicación de este método fueron: Factor de evapotranspiración potencial, temperatura media mensual, humedad relativa en porcentaje.

ETP=MF*CH*T Donde: MF

: factor que depende de la latitud y del mes.

CH

: factor de corrección por humedad cuyo valor es:

CH

: 0.166 * (100 – hr) hr)0.5

HR

: humedad relativa media mensual (%).

T

: temperatura media mensual (ºF).

b. Ce Cedula dula de Cul tivo ti vo

b.1

Calendario de Cultivo

Los cultivos principales seleccionados para el estudio son: Maíz Grano, Maíz choclo, Papa, Cebada, Cebada, Trigo, Habas, Habas, Arverjas ,Tarwi y Huertos. La selección de los cultivos se hizo considerando la producción para el mercado, el autoabastecimiento, autoabastecimiento, la ocurrencia de heladas y los cambios de la tecnología tradicional.

b.2

Cedula de Cultivo

La cédula de cultivo para el estudio se ha definido considerando considerando los siguientes criterios: 

Capacidad de uso de la tierra.

 

Aptitud de las tierras para el riego.



Cultivos tradicionales.



Ocurrencia de las heladas.



Fechas posibles de siembra y cosecha de los cultivos.

La cédula de cultivo propuesto para este estudio se muestra en el Cuadro Nº 07.

b.3

Coeficiente de Uso Consuntivo

El Uso Consuntivo es uno de los factores más importantes tanto para establecer la demanda de agua de los sistemas de riego como para determinar los intervalos entre riegos. Siendo de esta manera un dato que se requiere para la planificación del riego tanto a nivel parcelario como en su totalidad del estudio.

b.4 Uso Consuntivo – Evapotranspiración Evapotranspiración Real Los cálculos desarrollados para obtener la Evapotranspiración real son los siguientes:

Método de Hargreaves Hargreaves Cálculo de la Evapotranspiración Potencial (ETP)

Etp = MF x TMF x CH x CE Donde: ATP : Evapotranspiración Evapotranspiración Potencial (mm/mes). MF : Factor Mensual de Latitud. TMF : Temperatura media mensual en ºF. CE : Factor de Corrección por altitud CE = 1+0.04*Altitud (msnm) 2000 CH: Factor de Corrección por humedad relativa del aire. CH : 0.166 * (100 – HR)^0.5

. . . . . . . . . . Si HR > 64%

CH : 1.00

. . . . . . . . . . Si HR < 64%

HR : Humedad relativa media mensual en porcentaje. Calculo de la Evapotranspiración Real se realiza mediante la siguiente formula:

Etr = Kc x ETP Donde: Etr : Evapotranspiración Real (mm/mes). Kc : Coeficiente de Cultivo. ETP : Evapotranspiración Evapotranspiración Potencial (mm/mes).

Cuadro Nº 10: Cálculo de la Evapotranspiración Real MES

Kc

Etp

Etr

(mm/mes)

(mm/mes)

ENE

0.60

102.57

61.18

FEB

0.57

91.12

51.90

MAR

0.80

88.18

70.16 70.16

ABR

0.86

72.81

62.97

MAY

0.89

83.85

74.44

JUN

0.80

74.46

59.71

JUL

0.79

79.67

62.81

AGO

0.85

91.06

77.40

SEP

0.85

102.90

87.47

OCT

0.85

96.90

82.37

NOV

0.85

106.33

90.38

DIC

0.55

105.57

58.45

c. Demanda de Agua

La determinación de la demanda de agua tiene igual importancia que la disponibilidad. La demanda de riego se la calculado para un total de 528.5 Has de tierras aptas para el riego ubicadas en la parte baja de la l a Laguna Yanacocha. Yanacocha. Los Cálculos de la Demanda se muestran en el Cuadro Nº 13 d. B alance al ance H ídri dr i co

Se ha realizado una Simulación para ver si se va abastecer óptimamente con Agua todos los meses a la Demanda Hídrica, sea verificado que la cantidad de agua a represar es suficiente, y en ningún mes el volumen de agua que se almacena es menor al volumen mínimo (Volumen Muerto) que es de 29,204.0m3. Además se puede observar que en los meses de Noviembre a Abril el volumen a represar excede la Capacidad de Almacenamiento de

1’135,724 m3 ,

el volumen de

excedencia excedencia será derivados por el Vertedero de Demasías hacia un cauce natural.

e. B alan al ance ce hídr i co

El balance hídrico ha sido establecido tomando como base la demanda del proyecto que corresponde a un área de 1520 Has., de cultivos y a la disponibilidad del recurso hídrico al 75% de persistencia.

6. ALM ACENAM I ENTO EN VASOS VASOS

En este capítulo se hace se hace referencia a las conceptos hidrológicos fundamentales necesarios para el diseño de vaso y al tránsito de avenidas y cauces, los cuales, aunque relativamente simples, son de gran importancia en hidrología, pues en gran parte constituyen las bases sobre las que se sustenta el dimensionamiento d imensionamiento de las presas y otras obras de aprovechamiento y protección contra las inundaciones. T i pos de A l macenami ento y sus Car acterísti cas. cas.

La siguiente descripción se refiere a los l os tipos de almacenamie al macenamiento nto y sus características de interés en la hidrológica. Los detalles restantes corresponden a otras materias, como obras hidráulicas e hidráulica fluvial. Un vaso de almacenamiento sirve para regular los escurrimientos de un río, es decir, para almacenar el volumen de agua que escurre en exceso en las temporadas de lluvia para posteriormente usarlos en las épocas de sequía, cuando los escurrimientos son escasos. Esto se puede ilustrar con una situación como la que se muestra en la figura 7, donde se a dibujado, en forma muy esquemática, el hidrograma anual de escurrimiento en un río y una demanda. En este caso, la demanda de agua, constante durante todo el año, es mayor de lo que aporta el río en los meses de diciembre a junio, pero menor de lo que aporta de julio a noviembre. Es necesario, entonces, almacenar el volumen sobrante para poder satisfacer la demanda cuando el escurrimiento en el río no es suficiente, para lo cual se requiere un vaso de almacenamiento.

F igura : H idrograma idrograma Anual de Escurri Escurri miento miento

Un vaso de almacenamiento puede tener uno o varios de los siguientes propósitos:

a) Irrigación. b) Generación de energía eléctrica. c) Control de avenidas. d) Abastecimiento de agua potable. e) Navegación. Navegación. f) Acuacultura. g) Recreación. h) Retención de sedimentos. Los principales componentes de un vaso de almacenamiento se muestran en la figura. F igur igu r a: Pri ncipale nci paless Compone Componentes ntes de un Vaso Vaso

El NAMINO: (llamado también nivel de aguas mínimas de operación) es el nivel más bajo con el que puede operar la presa. Cuando este es para irritación o otros usos. En el caso de presas para generación de energía eléctrica, el NAMINO se fija de acuerdo con la carga mínima necesaria para que las turbinas operen en buenas condiciones. El volumen muerto es el que se queda debajo de NAMINO; es el volumen de que no se puede disponer. El volumen de azolves es el que queda bajo el nivel de la toma y se reserva para recibir el acarreo acarreo de sólidos por el el río durante la vida útil útil de la presa. El NAME (nivel de aguas máximas extraordinarias) es el nivel más alto que debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición. El volumen que queda entre este nivel y el NAMO, llamado super almacenamiento, sirve para controlar las avenidas que se presentan cuando el nivel en el vaso esta cercano al NAMO. El espacio que queda

entre el NAME y la máxima elevación de la cortina (corona) se denomina borde libre y esta destinado a contener el oleaje y la marea producidos por el viento, así como a compensar las reducciones en la altura de la cortina provocadas por sus asentamientos.

7.

CALCULO DE LAS DESCARGAS MÁXIMAS a. I nte nt ensidad de Pre Pr ecipi tación

La intensidad máxima de precipitación depende de las variables: - Tiempo de concentración. - Tiempo de retorno. b. Coefi Coef i ciente ci ente de E scorr entía

El coeficiente de escorrentía para el cálculo de las descargas máximas se evalúa de acuerdo a las siguientes características de la Micro Cuenca: -

Relieve.

-

Capacidad de infiltración.

-

Cobertura vegetal.

-

Almacenamiento Almacenamiento en superficies.

Ce = 0.50 c. D escargas scar gas M áx i mas

El caudal máximo para la Micro cuenca de la Laguna Yanacocha se ha calculado por el Método Racional Racional y el Método del Hidrograma Unitario Sintético SCS SCS y es presentado presentado al final del presente Acápite. De los cuales se ha tomado como valor el diseño el Caudal de 5.69m3/s para un tiempo de retorno de 50 años.

A.

Calculo del Hidrograma Unitario de Avenidas

Método del “Soil Conservación C onservación Service” para El Hidrograma Unitario

Características del Vaso Colector

Área de la cuenca :

3.140km2

Long. Cauce principal :

1.3km

Pendiente y :

0.220

%

Uso del Terreno :

Pastizales ........CN : 69

Suelo de Textura :

Colinaza

Condición Hidrológica :

Pobre

Cota Máxima :

4750m

Cota Mínima :

4300m

Desnivel :

ΔH = Hmáx. - Hmin. ΔH = 450m

Calculo del Potencial Máximo de Retención S

=

1000/CN – 10

CN

=

69 1000/74 -

S

=

10

S

=

4.493

S

=

4.49

Calculo del Potencial Máximo de Retención R

=

L0.8(S+1)1.67 13.9*Y0.5

R

=

3.310

R

=

3.31Horas

Calculo de la Duración "D"

D

=

0.4 R

D

=

0.4*3.758

D

=

1.324

D

=

1.32Horas

Calculo del Tiempo Pico (Horas) Tp

=

R + D/2 = 3*D

Tp

=

3*0.50

Tp

=

3.97

Tp

=

4.0Horas

Calculo del Tiempo Base (Horas) Tb

=

2.67*Tp

Tb

=

2.67*2.9

Tb

=

10.604

Tb

=

10.6Horas

Calculo del Potencial Máximo de Retención Qp

=

A Tb * 1.8

Qp

=

0.208*A Tp

Qp

=

3.140km2 7.6*1.8

Qp

=

0.20 m3/s

Calculo de la Abstracción Inicia (Ia) Ia

=

5.08*S

Ia

=

22.82 mm

Calculo de la Precipitación Efectiva Pe = [P-5.08*S]^2 P+20.32*S

Pe = 6.2mm de la Pp

máx. El Ia representa el 15.40%

115.98mm

MEMANDA DE AGUA El aumento de la población y los múltiples usos del agua que el progreso requiere, han hecho que este recurso sea imprescindible para el desarrollo económico y social de un país. El rápido crecimiento de la demanda ha hecho que el agua sea cada vez más escasa, tanto en calidad como en cantidad, por lo cual su cuidadosa administración, conservación y empleo más eficiente, han adquirido cada vez mayor importancia. Los cultivos pueden expresar su potencial productivo cuando disponen de los factores de producción en la cantidad y oportunidad que los necesitan. Algunos de estos factores no pueden ser controlados por el hombre, dependen de la naturaleza como es el clima y las características naturales del suelo; otros factores productivos pueden ser controlados

en mayor o menor grado, como el nivel de nutrientes del suelo, estado sanitario del cultivo, contenido de humedad del suelo, etc. El agua que requieren los cultivos es aportada en forma natural por las precipitaciones, pero cuando ésta es escasa o su distribución no coincide con los períodos de máxima demanda de las plantas, es necesario aportar artificialmente. En general, el clima del altiplano se caracteriza por una concentración de la pluviometría en los meses de invierno (Enero a Marzo), produciéndose diversos grados de déficit hídrico en la temporada de primavera-verano, período que coincide con el de mayor crecimiento de los cultivos, y por lo tanto, los meses de mayor demanda de agua. Bajo estas circunstancias un conocimiento de las diversas tecnologías de riego cobra importancia, más aún si se desea hacer un uso eficiente de este recurso que normalmente es escaso. La disponibilidad de agua de riego posibilita aumentar e intensificar el sistema productivo, ya que permite disponer de nuevas alternativas productivas, como también obtener un aumento de los rendimientos de los cultivos que se pueden explotar en una agricultura de secano. Sin lugar a dudas que para aprovechar las ventajas de la agricultura de riego es necesario conocer las técnicas que permitan optimizar el manejo del agua.

1. CÉDULA DE CULTIVOS Según el diagnóstico en el área del proyecto, nos muestra la existencia de una población pecuaria numerosa y variada con un tipo de explotación establecida sobre pastos cultivados y naturales irracionalmente explotados y dadas las características climáticas y de altura sobre el nivel del mar que se encuentra el proyecto de mejoramiento de riego; se ha llegado a la conclusión de establecer la instalación i nstalación de pastos cultivados y naturales destinados a la explotación pecuaria, y productos de pan llevar en una mínima proporción.

Cultivo

Area % (Has)

Meses May Jun

Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr

Papa dulce

26.00 26.37

-

-

-

-

Papa amarga Quinua

20.67 20.96 10.07 10.21

-

-

-

-

-

-

-

2.54

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Cañihua

2.50

Haba Pastos cultivados

16.73 16.97 8.80 8.92

-

-

-

-

-

-

Avena Forrajera

5.83

-

-

-

-

-

-

Cebada Forrajera TOTAL =

8.00 8.11 98.60 100.00

-

-

-

-

-

5.91

-

-

2. COEFICIENTE DE CULTIVO Para tener en cuenta los efectos de las características del cultivo sobre sus necesidades necesidades de agua, se presenta unos coeficientes de cultivo (Kc), con objeto de relacionar la evapotranspiración de un cultivo en condiciones óptimas y que produzcan rendimientos rendimientos óptimos. Los valores apropiados de Kc en los que se tienen en cuenta las características de cultivo, el momento de siembra, fases de desarrollo vegetativo y las condiciones climáticas se aprecian en el siguiente cuadro. En ellas se distinguen las siguientes etapas: 

ETAPA DE GERMINACIÓN. Abarca la germinación, nascencia y estados iniciales del cultivo, cuando el porcentaje de cubrición es pequeño. Es esta fase se denomina la evaporación frente a la transpiración. Su duración en siembra se plantea a partir de los meses de Setiembre hasta Enero; y la germinación propiamente dicha oscila entre 18 a 21 días en su primera fase de crecimiento.



ETAPA DE CRECIMIENTO VEGETATIVO. Transcurre desde la fase anterior hasta que aparezca la cuarta, quinta hasta la sexta o séptima hoja trifoliar, así como, el alargamiento de las yemas de la corona que le dan una apariencia de roseta. Este estado es el punto inicial después después de cada cada corte, dura aproximadamente aproximadamente hasta hasta 60 días.



FASE INTERMEDIO. Se caracteriza por la elongación de los tallos. El alargamiento de los entrenudos de los tallos que es muy rápido, y la producción de materia seca es grande, dura aproximadamente 120 días.



FASE FINAL O DE MADUREZ. Presencia de botones florales o apariención de las yemas florales que coinciden con la aparición de los órganos reproductores, inicio de floración 150 días.

3. PROGRAMACIÓN DE RIEGO.

La programación de riego responde a las cuestiones planteadas en la introducción mediante la determinación de todos los elementos que definen el riego: periodo de riego, volumen o dosis de riego, frecuencia de riego, etc. La programación de riego que se tomo en cuenta para los pastos cultivados, siguió los siguientes criterios, que son los más utilizados: 1.

Maximizar la producción por unidad de superficie regada, r egada,

2.

Maximizar la producción por unidad de agua aplicada,

3.

Maximizar el beneficio de la explotación agrícola,

4.

Ahorrar o minimizar las necesidades energéticas. energéticas.

Existe una gran variedad de métodos de programación, desde el agricultor que riega basándose en su experiencia hasta los métodos más sofisticados que requiere de instrumentación y un alto nivel de preparación técnica. Para efectos del presente se uso el método basado en el estado hídrico de la planta y el balance hídrico. hídrico.

4. EVAPOTRANSPIRACIÓN EVAPOTRANSPIRACIÓN DEL CULTIVO O REAL. Denominada también evapotranspiración evapotranspiración del cultivo, culti vo, es la tasa de evaporación y transpiración de u cultivo exento de enfermedades, es por eso que a veces se le denomina Uso Consuntivo; su cálculo se efectúa mediante la relación: ETR  Kc * ETP

DONDE: ETR

:

Evapotranspiración Evapotranspiración Real (mm/mes).

Kc:

Coeficiente del cultivo.

ANALISIS DE DEMANDA La demanda del proyecto proyecto está compuesta por los beneficiarios beneficiarios directos, en función función a la necesidad de la población beneficiaria de disponer el recurso agua para fines de riego.

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS BIENES Y SERVICIOS. SERVICIOS. Con la implementación del presente Proyecto, se pretende mejorar la calidad de vida de la población, mediante la construcción de la Represa Pomasi y ampliar el área de riego.

Por su naturaleza, las dos alternativas propuestas son eminentemente promocionales; con la finalidad de dinamizar y mejorar la calidad de vida de la población beneficiaria, mediante la generación empleo temporal.

DIAGNOSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LA DEMANDA. La Irrigación Regulada Regulada de Lampa Lampa en la actualidad actualidad no funciona, funciona, debido a que no cuentan con un sistema de captación y conducción en una longitud promedio promed io de 7 Km., en el que hay que salvar una serie de obstáculos. Hace más de 11 años se ha ejecutado la excavación del canal (Tobecalen) en una longitud promedio de 14 Km., con la esperanza de lograr extraer del del Río Lampa el preciado elemento elemento hídrico, que permita permita desarrollar sus inmensas áreas de cultivo. En la actualidad se viene realizando trabajos de voladura de rocas y excavación manual con recursos propios, mediante faenas por parte de los interesados; solicitando apoyo a distintas instituciones, con el único propósito de lograr que, las Infraestructura del río Lampa lleguen en el futuro a sus áreas de riego. En el área de desarrollo del Proyecto en la actualidad los cultivos de pan llevar son estaciónales, estaciónales,

no cuentan cuentan con con riego alguno; por por lo que tienen tienen que que adaptarse adaptarse

necesariamente necesariamente a la época de lluvias.

PROYECCIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA Demanda de Agua La demanda hídrica de la Irrigación Regulada de Lampa es de 2,500 Lts/seg; con un modulo de riego de 1.16 Lts/seg/Ha; en base a la cédula de cultivo, bajo un sistema de riego por gravedad se tendrá un área bajo riego de 2,700 Hás. A continuación se muestra muestra la demanda de agua actual actual Sin Proyecto y Con Proyecto:

Cuadro Nº 13:DEMANDA 13:DEMANDA DE AGUA PROYECTADA PROYECTADA EN (MMC) CON PROYECTO PROYECTO Años DESCRIPCIÓN

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

0 Demanda

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

de agua proyectada

(MMC)

ANALISIS DE OFERTA

0.00 0.00 7.32 18.29 36.58 78.84 78.84 78.84 78.84 78.84 78.84

Cuadro Nº 15: OFERTA DE DE AGUA PROYECTADA (MMC) CON PROYECTO PROYECTO

En el ámbito de la Irrigación Regulada de Lampa, a la fecha, no existe ofertantes ofertantes institucionales. El caudal de máxima avenida del río Lampa, es de 280.20 m3/seg. , con un periodo de retorno de 50 años. De la disponibilidad de agua del río Lampa, en actuales circunstancias circunstancias no se utiliza para el Proyecto Irrigación Regulada de Lampa. Luego con el proyecto se espera incrementar la utilización de agua hasta 2.5 m3/s, que representa un volumen anual de 78.84 MMC de agua; el mismo se visualiza en el cuadro siguiente:

Cuadro Nº 14: OFERTA DE AGUA ACTUAL SIN PROYECTO DESCRIPCIÓN Río Lampa

TOTAL

Caudal

CON PROYECTO

Volumen Caudal

Volumen

(m3/seg) (MMC)

(m3/seg) (MMC)

0.000

0.00

2.500

78.84

0.000

0.00

2.500

78.84

La oferta de agua proyectada en la Situación Con Proyecto es de 2.50 m3/s., lo que representa un volumen anual de 78.84 MMC, y en base a la autorización de uso de agua del Administración Local del Agua (ALA-JULICA), se proyecta el incremento de progresivo del recurso hídrico, conforme se avanza con las obras de infraestructura de riego: A partir del año 2009 la oferta de agua se mantendrá en forma constante; en el cuadro siguiente siguiente se aprecia el desarrollo desarrollo de la oferta:

Años DESCRIPCIÓN

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Demanda de agua proyectada (MMC)

0.00 3.94 7.88 19.71 78.84 78.84 78.84 78.84 78.84 78.84 78.84

BALANCE OFERTA - DEMANDA En seguida se muestra muestra el balance de agua, calculado calculado de la siguiente forma: BALANCE DE AGUA

=

OFERTA - DEMANDA

En base a la incorporación de áreas de cultivo, se ha proyectado el requerimiento de agua para satisfacer las necesidades de los cultivos en forma oportuna y en cantidad suficiente para el periodo del proyecto en la Situación Con Proyecto, tal como se visualiza en el el cuadro cuadro siguiente: siguiente:

Cuadro Nº 16: DEMANDA Y OFERTA DE AGUA PROYECTADA (MMC) Nº AÑO

Demanda

Oferta

Balance

0

2011

0.00

0.00

0.00

1

2012

0.00

3.94

3.94

2

2013

7.32

7.88

0.57

3

2014

18.29

19.71

1.42

4

2015

36.58

39.42

2.84

5

2016

78.84

78.84

0.00

6

2017

78.84

78.84

0.00

7

2018

78.84

78.84

0.00

8

2019

78.84

78.84

0.00

9

2020

78.84

78.84

0.00

10 2021

78.84

78.84

0.00

Fuente: Elaboración Propia del proyectista, 2011

SEDIMENTACION EN EL EMBALSE SEDIMENTOLOGÍA Se tienen información sobre la producción y transporte de material sólido que se han realizado mediciones esporádicas, durante periodos cortos, cubriendo solo parte de los caudales típicos del río Huancabamba y sin medición precisa del transporte de sólidos en el caso de avenidas grandes, que usualmente tienen un impacto importante en el transporte de sólidos y colmatación de embalses. En este sentido es necesario continuar con mediciones de campo para permitir un análisis más detallado de este fenómeno. El periodo de registro ha sido de 5 años, que ha implicado aplicar un método conservador para definir los volúmenes de sólidos tanto en suspensión como de fondo. Los resultados de estos análisis se prevén una cantidad de 2,300.000 t/año de material en suspensión y 250.000 t/año del material de fondo. (Total 2,550.000lógico t/año). Sobre la base de estos datos se ha determinado que se puede esperar que después de 50 años de la operación, quede cerca de 68 MMC de material sólido dentro del embalse,

teniendo en cuenta que en este Estudio solo se ha analizado la solución definitiva de embalse Limón, con una capacidad total 190 MMC y volumen muerto de 80 MMC. Teniendo en cuenta la disponibilidad de los resultados de las mediciones de campo del transporte del material sólido, se analizo este fenómeno, como también el fenómeno de la sedimentación del embalse Limón, desde el punto de vista de su máxima intensidad, la experiencia en proyectos similares, las reglas de operación del embalse que pueden reducir la sedimentación, el estimado del periodo de vida útil de la primera fase del proyecto Olmos (antes de la puesta en marcha de la segunda fase) y otros. Como resultado de estos análisis se determino que el volumen muerto de 14 MMC es suficiente para el depósito del material sólido del río Huancabamba, en el perfil de la presa Limón, teniendo teniendo en cuenta cuenta los siguientes datos y análisis: Se considera que la colmatación del embalse Limón dependerá en gran parte de las reglas de operación del embalse, que deberá permitir un transporte adecuado del material sólido, fuera del embalse, sin permitir un proceso intensivo de colmatación. En este contexto se prevé operar el embalse con un nivel variable, de tal manera que durante el periodo de las lluvias se baja el nivel de embalse y se permite el transporte de avenidas con la profundidad mínima de embalse y con las condiciones de transporte de sedimentos muy similares a las condiciones naturales (altas velocidades de agua que impiden el proceso de colmatación). Para facilitar este tipo de operación se ha diseñado la purga hidráulica, con una capacidad muy alta de 350 m3/s y una ubicación de la toma provisional casi al fondo del embalse, que permite evacuar un gran 50 porcentaje de las l as avenidas a través de este sistema del lavado hidráulico del embalse. b. A parte de las reglas de operación ya establecidas se tiene previsto controlar permanentemente permanentemente el proceso de colmatación del embalse Limón, a través de levantamientos topográficos de todo el embalse, cada tres años. Sobre la base de esta información se prevé realizar ajustes y mejoramientos de las reglas de operación del embalse con el objetivo de reducir al máximo el posible proceso de colmatación del embalse. Como resultado del comportamiento real del embalse y las mediciones del proceso de colmatación, será posible definir los niveles óptimos del agua en el embalse que permiten realizar la evacuación óptima de un mayor porcentaje del material sólido, reduciendo el proceso de colmatación del embalse. c. Vale la pena también destacar que se prevé un flujo continuo de agua desde el

embalse hacia la zona de riego, tanto durante el periodo seco del año así como durante el periodo húmedo. De tal manera que el túnel trasandino permitirá el transporte y la eliminación de parte del material sólido, básicamente material en suspensión, que en el caso de un embalse sin flujo permanente de agua, tendría un proceso mas pronunciado de colmatación del mismo.

DIMENSIONAMIENTO DE UNA PRESA DE TIERRA DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO Y OPERACIÓN DEL EMBALSE LIMÓN La información que se reviso muestra las dimensiones principales del embalse Limón (volumen total, volumen activo, volumen muerto y los niveles respectivos), 40 así como también para definir su modo de operación durante la fase de explotación, se aplicó un modelo matemático de simulación de su operación, usando datos hidrológicos históricos. Se recomienda al futuro operador del Proyecto Olmos de establecer y aplicar un sistema de actualización de los datos hidrológicos relacionados al proyecto, como también de analizar la posibilidad de la aplicación de alguno de los modelos matemáticos que permiten pronosticar pronosticar el comportamiento hidrológico hidrológico del río Huancabamba. Huancabamba.

La calidad de los resultados de la simulación depende de los datos básicos, a saber: a. Datos de aportes, descargas, evaporación y otro. b. Datos del reservorio Limón (reglas de operación, relación entre volumen y niveles, niveles típicos de embalse y otros). c. Datos de demanda (demanda de usuarios agrícolas, caudal biológico).

Datos de aportes, descargas, evaporación y otros La superficie colectora de la cuenca del río Huancabamba Huancabamba hasta el eje de la presa Limón es de 2,700 Km2, las altitudes fluctúan desde alrededor de los 3,700 msnm en los picos de las montañas, hasta 1,130 msnm en la presa Limón. La fisiografía general de la cuenca del río Huancabamba es la que caracteriza a la mayoría de 41 los ríos de la vertiente Este de la Cordillera Oriental de los Andes, es decir, una hoya hidrográfica escarpada y en partes abrupta, con profundos cañones y estrechas gargantas. El río Huancabamba cuenta con diversos afluentes destacando numerosas quebradas menores, entre las que cabe mencionar: por la margen izquierda, Chulucanas-Chorro Blanco, Sapalache, Chuntaca, Los Cedros, Shumaya, Mancucur, Tuluce, Chalanmache, Sallique, Piquijaca y Quismache; y por la margen derecha Los Burros, Laumache, Angostura, Cascabamba, Uchupata, Huarmaca, Hualapampa, Yerma y Cañariaco. La principal laguna de la cuenca es la laguna Shimbe; existen también otras de menor tamaño como las lagunas Palombe, Mazán y otras. ( jorge alfredo briones zevallos – lima lima Perú 2008)

ALTURA DE PRESA La altura requerida de una presa de tierra es la distancia desde la fundación al nivel de la superficie de agua en el embalse cuando el aliviadero se encuentra descargando a la capacidad de diseño, más un borde libre que cubre la ola producida por el viento y la acción del hielo (congelamiento). Estudios recientes de las fallas de las presas de tierra indican que 40% resultaron de overtipping: revasamiento de la presa debido a: 1. Insuficiente borde libre. 2. Inadecuada capacidad del aliviadero. La forma de cálculo de marea de viento: altura de la ola y lo que trepa la ola se discuten en sección aparte. La congelación en la parte superior de la presa puede causar levantamiento y fisuras

(cracking) del suelo permitiendo infiltración dañina. Un borde libre adicional hasta un valor máximo de 5 pies debe aprovisionarse para pruebas en áreas sujetas a bajas temperaturas. Los materiales de los terraplenes de tierra se consolidan bajo cargas, pero la consolidación no es instantánea es de largo plazo. La consolidación resulta de la reducción en vacío (espacios vacíos) acompañada por compresión. Extracción de aire y agua de los vacíos. En suelos gravosos de cuarzo el incremento de vacíos es significativo y permite escape rápido de aire y agua confinada y la consolidación total puede ocurrir antes de que se termine la construcción del terraplén. En suelos de granos finos la consolidación es lenta y puede ser necesario proveer peso adicional de relleno de modo que luego de asentamiento, el terraplén deberá tener la altura de diseño. (Consolidación: asentamiento en tiempo considerable por drenaje de largo plazo). La tolerancia para consolidación se debe determinar mediante pruebas de laboratorio y observación de los asentamientos durante el proceso de la construcción. El valor de la tolerancia o permisibilidad de la consolidación fluctúe entre 2 a 5% de la altura total de la presa, la eliminación del agua del material de la fundaciónes un método utilizado para acelerar el proceso de consolidación. Paredes de parapeto de 2.3 pies de alto se construyen en el lado del talud aguas arriba de la cresta de una presa de tierra. Tales paredes son consideradas tan solo como un factor de seguridad adicional, pero pueden ser construidos con la rapidez suficiente para ser considerado como un elemento de borde libre. Esta práctica es económica solo en presas que exceden más de 30 pies de altura.

ANCHO DE CORONA: (B = H/5 + 10) B: Ancho de corona en pies, pi es,

H: Altura presa en pies. (Ingenieria del diseño y construcción de presas – Ing. Ing. Enrique Schroth

FILTRACIONES Al diseñar, construir y analizar el comportamiento de una presa se debe considerar que ella y su cimentación forman una unidad estructural, hasta el extremo que una presa es segura, si lo es también t ambién su cimentación. Los suelos para apoyar o cimentar una presa, en raras ocasiones presentan la calidad y características necesarias para satisfacer los requisitos exigidos, de resistencia, estabilidad e impermeabilidad adecuados. Será pues necesario mejorar sus condiciones naturales. Un buen estudio de una cimentación débil debería darnos más confianza que un estudio deficiente de una buena cimentación, pues ésta puede ocultar problemas importantes como: Erosión en el cimiento Erosión en el contacto presa-cimiento En terreno potencialmente erosionable lo esencial es el control de las filtraciones, control orientado a reducir su caudal, su gradiente y proteger su salida aguas abajo mediante dispositivos adecuados. adecuados. Los tratamientos más comunes tienen dos objetivos: 



Reducir las pérdidas de agua: tendrá un carácter económico y en cada caso debe plantearse su su necesidad. Evitar la Erosión Interna: es una necesidad ineludible.

Los procedimientos más utilizados para conseguirlos son: a) Las pantallas o cortinas profundas de inyección. (Fig. N° 01). b) Los tapices de material impermeable impermeable

compactado. c) Otros

Fig. N° 01. Base de Núcleo intercepta material permeable de la Base. FENOMENOS DE FILTRACION Existen una serie de conceptos para diferenciar los diferentes tipos de ruptura Hidráulica, sin embargo no existe una frontera claramente divisoria entre uno y otro fenómeno.

La Erosión interna ocurre cuando las fracciones del cuerpo de la presa o cimentación, son arrastradas hacia aguas abajo abajo por flujo de la filtración

Tubificación es la forma de erosión interna que se inicia con la Erosión Regresiva, en una grieta o zona de alta permeabilidad, y el resultado es la formación de un “micro túnel” continuo llamado ”tubo“, que va desde aguas arriba hacia aguas abajo del cuerpo

o cimentación de la Presa

La Erosión Regresiva implica la separación de las partículas de los suelos cuando la filtración sale por ejemplo al pie aguas abajo de la presa homogénea. Las fracciones arrastradas son sacadas por la filtración y el proceso trabaja gradualmente en dirección hacia aguas arriba del cuerpo de la presa o de su cimentación hasta que se forma un “tubo” continuo.

El Reventón se presenta cuando cuando los gradientes de Salida en el pie de presa son altos. En suelos cohesivos esta condición se conoce como fractura hidráulica, y se manifiesta en forma de ebullición.

En la Fig. N° 02, se muestra una presa sobre una capa arcillosa y por debajo de ella subyace una material permeable (granular). Se muestran las Líneas de corriente y el diagrama de fuerzas originadas por el Gradiente Hidráulico de Salida, que puede dar lugar al Reventón (suelo movido por el empuje)

Fig. N° 02. Dique sobre una capa de Material Impermeable que yace sobre un Permeable.

En la Figura N° 03, se observa la presencia de una fractura en la capa cohesiva en el pie Aguas abajo de la presa, luego el material granular empieza a salir por esa fractura (Ebullición), luego se manifiesta en forma de erosión regresiva, y tiene lugar el fenómeno de Tubificación, cuyo canal se conectará al fondo del embalse.

Fig. N° 03. Erosion Interna La figura N° 03, trata de explicar como en una cimentación Homogénea el pie de Aguas abajo de la presa puede convertirse en una zona de Gradientes de Salida de gran magnitud, que pueden erosionar la zona mostrada

Fig. N° 03. Dique sobre una capa de Material permeable Ebullición de arena

Muchas veces para eliminar los efectos negativos de los fenómenos expuestos anteriormente se recurren a soluciones comola mostrada en la Fig. N° 04, en donde el diafragma de concreto intercepta toda la zona Aluvial permeable, pero que su contacto con el cuerpo de la presa puede ser su “talón de Aquiles”, y es aquí en donde se debe

prestar

atención.

Fig. N° 04. Dique con diafragma de concreto que intercepta el material permeable. EXPLICACION FISICA DE LAS FUERZAS FUERZAS FILTRANTES EN SUELOS SUELOS En el proceso de filtración la partícula, se puede idealizar bajo la acción de dos fuerzas: Presión hidrodinámica elemental, originada por la difere ncia de Carga “P” antes y después de la partícula, y la fricción filtrante elemental “t”, que actúa tangencial a la superficie de la partícula. La Resultante de estas dos fuerzas toma la dirección del movimiento del flujo.

dos vectores: W1 dirigida verticalmente, que representa la fuerza Hidrodinámica elemental de suspensión y el Vector Wf que tiene una dirección tangente a la línea de corriente y representa la fuerza unitaria de filtración. Estas fuerzas se expresan de la siguiente manera: El vector “R” se descompone en

GRADIENTE HIDRAULICO.- Para un recorrido determinado, está dado por la relación

Fig. N° 06. Esquema del del Fenómeno de Erosión interna. SUELOS PROPENSOS A LA EROSION INTERNA Sherard en 1969, clasifica los distintos materiales según se indica en el Cuadro N°03. CUADRO N° 03 REFERENCIA DE RESISTENCIA Mejor resistencia a la erosion interna Media resistencia a la erosion interna

Peor resistencia a la erosion interna

CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS 1.Arcilla de alta plasticidad (IP>15) bien compactada 2.Arena bien graduada o mezcla de grava y arena con finos arcillosos de media plasticidad (IP>6) (IP>6) bien compactado 3.Arena fina muy uniforme sin cohesion (IP<6) bien compactada.

INFORMACION BASICA PARA EL ANÁLISIS DE LA EROSION INTERNA En la zona de emplazamiento de la presa se debe ejecutar una serie de calicatas cuyos resultados permitan elaborar las características de la cimentación. Para el caso del análisis de filtración se debe obtener la siguiente información básica :

A) Perfil de la presa B) Ubicación del sistema de filtros C) Modelo geotécnico de la cimentación Granulometría curva completa (tamizado y vía húmeda) Densidad Permeabilidad de la cimentación o estratos. Con esta información y las condiciones de filtración se pasa a la etapa de análisis correspondiente.

METODOLOGIA PROPUESTA PARA DIAGNOSTICAR LA RESISTENCIA A LA FALLA POR FILTRACION. Para definir la estabilidad a la filtración, se plantea realizar dos tipos de cálculos.

Primer análisis , es una comprobación tomando como referencia datos cuyas magnitudes proviene de información de muchas presas existentes. Esta comprobación se le denomina

RESISTENCIA A LA FALLA CASUAL POR FILTRACION. El Segundo análisis denominado resistencia a la falla local por filtración . Esto tipo de análisis se realiza en lugares conocidos tanto del cuerpo de la Presa como en su cimentación. (Ms. Sc. Ing. Jorge BRIONES G.)

CALCULO DE FILTRACION DE LA PRESA El objetivo es evaluar las filtraciones de la presa y estimar la ubicación de la línea freática, caudal de filtración y gradientes hidráulicas en los lugares de salida del flujo. Los resultados de esta evaluación serán utilizados en el análisis de estabilidad de la presa. Fundamento del Movimiento del Flujo Filtrante En la Figura N° 14 se tiene una estructura que ha c errado un río. Admitamos que el flujo filtrante, que tiene lugar en la cimentación, puede ser reemplazado por un medio continuo de filtración, por lo tanto es posible utilizar el concepto de velocidad de filtración

. Figura N° 14 Estructura de cierre de río Por lo tanto el medio descrito puede ser analizar, bajo el supuesto que se tiene: A) Movimiento Laminar para el cual es aplicable la ley de Darcy. B) Potencial (sin vórtices), que tiene su función Potencial correspondiente. En diferentes puntos de la cimentación la velocidad de filtración u, es diferente tanto en magnitud como en dirección. En relación a esta situación el campo de la cimentación se puede considerar considerar como un polo de diferentes velocidades por magnitud y dirección. Por lo tanto en el caso de un PROBLEMA BIDIMENSIONAL se tiene tres Incógnitas: ux, uy, p. Estas magnitudes varían cuando se pasa de un punto de la cimentación a otro, es decir U= f( x, z)t ; Uy = f( x, z)t,

p = f( x, z)

ECUACION DEFERENCIAL DE LA LINEA EQUIPOTENCIAL Como se puede ver en el caso del movimiento de aguas subterráneas la función de Carga H(x, z) en todos los puntos del campo de la filtración tendrá que satisfacer la Ecuación de Laplace. En otras palabras, en todos los puntos de la filtración la suma de las segundas derivadas de H respecto a x y z tendrá que ser igual i gual a cero. La función que

cumple esta propiedad, se llama FUNCION ARMONICA. Por lo tanto la función de Carga H(x,z) tendrá que ser una función Armónica. Por cuanto H y _ están relacionadas entre ellas por la ecuación (8), entonces la Ecuación de Laplace (15) se puede escribir en la l a forma:

Red o Malla de Filtración La línea _ viene a ser una Sección hidráulica, entonces se puede demostrar, que las líneas φ y ψ forma UNA RED ORTOGONAL, que se llama la RED DE FILTRACIÓN. (Ver

figura

N°

15)

N° 15- Solución gráfica de la ecuación de La place PERDIDAS POR FILTRACIONES Se ha notado que la cortina de inyecciones prevista por ODEBRECHT es mucho menos profunda que en en el estudio ruso de de 1980. Cuando una presa es diseñada para ser construida en 2 etapas, es imprescindible que durante la construcción de la Primera Etapa se realicen las disposiciones necesarias para que la estanqueidad sea eficaz en las condiciones de operación de la Segunda Etapa (no es deseable tener que vaciar el embalse). Se debería decidir razonablemente de limitar de manera definitiva los riegos de pérdidas

importantes, diseñando un tratamiento de inyecciones mas profundo, tanto para ambas márgenes, como así también para el fondo del valle, y tomando además las disposiciones especiales en donde sea necesario. En la siguiente figura se muestra la zona a tratar, propuesta por los rusos, y propuesta por los brasileños. brasileños.

FILTRO La función función del filtro es retener y drenaje (dejar pasar pasar el agua liquido atraves de un medio poroso y no pasar sólidos). El filtro tiene 3 condiciones: D15 filtro 1.-

5< ------------------------------------------------------------- -- < 4 D15 natural protegido



Esto da a conocer la permeabilidad del material D15 filtro 2.-

-------------------------------------------------------- ------------- < 5 D85 material protegido



Esto asegura que las partículas del material serán retenido retenido

3.- El material debe ser de buena graduación y debe contener mínimo 5% de arcilla o los que pasan la malla 200 (material fino).

El Filtro Prensa es un sistema de filtración filtración por por presión. Es uno de los tipos de filtros más importantes usados en el TESVG; consisten en una serie de placas y marcos

alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas. Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. Con capacidad de 0.5 a 300 pies cúbicos. Podemos encontrarlas en acero al carbón resistencia química o bien de acero inoxidable. DESCRIPCION Los filtros prensa de placas y marcos están concebidos para suspensiones cargadas que forman una torta, están formados por una serie de platos verticales yuxtapuestos alternativamente con armazones huecos en los cuales se acumula la torta. El soporte de filtración está formado por telas que sujetan los platos acanalados. El filtrado fluye tras cruzar el tejido filtrante filt rante por las conducciones adecuadas. Las lonas que cubren las placas son el corazón del filtro prensa. En los inicios, se utilizaba algodón con diferentes tipos de hilado para retener los sólidos en suspensión a tratar, pero en la actualidad, existen multitud de materiales en tejidos técnicos. Destacan Destacan principalmente tres compuestos en tejidos técnicos para la retención de partículas: el polipropileno (PP), el poliester (PE) y la poliamida (PA), cuyo uso se determina por diversos factores, tales como temperatura y presión de trabajo. Con estos materiales se fabrican diferentes tipos de hilos: monofilamentos, donde una única fibra compone el material y los multifilamentos, donde diversas fibras entrelazadas componen el filamento. Una vez tejido el material con el hilo y tipo de lazada necesario se termo fija y se calandra. Las fibras sintéticas al salir de la hilera se someten a un proceso de estirado en el que se produce la orientación de las moléculas en el sentido del eje de la fibra, produciéndose una cristalización que se fija al enfriarse. Con esto se crean unas tensiones internas. Mediante el termo fijado, aportación de calor, se libera a las materias textiles de dichas tensiones llevándolas a un estado de equilibrio que las protegerá de toda deformación posterior. El termo fijado es estable siempre y cuando no existan condiciones de temperatura superiores que lo modifiquen posteriormente. El calandrado es un proceso de conformado que consiste en hacer pasar el material a presión entre rodillos de metal generalmente calientes que giran en sentidos opuestos. Con esta presión y aplastamiento, cerramos los poros del tejido y podemos controlar parte de su porosidad para que retengan las partículas deseadas. deseadas.

Los platos y los armazones reposan sobre tirantes de acero horizontales y robustos que se ajustan unos contra otros entre dos soportes, uno de los cuales es fijo y el otro móvil. El cierre del filtro es manual en los modelos pequeños: hidráulico y más o menos automatizado en los aparatos más importantes. Cuando los bastidores están completamente llenos de torta el caudal de filtración es prácticamente nulo y finaliza la filtración. (1) CICLOS DE FILTRACION Los filtros de prensa son sistemas de deshidratación intermitente. Cada operación de prensado supone supone los siguientes siguientes pasos: 1. Cierre de la prensa: Cuando el filtro está totalmente vacío, la cabeza movible que es activado por el sistema hidráulico-neumático cierra las placas. La presión de cierre es autorregulada mediante la filtración. filtr ación. 2. Rellenado: Durante esta fase corta la cámara se llena con lodos para su filtración. El tiempo de relleno depende del flujo de la bomba de alimentación. Para lodo con gran capacidad de filtración es mejor rellenar el filtro filtr o rápidamente para evitar la formación de una pasta en la cámara primaria antes de que se haya rellenado del todo. Filtración: Una vez rellenada la cámara, la llegada de manera continua de lodo a tratar para ser desaguado provoca un aumento de la presión debido a la formación de una capa espesa de lodo en las membranas. Esta fase de filtración puede reducirse reducirse de manera manual, manual, mediante un temporizador temporizador o un indicador del del flujo que activa una alarma de parada cuando se alcanza el final de la capacidad de filtración. Cuando se ha parado la bomba de filtración, los circuitos de filtración y ductos centrales, que están todavía rellenos r ellenos de lodo se les aplica aire comprimido para su purgado. Apertura del filtro: La cabeza movible se retira para desarmar la primera cámara de filtración. La pasta cae por su propio peso. Un sistema mecanizado tira de las placas una por unas. La velocidad en la separación de las placas puede ajustarse teniendo en cuenta la textura de la pasta.

Limpieza: La limpieza de las membranas puede llevarse a cabo entre 15-30 operaciones del proceso. Para unidades largas o medias esto tienen lugar en prensados usando spray de agua a altas presiones (80-100 bar). La limpieza está sincronizada con la separación de las placas. (3)

USOS Y APLICACIONES Los filtro prensa tienen una amplia aplicación en la separación sólido-liquido. Se utilizan mucho para el filtrado y clarificación de numerosos líquidos, también tienen utilidad en las industrias químicas o en las de los textiles artificiales, industria azucarera, cervecería, vinificación, industrias aceiteras, industria cerámica o en ciertas industrias extractivas. Actualmente los filtros prensa tienen un uso preferencial en muchas industrias por los altos rendimientos obtenidos, factor determinante en la industria pesada y minera, donde se exigen respuestas muy efectivas con equipos de nivel técnico especial.

ESTABILIDAD DE TALUDES ANALISIS DE ESTABILDAD DE TALUDES Puesto que las normas de diseño de las presas de tierra se basan por una parte en el conocimiento de las propiedades mecánicas de los materiales que integran la sección, y por otra en el estudio de los fenómenos que han sido responsable de las fallas ocurridas en el pasado. Se conoce como causas de falla más frecuentes:  Tubificacion  Agrietamiento  Licuación  Deslizamiento de taludes TUBIFICACION: Al almacenar el agua tras de una presa de tierra una parte de dicha agua comienza a filtrarse a través del cuerpo de la presa o de cimentación, siguiendo trayectoria que se inician en el lado de aguas arriba, y termina lógicamente en el de aguas abajo. La filtración a través de la presa presa o la cimentación depende depende principalmente de la habilidad que los suelos que interviene en ella tengan para permitir el paso del agua; esta habilidad es conocida como permeabilidad. A continuación se presenta el desarrollo de la tubificacion en una presa de tierra.

En algunos casos la formación del ducto o tubo se ha iniciado a través de la unión del terraplén de la presa con estructuras echas con materiales, tales como muros de contención o conductos de obras de toma que atraviesan el cuerpo dela presa. Los movimientos por asentamiento de terraplén, que curren posteriormente a la construcción llagan a provocar la separación entre la tierra y el elemento rígido de mampostería o concreto, dando así lugar a que se inicie allí la formación del tubo.

MEDIDAS PARA EVITAR LA TUBIFICACION Puesto que el fenómeno de la tubificacion se inicia con el arrastre de material en el lado de aguas abajo, donde la velocidad de salida de las filtraciones es mayor, todas las medidas tendientes a evitar el fenómeno se concretan en controlar el arrastre de material en el lado de aguas abajo, mediante el empleo de filtros, construidos por materiales permeables de buena graduación, graduación, cuya granulometría está condicionada al material que se pretende proteger.  Sección homogénea sobre cimentación impermeable.- es una presa de sección homogénea desplantada sobre una cimentación impermeable, las filtraciones emergen arriba del pie del talud de aguas abajo y el agua ocurre sobre el talud, lo lo cual origina arrastre de material. Paraevitar esta problema se recorre a la instalación de un filtro que puede ser de dos formas: Filtro en delantal delantal con espesor espesor de 2-3 m. Filtro en talud En ambos casos se obtiene el abatimiento de la línea de saturación y las filtraciones salen a través del filtro, filt ro, de la manera controlada que se evitan sus efectos constructivos.  Cimentación permeable.- cuando la presa esta desplantada desplantada sobre deposito aluviales de lata permeabilidad y la secciones de tipo flotante, es decir, no existe nengun elemento impermeable que intercepte las filtraciones a través de la cimentación. 



 Secciones

mixtas con trincheras impermeable.- cuando los depocitos aluviales permeables son interceptados por una trichera impermeable. El filtro dela trinchera podrá suprimirse en aquellos casos en que el material del depósito aluvial satisfaga los requisitos de una buen filtro.

FALLAS POR AGRIETAMIENTO. Después de construir una presa de tierra, se producen asentamientos de la corona que varían d magnitud a lo largo del eje de la presa, alcanzando sus valores máximos, generalmente hacia la sección de mayor altura; aunque en otra ocasiones los máximos asentamientos se presentan en zonas de menor altura, donde la cimentación está formada por materiales de alta compresibilidad. Este tipo de fenómeno, mostrando con línea punteada la posición de la corona del terraplén después de producido el asentamiento, así como la posición aproximada de las grietas transversales.

MEDIDAS PREVENTIVAS AGRITAMIENTO.

PARA

EVITAR

LA

FALLA

POR

Es evidente que las medidas que se tomen contra falla de esta clase están enfocadas principalmente hacia hacia la reducción de dichos asentamientos. asentamientos. Es conveniente colocar los materiales de la zona impermeable con el máximo paso paso volumétrico que permita el equipo de compactación compactación dentro de límites económicos. El grado de saturación que obtenga al colocar los suelos impermeables influye notablemente en la proporción de asentamiento que ocurre durante la construcción, con respecto al asentamiento total originado por compresión compresión de terraplén. La práctica de colocar zonas de filtro, formadas por arena y gravas de buena graduación sobre ambos taludes del corazón impermeable, es muy recomendable para evitar la erosión de las paredes de la grieta en caso de que se produzca. Las cimentaciones constituidas por depósitos, cohesivos, en estado suelto y parcialmente saturado, (arenas finas limosas y limos, de terrazas aluviales o depósitos eólicas) son fuentes importantes de asentamientos diferenciales bruscos durante el primer llenado de la presa. 







FALLAS POR LICUACION A diferencia por la falla de deslizamiento, en la que el talud se desplaza como un cuerpo

más o menos rígido, a lo largo de una superficie, se está una curva continua. Las arenas cuyos diámetros efectivos, D10 es menor de 0.1 milímetros y coeficiente de uniformidad menor de 5, y los limos que tienen un índice de plasticidad menor de 6, constituye suelos sumamente peligrosos cuando forman parte de la cortina o la cimentación de una presa de tierra.  La

producida de las arenas finas de depósito fluviales pueden variar

considerablemente considerablemente dentro del mismo estrato, encontrándose desde la área suelta, susceptible de licuarse, hasta la arena de mediana compacidad que no se licua con ninguna perturbación.  No

hay un límite preciso entre los rangos de porosidad para los cuales un arena es

o no susceptible de licuarse.  La

rigidez con que se licua una masa de arena repente de la manera como se

desarrollen las deformaciones en su interior.  Se

tiene una clasificación de las sensibilidad de los suelos a licuación, y se an

incluido algunas informaciones pertinentes para ilustrar los tres tipos. ti pos.

Recomendaciones Recomendaciones para prevenir la falla por flujo.  Los suelos exhiben una diferente susceptibilidad a la licuación corresponde a la máxima a los limos gruesos y a las arenas finas, uniformes y de granos redondeados; las arenas gruesas y las gravas, por una parte, y las arcillas de mediana y alta plasticidad, plasticidad, por la otra no son susceptibles de de licuarse.  Todos los materiales de la cortina deben colocar con una buena compactación; Ds = 95 %, del peso optimo (norma S. R. H.), para los suelos permeables o semipermeable y compacidad relativa mínima de 70%, para los materiales permeables.  En presas de sección homogénea no deran emplearse suelos de alta susceptibilidad a la licuación, especialmente en sitios con cimentación blanda o en zonas telúricas, hasta en tanto no se disponga de procedimiento digno de confianza para presidir el grado de riesgo. ri esgo.  Es admisible desplantar una presa de tierra sobre depósitos fluviales de arena fina, cuya compacidad relativa natural se a mayor de 50% o sobre limos compactos,

siempre que no exista el riesgo r iesgo de sismo o mantos blandos en la cimentación.  Pueden emplearse materiales de alta susceptibilidad, sin confinamiento, en zonas de la cortina que no estén sujetas a saturación, pero debe presentarse especial atención al control de su compactación compactación durante la construcción.

DESLIZAMIENTO DE TALUDES. Los taludes de una presa de tierra deben ser estables aun en las condiciones más desfavorables, desfavorables, de refuerzos que pueden presentarse en la vida de la presa. Resistencia al esfuerzo cortante La oposición que ofrecen las partículas al desplazamiento relativo se denomina resistencia al esfuerzo cortante puesto puesto que depende de interacción interacción de unas sobre otras, otras, la naturaleza de esta interacción será la que determine la resistencia. En los suelos granulares, constituido principalmente por partículas microscópicas, la resistencia al esfuerzo cortante parece derivar, exclusivamente, de efectos de fricción entre los granos, mientras que, en aquellos en los que predomina la fricción coloidal, la resistencia depende de las fuerzas atractivas y repulsivas que se ejercen entre las micelas.

TIPOS DE PRUEBA Compresión triaxial Se realiza envolviendo en una membrana impermeable M, un espécimen cilíndrico S, del suelo que se desea probar, cuya bases quedan en contacto con cabezas solidas B, provistas de piedra porosas F, que Servín de filtro, los filtros están conectados a tubos delgados provistos de válvulas V, que permiten gobernar la salida o entrada de agua al espécimen tales tubos de drenaje están conectados a una bureta graduada con la que se puede conocer conocer el volumen de agua expulsada expulsada o absorbida por el suelo durante la prueba. Prueba rápida Unas ves montadas el espécimen se aplica una presión al agua de la cámara, que se transmiten hidrostáticamente al espécimen, actuando sobre la membrana y las cabezas.

Suelos cohesivos. Los taludes en suelos homogéneos y puramente cohesivos son el caso más simple del método sueco. Mm = Wa

Mr = CLr Dónde: L = longitud del arco del circulo r = radio El factor de seguridad contra deslizamiento queda definido la relación entre el momento resistente, que correspondería a una condición límite de equilibrio, y el momento motor:   



 



             

Suelos con fricción y cohesión. En el caso más general la resistencia al corte de un suelo es una función de la presión normal a la superficie de falla, de la forma: f orma:

………………………………..2

Observaciones Observaciones del método sueco. superficie de falla es cilíndrica  La superficie  El prisma deslizante se desplaza como cuerpo rígido, girando sobre el eje del cilindro.  Cada dovela funciona independientemente de sus vecinas.  El valor del factor de seguridad del conjunto de dovelas es el promedio de los valores de todas las dovelas. ESTABILIDAD DE DE UN TALUD EN UNA PRESA PRESA DE TIERRA Y ENROCADO. Fórmulas para el cálculo de la curva de filtración en una presa de dos o más materiales en un suelo impermeable.

En algunos casos la formación del ducto o tubo se ha iniciado a través de la unión del terraplén de la presa con estructuras echas con materiales, tales como muros de contención o conductos de obras de toma que atraviesan el cuerpo dela presa. Los movimientos por asentamiento de terraplén, que curren posteriormente a la construcción llagan a provocar la separación entre la tierra y el elemento rígido de mampostería o concreto, dando así lugar a que se inicie allí la formación del tubo.

MEDIDAS PARA EVITAR LA TUBIFICACION Puesto que el fenómeno de la tubificacion se inicia con el arrastre de material en el lado de aguas abajo, donde la velocidad de salida de las filtraciones es mayor, todas las medidas tendientes a evitar el fenómeno se concretan en controlar el arrastre de material en el lado de aguas abajo, mediante el empleo de filtros, construidos por materiales permeables de buena graduación, graduación, cuya granulometría está condicionada al material que se pretende proteger.

MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EVITAR LA FALLA POR AGRITAMIENTO. Es evidente que las medidas que se tomen contra falla de esta clase están enfocadas principalmente hacia hacia la reducción de dichos asentamientos. asentamientos. 

Es conveniente colocar los materiales de la zona impermeable i mpermeable con el máximo paso volumétrico que permita permita el equipo de compactación compactación dentro de límites económicos.

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El grado de saturación que obtenga al colocar los suelos impermeables influye notablemente en la proporción de asentamiento que ocurre durante la construcción, con respecto al asentamiento total originado

por compresión compresión de terraplén. 

La práctica de colocar zonas de filtro, formadas por arena y gravas de buena graduación graduación sobre ambos ambos taludes del del corazón impermeable, impermeable, es muy recomendable para evitar la erosión de las paredes de la grieta en caso de que se produzca.

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Las cimentaciones constituidas por depósitos, cohesivos, en estado suelto y parcialmente saturado, (arenas finas limosas y limos, de terrazas aluviales o depósitos eólicas) son fuentes importantes de asentamientos diferenciales diferenciales bruscos durante el primer llenado de la presa.

TALUD: Cualquier superficie inclinada respecto a la horizontal que haya adoptado una estructura de suelo.

ESTABILIDAD

Seguridad de una masa de tierra contra la falla o movimiento ; deslizamiento (rotura y desplazamiento del suelo situado debajo del talud que origina un movimiento hacia abajo y fuera de la masa de suelo)

FORMA DE FALLA Los tipos de fallas mas comunes en taludes son:  Deslizamietos superficiales  Movimiento del cuerpo cuerpo de talud  Flujos  Vuelco  Caídas

ESTABILIDAD DE TALUDES CAUSAS - Ecavaciones - Socavaciones - Desintegración de la estructura del suelo (microfisuras) - Aumento de la presión de poros - Licuefacción del suelo La falla es consecuencia de uno o mas causas aisladas o combinadas CALCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Terraplén sobre arcilla normalmente consolidada

Excavación en arcilla sobre consolidada Arena seca •

Superficie de falla plana y paralela al talud

•

Masa que desliza de pequeño espesor

•

Tensiones en caras verticales iguales y opuestas

T  W  sen i ; N  W  cos i ; W   d  a  d FS  FS 

N  tan  W  sen i tan  t an i



W  cos i  tan  W  sen i

Þ imáx  

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO CIRCULAR – MÉTODO SUECO suelo uniforme

FS 

M resistente M motor



S u . R.l W .d

si se tiene estratificacion FS 

M resistente M motor



R. S ui .l i

W i .d i

ANALISIS DE ESTABILIDAD El cálculo de estabilidad de taludes se efectua por método sueco para las diferentes condiciones indicadas; que supone que la rotura es según una superficie deslizante circular, en toda la cual se han sobrepasado sobrepasado las condiciones condiciones de equilibrio estatico Hay por análisis varios círculos peligrosos, procedimiento por el método de dovelas o franjas verticales El factor de seguridad para cualquier circulo analizado se obtiene de la formula. F = Σ Ntang. Φ + Lc / ΣT Fs :

Factor de seguridad al deslizamiento

Σ N :

Fuerzas normales, normales, suma

Tang ϕ:

ϕ ángulo fricción interna

L:

Longitud del arco de círculo

C:

Cohesión interna del material

ΣT :

Suma de fuerzas tangenciales

INDICACIONES:

El préstamo para el relleno debe estar muy cercano a la presa, en razón del alto costo de largos transportes en volquete. Desde que la cantidad de relleno varía aproximadamente con el cuadrado de la altura vol. Relleno = función (altura2); presas de relleno relleno de gran altura sin escasez. escasez.  El diseño estructural de una presa de tierra es un problema en mecánica de suelos que involucra asegurar estabilidad del relleno y fundación y una suficiente baja permeabilidad.  Se estable o causa poco daño pro la infiltración a través de cuerpo de la presa de control de avenidas si la estabilidad del terraplén no es perjudicada, pero una presa de conservación debe ser una barrera al agua. Es difícil analizar el probable comportamiento del relleno de materiales naturales en un terraplén zonificado, con la seguridad propia del diseño de una estructura de concreto.  Las prácticas del diseño actual o presente son las de adapta el diseño a las características de presas similares existentes con verificaciones analíticas y sobre la adecuación o si se adecua a las condiciones especiales.  Reglas empíricas se emplean con frecuencia para el diseño preliminar de grandes presas y para el diseño final de pequeñas presas.  Las cantidades de material de relleno en presas de altura menor a 15 pies son tan pequeñas que un factor de seguridad alto se puede proveer a bajo costo. Para taludes de la sección los diferentes reglamentos establecen los siguientes valores. 

Altura de presa (m) 4.5 a 12 12 a 30 30 a 45

Talud aguas arriba 2:1 2.5: 1 3:1

Talud aguas abajo 1.5: 1 2:1 2.5:1

Núcleo central central 1:1 a 0.75: 1 (H,v) Los taludes de la presa de tierra dependen del tipo de presa. Luego del predimensionamiento predimensionamiento se analiza la estabilidad del talud y el factor de seguridad al deslizamiento de una superficie cilíndrica.

El análisis de estabilidad debe efectuar el estudio de las condiciones: 1. Presa llena. 2. Vaciado rápido. 3. Aguacero continuo. 4. Proceso de construcción (alturas de 1/3). (Ingenieria del diseño y construcción de presas – Ing. Ing. Enrique Schroth)

PROTECCIÓN DE TALUDES: El talud aguas arriba de la presa, sometido a la acción del oleaje del embalse, se protege desde la coronación hasta la berma a la cota 1 133.00 msnm con enrocado de un tamaño medio de 700 mm y una composición granulométrica de 150 a 1 200 mm. El espesor del enrocamiento de protección ha sido determinado para las características de diseño del oleaje siguiente: la altura 1.70 m. y la longitud del oleaje es de 17 m. Las características geotécnicas del enrocado de protección son iguales al enrocado del espaldón aguas arriba en el cual se coloca el enrocamiento de protección. Desde la berma a la cota 1 133.00 msnm. hasta la banqueta a la cota 1 102.00 msnm. la protección del talud aguas arriba se efectúa con el material procedente de la excavación del aliviadero mediante la instalación de una capa con un espesor de 2 m. Esta zona es parte del espaldón y aumenta su estabilidad. Dado que en la zona de construcción tiene lugar a aguaceros, el talud aguas debajo de la presa, con el fin de evitar eventuales derrumbes, se propone reforzarlo con el material del desmonte de túneles o canteras con un espesor de capa de 1 m. Los asentamientos de la presa Limón han sido determinados y se dividen en asentamientos de la presa misma (espaldones y núcleo) y asentamiento de los cimientos aluviales de la presa. Los asentamientos de la coronación de la presa, que se esperan en la sección más alta son aproximadamente de 0.45 m. Se estima que los mayores asentamientos se producirán durante el período de construcción de la presa, produciéndose el resto de asentamiento en el período de llenado del embalse y durante el primer año de la explotación. Los asientos de la presa serán compensados, aumentando el volumen de materiales vertidos en el cuerpo de la presa.

APRECIACIONES: Según a lo lectura do el suelo y su tratamiento tratamiento es muy importante desde desde el punto de vista de seguridad así en diseño de presas de tierra se debe tomar en cuenta la estabilidad de taludes taludes que estos estos darán que la presa de tierra no no falle o se deslice por efecto de gravedad y infiltración, por causa de deslizamiento por no tener adecuado tratamiento dentro de los límites permisibles de de diseño y el tipo de tierra a aplicarse en la construcción y el talud que se le da de acuerdo a la pendiente por otro lado así como el método de las dovelas y el método sueco son cálculos que se realizan para diseñar pero así como dicen se considera considera el factor de seguridad •

Son considerados únicamente únicamente las tensiones en una sección vertical única del talud (no se considera el aspecto tridimensional)

•

Existen métodos que consideran parcial o totalmente las fuerzas entre dovelas (Bishop, Jambu, Spencer)

•

Existen otros métodos que permiten considerar distintos tipos de superficies de falla (método de la cuña, espiral logarítmica, etc.)

•

Los métodos de dovelas simplificados dan coeficientes de seguridad con un intervalo de confianza de ±10% respecto a los parámetros de resistencia supuestos. Es fundamental la elección de los parámetros resistentes.

•

cillas “fisuradas” (sobreconsolidadas) el empleo de los parámetros de En ar cillas

resistencia máxima puede dar lugar a estimaciones poco seguras. Asociado con la falla progresiva.

PRESA DE GRAVEDAD PRESAS DE GRAVEDAD DEFINICIÓN: Una presa de gravedad de concreto tiene una sección transversal tal que con un tope estrecho, la presa esta parada libremente. Es decir tiene un centro de gravedad bastante bajo que la presa no se se derribará sino es apoyada apoyada en los estribos. Las Las presas de gravedad requieren cantidades máximas de hormigón para su construcción comparado con otros tipos de presas de concreto, y se resisten a la dislocación por la presión hidrostática del depósito de agua. Un sitio favorable por lo general es un en una constricción en un valle donde la base está razonablemente razonablemente cerca cerca de la superficie tanto en el piso como en los estribos de la presa. Las presas de mampostería que confiaron en su peso para la estabilidad contra el deslizamiento y volcadura remontan de 3000 a 4000 años, tanto cara de arriba como río abajo fueron inclinadas y el espesor de la base era muchas veces la altura. En 1872 Rankine propuso que no había ninguna tensión extensible en una presa de gravedad. gravedad. En 1895 Levy Levy propuso que la tensión compresiva compresiva en el material de la presa en la cara corriente arriba sea mayor que la presión del agua en la profundidad correspondiente correspondiente al depósito. El peligro de la elevación había sido reconocido en 1882, y el peligro de deslizamiento fue destacado por el fracaso de la presa Austin, en Estados Unidos. El avance más reciente ha estado en el uso del método de elemento finito de análisis. El 67% de las presas son de gravedad y están hechas con hormigón ya sea con o sin armaduras de acero. Es el tipo de muro más sencillo, se fundamenta en la resistencia que el propio peso de la obra opone al empuje de las aguas. Su perfil es trapezoidal, y su base de cimentación, rectangular. El peso de la presa es notable y sirve para que, al componerse con el empuje y otras fuerzas, la resultante incida francamente en el interior de la base de la presa.

Adecuadas en valles amplios, desde que la excavación sea menor de 5 a 10 m. Se acepta desgaste limitado de la roca. Deben chequearse las discontinuidades de la roca con relación al deslizamiento. Tienen bajos esfuerzos de contacto. Requieren de materiales que a veces toca importar como el cemento.

COMPORTAMIENTO DE LA PRESA DE GRAVEDAD Son todas aquellas en las que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que éste debe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren. Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie. El cuerpo de las presas de hormigón, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables según el tipo de estructura y las partes de las mismas que se trate. La particularidad de este material, que le permite adoptar complejas formas una vez fraguado, da la posibilidad de optimizar la forma y, por lo tanto disponer el peso de una manera tal que sea mayor la capacidad de la presa en su conjunto para resistir el empuje. El diseño de cualquier presa se puede resolver solo si se consideran tres condiciones fundamentales: garantía de su estabilidad, control de filtraciones y disipación de la energía en exceso del chorro vertido por la presa. Perfil teórico. Las primeras presas de concreto se construyeron con perfiles bastante pesados de forma trapezoidal. Este perfil se fue desarrollando con el tiempo hasta llegar a un perfil triangular tri angular que resulta mas económico y que es el usado en la actualidad. Este perfil teórico se convierte convierte en un perfil práctico práctico al tener en cuenta cuenta algunas inclinaciones inclinaciones y correcciones determinadas determinadas por las condiciones de trabajo y estabilidad de las presas. El vértice del triángulo del perfil teórico se coloca al nivel normal del agua. El francés

Maurice Levy fue el primero en fijar los criterios que actualmente se siguen para el diseño y basándose en el perfil triangular propuso una sencilla formulación para el dimensionamiento inicial de la presa. El perfil económico busca encontrar el ancho mínimo de la presa B. Este perfil sin embargo, debe satisfacer dos condiciónes

Primero, que no haya esfuerzos de tracción en el concreto y Segundo, que haya una suficiente estabilidad de todo el cuerpo de la presa al corrimiento por la cimentación. La primera condición es obligatoria puesto que el concreto débilmente resiste la tracción. No es permisible la presencia de grietas en la cara de la presa sometida a la presión del agua puesto puesto que esto produciría filtraciones filtraciones peligrosas de agua con con todas sus posibles consecuencias consecuencias negativas. Por esto, la primera condición se cumple si se adopta que estas tensiones en el cálculo sean iguales a 0. Sin embargo esta condición no garantiza, y sobre todo para presas altas, que no aparezcan tensiones de tracción principales mayores. Por esto hay códigos que exigen que sobre la cara a presión de la presa, las tensiones sean iguales a 0 y que los esfuerzos de compresión sean 0.25ãwh, (un cuarto de la presión hidrostática a la profundidad h). Si esto no se cumple se exige una cara a presión hidroaislada. El vuelco no se suele chequear porque generalmente generalmente no es dominante.

UNA PRESA DE GRAVEDAD SERÁ: - Segura contra volcadura en cualquier plano horizontal dentro de la presa. - Segura contra deslizamiento en cualquier lugar horizontal dentro de la presa. - Tan proporcionada que las tensiones aceptables tanto en el hormigón como en la

fundación no serán excedidas.

CRITERIO DE CARGA: Dentro de las cuales se encuentran: - La roca que constituye la fundación y estribos en el sitio es bastante fuerte para llevar las fuerzas impuestas por la presa con tensiones bajo del límite elástico en todos los sitios a lo largo de los planos de contacto. - El poder de porte de la estructura geológica a lo largo de la fundación y estribos es bastante grande para para llevar las cargas totales impuestas por por la presa sin los movimientos de roca de magnitud perjudicial. - Las formaciones de roca son homogéneas y uniformemente elásticas en todas las direcciones, de modo que sus deformaciones puedan ser predichas satisfactoriamente por cálculos basados en la teoría de elasticidad, por medidas de laboratorio sobre construidos de materiales materiales elásticos o por las combinaciones combinaciones de ambos métodos.

DISEÑO DE PRESAS.docx

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