Expediente Técnico de Presa Quisco

PROYECTO “ INSTAL INSTALACION ACION DEL SISTEMA DE RIEGO QUISCO, QUISCO, DEL DISTRITO DE ALTO PICHUHUA, PROVINCIA DE ESPINAR, REGIÓN CUSCO”

REDISEÑO DE LA PRES PRESA A QUI SCO

T O M O I – D OC OC U M EN E N T O P RI RI N C I PA PA L

MARZO 2018 CUSC CU SCO O - PE PER RU

CONTENIDO TOMO I

EXPEDIENTE TÉ TÉCNICO DE DE OBR OBRA A – DOCUMENTO PR PRINCIPAL PAL

1.0 1.0 MEMO MEMORI RIA A DESC DESCRI RIPT PTIV IVA A 1.1 Ante teccedentes 1.2 Descri Descripci pción ón Gen Genera erall del Proyec Proyecto to 1.2.1 Ubicación Ubicación del del Proyecto Proyecto 1. 1.2. 2.22 Vías Vías ddee Acce Acceso so 1.2.3 Descripci Descripción ón del Proyecto Proyecto 1.3 Estud studiios Bási Básico coss 1.3.1 1.3 .1 Topog Topogra rafía fía 1.3.2 Hidrologí Hidrologíaa y Balance Balance Hídrico Hídrico 1.3.3 Geolo Geología gía y Geotec Geotecnia nia 1.3.4 Sedimenta Sedimentación ción del Embalse Embalse 1.4 Definició Definiciónn de la ggeome eometría tría del vaso del emba embalse lse Quisco Quisco 1. 1.4. 4.11 Cu Curv rvas as de Alti Altitu tudd – Volu Volume menn - Área Área de dell Vaso Vaso 1.4.2 Definición Definición de la Geometrí Geometría a del Vaso Disponi Disponible ble 1.4.3 Determinac Determinación ión del del Volumen Volumen Muerto Muerto y Volumen Volumen Útil Útil del Embals Embalsee 1.5 Presa Qu Quiisco y Obras Conexas 1.5.1 Esquema Hidráulico Hidráulico de la Presa Quisco 1.5.2 1.5 .2 Presa Presa de Concre Concreto to Graveda Gravedadd 1.5.2.1 Descripción de la presa 1.5.2.2 Detalles estructurales estructurales de la presa 1.5.2.3 Diseño de la presa

1.6 1.7 1. 1.88 1. 1.99

1.5.3 Aliviade Aliviadero ro Escalonado Escalonado 1.5.4 Toma de Fondo Fondo Siste Sistema ma de Auscul Auscultac tación ión de la Presa Presa Progra Programa ma de Diseño Diseño de Mez Mezcla cla del Con Concre creto to Masi Masivo vo Anál Anális isis is Tér Térmi mico co dde e la la Co Cons nstru trucc cció iónn de la Pres Presaa Proc Proced edim imie ient ntoo Cons Constr truc uctitivo vo de la la Pres Presaa 1.9.1 1.9 .1 Fase Fase I - Obras Obras prelim prelimin inare aress y tempora temporale less 1.9.2 1.9 .2 Fase Fase II - Con Constr struc ucció ciónn del Sistem Sistemaa de Desví Desvío o de Agua Agua 1.9.3 1.9 .3 Fase Fase III III - Excav Excavaci ación ón de la Ciment Cimentaci ación ón de la Presa Presa,, Conso Consolid lidaci ación ón e Impermeabilización de la cimentación y fundación de la Presa 1.9.4 Fase IV - Construcci Construcción ón del Cuerpo Cuerpo de de la la Presa Presa 1.9.5 Fase V - Construcci Construcción ón del del Alivia Aliviadero dero y Toma Toma de Fondo

TOMO II

EXPEDIENTE TÉCNICO DE OBRA BRA – ANE ANEXOS

ANEXO N° 01 : PLANOS PLANOS GENERALES (PG) PG - 00 PG - 01 PG - 02 PG - 03 PG - 04

Relación de de pl planos Ubic Ub icac ació ión n de de la la zon zona a de de pro proyyecto ecto P Pre resa sa Q Qui uisc sco o Emb mba alse de la la P Pre ressa Quisco Esque Esquema ma hidrá hidrául ulic icoo de la Presa Presa Qu Quis isco co y sus ob obra rass con conex exas as Vist Vista a en en 3D de la la Pre Presa sa Qu Quis isco co y sus sus obra obrass cone conexa xass

PLANOS DE OBRAS OBRA S PRELIMINARES (POP (POP ) POP POP - 01 POP POP - 02 POP POP - 03 POP POP - 04 POP POP - 05 POP POP - 06 POP POP - 07 POP POP - 08 POP POP - 09 POP POP - 10 POP POP - 11 POP POP - 12 POP POP - 13 POP POP - 14 POP POP - 15 POP POP - 16 POP - 17 POP POP - 18 POP - 19 POP POP - 20 POP POP - 21 POP POP – 22 POP POP – 23

Plan Planta ta gen genera erall cami camino noss de de acc acces eso o Camin Ca minos os de acce acceso so plant planta a y pe perfi rfill - Tramo Tramo 1: Km 0+00 0+000 0 – Km 0+66 0+660 0 Cami Ca mino noss de de acc acces eso o plan planta ta y per perfifill - Tram Tramo o 1: 1: Km Km 0+6 0+660 60 – Km 1+3 1+340 40 Cami Ca mino noss de de acc acces eso o pl plan anta ta y pe perf rfilil - Tra Tramo 11:: Km 1+3 1+340 – Km 2+00 2+000 0 Cami Ca mino noss de acce acceso so plan planta ta y perf perfilil - Tram Tramoo 1: Km 2+00 2+000 0 – Km 2+03 2+030 0 Cami Ca mino noss de acce acceso so plan planta ta y perf perfilil - Tram Tramoo 2: Km 0+00 0+000 0 – Km 0+43 0+430 0 Cami Ca mino noss de de acc acces eso o pl plan anta ta y pe perf rfilil - Tra Tramo 33:: Km 0+0 0+000 – Km 0+61 0+613 3 Secc Seccio ione ness tran transv sver ersa sale less - Tram Tramoo 1: Km 0 + 000 000 – Km 0+30 0+300 0 Secc Seccio ione ness tran transv sver ersa sale less - Tram Tramoo 1: Km 0 + 320 320 – Km 0+56 0+560 0 Secc Seccio ione ness tran transv sver ersa sale less - Tram Tramoo 1: Km 0 + 580 580 – Km 1+12 1+120 0 Secc Seccio ione ness tran transv sver ersa sale less - Tram Tramoo 1: Km 1 + 130 130 – Km 1+63 1+630 0 Secc Seccio ione ness tran transv sver ersa sale less - Tram Tramoo 1: Km 1 + 630 630 – Km 1+93 1+930 0 Secc Seccio ione ness tran transv sver ersa sale less - Tram Tramoo 1: Km 1 + 940 940 – Km 2+33 2+330 0 Cuad Cu adro ro de volu olume men n - Tra Tramo 1: Km 00+0 +000 00 – Km 1+88 1+880 0 Cuad Cu adro ro de volu volume men n - Tram Tramoo 1: Km 1+89 1+890 0 – Km 2+33 2+330. 0.37 37 Secc Seccio ione ness tra trans nsve vers rsal ales es - Tram Tramo o 2: 2: Km Km 0+00 0+000 0 – Km 0+2 0+240 40 Secci ccione ness transversa rsales - Tra Tramo 2: Km 0+250 – Km 0+430 y Cuadro de volúmenes Secc Seccio ione ness tra trans nsve vers rsal ales es - Tram Tramo o 3: 3: Km Km 0+00 0+000 0 – Km 0+4 0+400 00 Secci ccione ness tr transversa rsales - Tra Tramo 3: Km 0+ 0+410 – Km 0+600 y Cuadro de de volúmenes Secc Secciion ones es tra transve nsvers rsal ales es Tra Tramo 3: Km 0+00 0+000 0 – Km 0+077 +077 y Cu Cuad adro ro de volúmenes Cami Ca mino noss de de acc acces eso o – De Deta talllles es de alca alcant ntar arililla la Camin Ca minos os de acce acceso so – De Detal talle less sec secci cion ones es de vía vía Acces Acceso o Tramo Tramo 3 – De Detal talle less muro muro de suel sueloo refor reforza zado do

PLANOS SISTEMA DE DESVÍO (PSD) PSD - 01 Planta Planta general general de obras obras tempo temporal rales es del del sistema sistema de desví desvíoo del río PSD - 02 Vista Vista en plan planta ta y perfil perfil de exca excavac vación ión del con conduct ducto o de des desvío vío – Altern Alternativ ativa a 1: Canal PSD - 03 Planta Planta y sec seccion ciones es típi típicas cas del cond conducto ucto de desv desvío ío – Altern Alternativ ativa a 1: Can Canal al PSD - 04 Vista Vista en plan planta ta y perfil perfil de exca excavac vación ión del con conduc ducto to de de desv desvío ío – Altern Alternativ ativa a 2: Tubería PSD - 05 Planta Planta y sec seccion ciones es típi típicas cas del cond conducto ucto de desv desvío ío – Altern Alternativ ativa a 2: Tubería Tubería PSD PSD - 06 Estru Estruct ctur ura a de toma toma y en entre trega ga de de obra obra de de desv desvío ío.. PSD PSD - 07 Secc Seccio ione ness trans transve vers rsal ales es Prog Progre resi siva va 0+00 0+000 0 – 0+13 0+130 0 PSD PSD - 08 Secc Seccio ione ness trans transve vers rsal ales es Prog Progre resi siva va 0+14 0+140 0 – 0+29 0+290 0 PSD - 09 Refu Refuerz erzos os de ace acero ro de seccion secciones es típi típicas cas de de obras obras de de desvío desvío

PSD - 10 PSD - 11 PSD - 12 PSD - 13

Planta, perfil longitudinal y sección típica de ataguía aguas arriba Secciones transversales ataguía aguas arriba Progresiva 0+000 – 0+080 Secciones transversales ataguía aguas arriba Progresiva 0+080 – 0+130 Planta, perfil longitudinal y sección típica de ataguía aguas arriba

PLANOS DE PERFORACIONES E INYECCIONES (PPI) PPI – 01 Perfil general de inyecciones de consolidación e impermeabilización PPI – 02 Consolidación de la cimentación de la Presa Quisco PPI – 03 Impermeabilización de la fundación de la Presa Quisco PLANOS DE DISEÑO DE LA PRESA (PDP) PDP – 01 PDP – 02 PDP – 03 PDP – 04 PDP – 05 PDP – 06 PDP – 07 PDP – 08 PDP – 09 PDP – 10 PDP – 11

Sección típica y boquilla del cierre de la Presa Quisco Secciones transversales presa Quisco (Progresiva 0-120 – 0 -030) Secciones transversales presa Quisco (Progresiva 0-020 – 0+060) Secciones transversales presa Quisco (Progresiva 0+070 – 0+150) Sistema de drenaje de la presa Quisco – Galería de drenaje Sistema de drenaje de la presa Quisco – Detalles estructurales Galería de inspección vertical y detalles estructurales Refuerzo de acero de tapón de concreto de obra de desvío Detalle estructural de escaleras de acero - galería de inspección vertical Detalles típicos de presa (Barandas, juntas de construcción, anclajes) Sistema de auscultación de la Presa Quisco – Localización de la instrumentación en planta, elevación y en sección transversal de la presa

PLANOS DE PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO (PPC) PPC – 01 PPC – 02 PPC – 03 PPC – 04 PPC – 05

Plano general de construcción. Vista en planta excavación de la cimentación de la Presa Quisco Vista en 3D de la excavación de la Presa Quisco y sus obras conexas Vista en planta y frontal de bloques constructivos de la Presa Quisco Diagrama de colocación de volúmenes de concreto en cada bloque tongadas de 1.00 m

PLANOS DE ALIVIADERO DE EXCEDENCIAS (PAE) PAE – 01 PAE – 02 PAE – 03 PAE – 04

Sección típica – Aliviadero escalonado de la Presa Quisco Detalles estructurales y refuerzo de aliviadero escalonado Detalles estructurales y refuerzo de puente en aliviadero Detalles estructurales de la poza disipadora

PLANOS DE TOMA DE FONDO (PTF) PTF – 01 PTF – 02 PTF – 03 PTF – 04 PTF – 05 PTF – 06

Vista en planta y perfil de la toma de fondo y del caudal ecológico Componentes de obra de la toma de fondo Perfiles y secciones del sistema de izaje de compuertas Detalles del sistema de izaje de compuertas de la toma de fondo Detalles de compuertas y rejillas de la toma de fondo Planta y cortes de la caseta de válvulas de la toma de fondo y del caudal ecológico PTF – 07 Elevaciones de la caseta de válvulas de la toma de fondo PTF – 08 Planta y cortes de la caseta de operación de compuertas y de instrumentación de la presa

PTF – 09 Elevaciones de caseta de operación de compuertas y de instrumentación de la presa PLANOS DE ILUMINACIÓN Y CONEXIONES ELÉCTRICAS (PICE) PICE – 01 Iluminación exterior de la Presa Quisco PICE – 02 Conexiones eléctricas de interior de caseta de válvulas PICE – 03 Conexiones eléctricas de interior de caseta de compuertas

ANEXO Nº 02

: ESTUDIO GEOTÉCNICO Y GEOGNÓSTICOS

ANEXO Nº 03

: ESTUDIO DE HIDROLOGÍA

ANEXO Nº 04

: ESTUDIO DE SEDIMENTACIÓN DEL EMBALSE

ANEXO Nº 05 : MEMORIA DE CÁLCULO 1.0 Memoria de cálculo de la presa Quisco 1.1 Determinación de la cota de la corona de la presa 1.2 Dimensionamiento geométrico preliminar de la presa 1.3 Estabilidad estática de la presa y análisis de esfuerzos en la cimentación 1.4 Análisis de esfuerzos, estabilidad estática y pseudoestático de la presa – CADAM 1.5 Análisis de esfuerzos-deformación 2D y 3D del cuerpo y fundación de la presa 1.5.1 Análisis de esfuerzos, estabilidad estática y pseudoestática de la presa 2D y 3D 1.5.2 Listado del Código del Modelo 3D de la Presa Quisco en el FLAC 3D 1.6 Análisis térmico de la presa para alturas de construcción H/3, 2H/3 y H, con vaciado de tongadas de 1 m y 2 m, cada 2 días, 4 días y 6 días 1.6.1 Resultados del análisis térmico (h/3, 2h/3, h) con vaciado de tongada cada 2 m 1.6.1.1 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 150 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.1.2 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 200 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.1.3 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 250 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.1.4 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 300 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.2 Resultados del análisis térmico (h/3, 2h/3, h) con vaciado de tongada cada 4 días 1.6.2.1 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 150 kg/m3, y vaciado de tongada cada 4 días 1.6.2.2 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 200 kg/m3, y vaciado de tongada cada 4 días 1.6.2.3 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 250 kg/m3, y vaciado de tongada cada 4 días 1.6.2.4 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 300 kg/m3, y vaciado de tongada cada 4 días

1.6.3 resultados del análisis térmico (h/3, 2h/3, h) con vaciado de tongada cada 6 días 1.6.3.1 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 150 kg/m3, y vaciado de tongada cada 6 días 1.6.3.2 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 200 kg/m3, y vaciado de tongada cada 6 días 1.6.3.3 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 250 kg/m3, y vaciado de tongada cada 6 días 1.6.3.4 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 300 kg/m3, y vaciado de tongada cada 6 días 1.6.4 Resultados del análisis térmico (h/3) con vaciado de tongada cada 1 m 1.6.4.1 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 150 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.4.2 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 170 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.4.3 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 200 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.4.4 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 250 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.4.5 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 300 kg/m3, y vaciado de tongada cada 2 días 1.6.5 Resultados del análisis térmico (h/3, 2h/3, h) con vaciado de tongada cada 2 m 1.6.5.1 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 150 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.5.2 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 200 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.5.3 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 250 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.5.4 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 300 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.6 Resultados del análisis de esfuerzo-deformación térmico (h/3, 2h/3, h) con vaciado de tongada cada 2 m 1.6.6.1 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 150 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.6.2 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 200 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.6.3 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 250 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.6.4 Contenido de cemento en la mezcla de concreto 300 kg/m3, y vaciado de tongada cada 3 días 1.6.7 Fluctuación diaria de temperatura – presa Quisco 2.0 Memoria de cálculo del aliviadero de excedencias 2.1 Cálculo del dimensionamiento del aliviadero escalonado 2.2 Análisis con modelamiento numérico 3D del aliviadero escalonado y la poza disipadora 2.2.1 Descripción del modelo numérico 2.2.2 Modelo de turbulencia k- /RNG

2.2.3 Proceso de simulación numérica 2.3 Cálculo estructural del aliviadero escalonado y la poza disipadora 2.4 Cálculo estructural del puente sobre el aliviadero 3.0 Memoria de cálculo de la toma de fondo 3.1 Cálculo del conducto de la toma de fondo 3.2 Dimensionamiento de la válvula Howell Bunger 3.3 Cálculo del ducto de izaje y braquete 3.4 Cálculo de caseta de izaje de compuertas 4.0 Memoria de cálculo del sistema de desvío 4.1 Cálculos hidráulicos del sistema de desvío 4.2 Cálculo estructural de sistema de desvío ANEXO Nº 06 : PLANILLA DE METRADOS ANEXO Nº 07 : PRESUPUESTO, ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS y PROGRAMACION ANEXO Nº 08 : ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE OBRA

1.0 MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1 ANTECEDENTES El Gobierno Regional de Cusco, a través del Proyecto Especial Plan MERISS INKA, viene desarrollando el mejoramiento, construcción y consolidación de los sistemas de riego dentro del ámbito regional, desde las fases de preinversión e inversión, incluyendo las acciones de capacitación para la gestión sostenible de los sistemas de riego, por administración directa y por contrata, con el objetivo principal de mejorar la producción y productividad agropecuaria, en beneficio de las familias campesinas con apoyo de los gobiernos locales y la cooperación internacional. El Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco” es uno de los proyectos que viene ejecutando el Plan MERISS, siendo el componente principal de la obra la construcción de una presa de gravedad para almacenar 8.21 MMC de agua, destinado al riego permanente de una superficie de 945 has, de los cuales 493 has serán regadas por aspersión y las restantes 452 has por gravedad. Dentro del esquema hidráulico del proyecto, se considera la implementación de un sistema de conducción principal y secundaria, así como un sistema de riego por aspersión. Además, considera el desarrollo de capacidades de organizaciones de riego y unidades productivas, orientados a la eficiencia del manejo de agua en parcela y el mejoramiento de la producción pecuaria en beneficio de 378 familias (1940 habitantes). El 08 de Mayo 2012, el Estudio de Factibilidad del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco” (código SNIP N° 51985) fue declarado viable por la OPI del Gobierno Regional Cusco. Mediante R.D. N° 135-2012-GR CUSCO/PERPM-DE, de fecha 17 Octubre 2012, fue aprobado su Expediente Técnico. Sin embargo, el Informe de Revisión del Expediente Técnico (Anexo 4.3: Geología-Geotecnia), elaborado por el Consultor René Pumayali Saloma, concluye que “ la zona donde se plantea la construcción de la presa cumple con todas las condiciones geológicas para su operatividad ”, y recomienda la “ elaboración de estudios complementarios basados en exploraciones directas por medio de perforación diamantina , estudio requerido con el fin de compatibilizar el diseño de la presa manteniendo las características esenciales definida en el Expediente Técnico ”. Al respecto, la Residencia de

Obra con la aprobación de la Supervisión, emite el Informe N° 010-2015-GCR-PERMI-DTUGZA-RO, donde solicita la ejecución del estudio de compatibilidad complementario de los estudios geológicos y geotécnicos en la zona de emplazamiento del eje de la presa, vaso y canteras del sistema de almacenamiento del Proyecto de “Instalación del Sistema de Riego Quisco”. El 11 Diciembre 2015, el Plan MERISS otorga la Buena Pro a la empresa Geodata Engineering S.p.A., para la elaboración de los estudios complementarios especializados de geología y geotecnia de la Presa Quisco del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco”. El Informe Final de los indicados estudios fue entregado el 03 Junio 2016. Mediante Contrato N° 022-2017-GR-CUSCO-PERPM-DE, de fecha 06 Junio 2017, el Plan Meriss Inka encarga al Consultor Dr. Ing. Samuel Quisca Astocahuana la prestación de asesoría técnica al equipo de profesionales del Plan MERISS INKA, asignados al rediseño de ingeniería de la presa Quisco y sus obras conexas, teniendo como información insumo los Estudios Complementarios Especializados de Geotecnia y Geología de la Presa Quisco, del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco, del Distrito de Alto Pichuhua, Provincia de Espinar, Región Cusco”. Asimismo, el equipo de profesionales del Plan MERISS INKA tuvo

como meta la elaboración del presente Expediente Técnico de Obra de la Presa Quisco y sus Obras Conexas, en el marco del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco”. Estos estudios 1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO 1.2.1 Ubicación del Proyecto La ubicación política del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco” es la siguiente: La ubicación política del Proyecto es la siguiente: Región : Provincia : Distrito : Comunidades :

Cusco Espinar Alto Pichigua Molloccahua y Ccahuaya

La ubicación geográfica del sitio de presa Quisco, en coordenadas UTM y según datum horizontal WGS84, Zona 19, es la siguiente: Norte Este Cota

: 8369,000 : 267,000 : 4,052.80 msnm

1.2.2 Vías de Acceso Las vías de acceso terrestres al sitio de la presa es la siguiente: 



De Cusco – Sicuani – Yauri, tiene una longitud de 261 km, y el viaje tiene una duración de 4 a 5 horas por una vía asfaltada. De Yauri a Molloccahua tiene una longitud de 23 km, a Accocunca tiene una longitud de 29 km, y a Ccahuaya tiene una longitud de 37 km, con una duración de viaje de 1.15 horas por trocha carrozable.

En el Plano PG-01, se presenta la ubicación de la presa Quisco y del proyecto en general. 1.2.3 Descripción del Proyecto Los componentes que estable el proyecto INSTALACION DEL SISTEMA DE RIEGO QUISCO - DISTRITO DE ALTO PICHIGUA - PROVINCIA ESPINAR – CUSCO son los siguientes: COMPONENTE 1: SUFICIENTE DISPONIBILIDAD HIDRICA PARA EL RIEGO DE AREAS CON POTENCIAL AGROPECUARIO. Comprende la construcción de una presa de gravedad con capacidad de almacenamiento de 8209,962 m3 de agua y cuyas características son: 250 m. de longitud, 31.90 m. de altura de la pantalla, 2.50 metros de ancho de corona y 1.00 m. de bordo libre. La presa está constituida por un núcleo de Concreto Ciclópeo fc=175 kg/cm2 + 30% PG y un revestimiento externo con Concreto Simple fc=210 kg/cm2. Los cuales guardan proporción aproximada de 3 a 2 respectivamente. La presa proporciona un caudal regulado máximo de 471.59 l/s en el mes crítico de septiembre, y del cual, se han distribuido mediante un partidor, 408.76 l/s correspondiente a la margen derecha y 62.83 l/s a la margen izquierda, para irrigar 825 y 120 hectáreas respectivamente. El Sistema comprende un total de 945 hectáreas a ser irrigadas, del cual 492.50 Ha corresponden a un sistema de riego

presurizado (aspersión) cuyo módulo de riego correspondiente es de 0.44 l/s/ha. Y 452.50 Ha correspondientes a un sistema por gravedad con módulo de Riego de 0.74 l/s/ha.La demanda correspondiente al riego el mes crítico corresponde a 471.10 l/s de agua (280 l/s gravedad y 182 l/s aspersión), mientras que la demanda poblacional y pecuaria resulta un valor permanente de 9 l/s.Los canales de conducción de la margen derecha e izquierda comprenden un sistema entubado a gravedad, diseñado para un 75% de su capacidad hidraúlica con una pendiente de 0.2%. Los diámetros correspondientes varían desde los 660 mm hasta los 250 mm en la margen derecha y 355 mm hasta 250 mm en la margen izquierda.La margen derecha comprende los sistemas de Cahuaya (Km 0+00 hasta km 14+720) y Mollocahua (Km 14+720 hasta Km 16+06) La margen Izquierda comprende el Sistema Dique (Km 0+000 hasta Km 10+360).El sistema de conducción contempla también 11 líneas de sifonaje, 07 en la margen Derecha(sifon Challuta, sifón 01, sifon Velacunca, sifon 03, sifon Accocunca y sifón Molloccahua) y 04 en la Margen Izquierda (Annccara, Dique, Condorsayana y Yahuarmayo) El Sistema de distribución comprende 5 canales laterales los cuales irrigan 452.5 hectáreas mediante un sistema por gravedad. Estos canales son: Ccalapari (1.5 Km), Chullani (1.0 km), Ceracacca (2.7 Km), Accocunca (1.46 Km) en la margen derecha y Checta (1.20 Km) y Dique (1.08 Km) en la margen Izquierda. El Sistema de Aspersión comprende un total de 12 módulos de riego: 06 en la margen derecha y 06 en la margen izquierda para la irrigación de las 492.50 hectáreas de cultivo. Comprenden una longitud total de matrices de 99.7 km, 12 cámaras de carga, 789 hidrantes y 02 válvulas de regulación y purga. La irrigación esta propuesta para un sistema de trabajo por turnos correspondiendo: 02 para el Sistema Dique, 03 turnos para el Sistema alcamira, 02 turnos para el sistema cahuaya y 02 turnos para el sistema Mollocahua. El proyecto contempla también la construcción de 09 tomas Laterales, 05 canoas, 07 pases vehiculares, 182 buzones de inspección, 11 vertedores de excedencias y 22 tomas directas. Así mismo contempla la acción de capacitación en los aspectos de fortalecimiento de la organización de riego, dirigido a los usuarios de riego. COMPONENTE 2: NIVELES TECNOLÓGICOS EN LA PRODUCCIÓN AGROPECUARIA MEJORADAS, Capacitación, dirigido a los usuarios, en mejoramiento de los niveles tecnológicos de la producción agropecuaria (pastos y ganado). COMPONENTE 3: REDUCCIÓN DE INCIDENCIA DE PELIGROS NATURALES EN EL AREA PRODUCTIVA REDUCIDA, Se implementarán acciones que garanticen la sostenibilidad operativa del sistema de riego mitigando los peligros. 1.3 ESTUDIOS BÁSICOS Para la formulación de las alternativas de la presa Quisco, y el rediseño de ingeniería de la presa Quisco y sus obras conexas, se realizaron las revisiones y discusiones de los estudios e información concurrente disponibles en los Archivos Técnicos del Plan MERISS. Se revisaron principalmente, los estudios básicos de hidrología y balance hídrico para el dimensionamiento del embalse Quisco, las investigaciones geognósticas realizadas en el sitio de emplazamiento de la presa y embalse Quisco, así como los estudios complementarios de geología y geotecnia de la presa Quisco. Se realizaron trabajos de campo, como la inspección técnica del sitio de emplazamiento de la presa y el vaso del embalse Quisco, así como a los sitios de ubicación de las áreas de materiales de préstamo y cantera de rocas, disponibles para la construcción de la presa. La información básica para el rediseño de ingeniería de la presa Quisco y sus obras conexas, fue obtenida principalmente de los siguientes documentos técnicos:





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Expediente Técnico del Proyecto Instalación del Sistema de Riego Quisco, elaborado por el Plan MERISS, Agosto 2012. Informe Final – Estudios Geotécnicos y Geognósticos – Estudio Complementarios Especializados de Geotecnia y Geología de la Presa Quisco – Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco, Distrito Alto Pichigua, Provincia de Espinar, Región Cusco”; elaborado por la empresa Geodata Engineering S.p. A., Junio 2016. Topografía del sitio de emplazamiento de la presa Quisco y del vaso del embalse, realizado por el Plan MERISS, Junio 2017.

1.3.1 Topografía Para el rediseño de la presa Quisco y la elaboración del Expediente Técnico de Obra de la misma, se tuvo como información topográfica de insumo la topografía del sitio de la presa y del vaso del embalse del Estudio de Factibilidad. La empresa Geodata utiliza esta topografía para la realización de los trabajos de campo de los Estudios Geotécnicos y Geognósticos (Estudios Complementarios). El punto de control de la topografía del Estudio de Factibilidad utilizada por la empresa Geodata, fue la cota del hito monumentado PC-B = 4051.137 msnm, que es la información topográfica contractual y consignada en los términos de referencia del servicio de Geodata. Para el Rediseño de la Ingeniería de la Presa Quisco, el Plan MERISS (Junio 2017) realiza un nuevo levantamiento topográfico del sitio de la presa y vaso del embalse, que denominamos topografía del Estudio Definitivo, donde el punto de control del hito monumentado PC-B (Estudio de Factibilidad) fue consignado como PG-B = 4065.482 msnsm. Es necesario reportar, que Geodata (Junio 2016) corrigió la cota del hito PC-B (Estudio de Factibilidad) con un GPS Diferencial, hallando un desface en las coordenadas del indicado hito, y determinando una nueva cota del hito PC-B = 4064.353 msnm. Sin embargo, no utilizó esta última cota para los trabajos de campo, sino que utilizó la cota topográfica de PC-B consignada en los términos de referencia. Para incorporar la información geológica y geotécnica de la fundación de la presa Quisco (elaborada por Geodata) en la nueva topografía (Estudio Definitivo), se determinó el desplazamiento vertical total ΔH: ΔH = ΔHz + ΔHx

Siendo, ΔHz desplazamiento altitudinal en la vertical ΔHx desplazamiento altitudinal en la horizontal

La determinación del desplazamiento altitudinal en la vertical ΔHz se muestra en la Figura 1.1, que es la diferencia de las mediciones de la cota del hito monumentado PG-B (Estudio Definitivo) y PC-B (Estudio de Factibilidad). La topografía del estudio definitivo tiene un desplazamiento altitudinal de ΔHz= 14.345 m con respecto a la cota del mismo hito monumentado del estudio de factibilidad.

Figura 1.1 Desplazamiento altitudinal vertical de la cota del hito monumentado PC-B Por otro lado, existe también un desplazamiento altitudinal en la horizontal por la diferencia de distancia entre el eje de la presa (considerado en la nueva topografía o Estudio Definitivo) y el eje C-C de la presa considerada en los trabajos de campo de los Estudios Geotécnicos y Geognósticos (Estudios Complementarios de Geodata, Junio 2016). Como se observa en la Figura 1.2, para un desplazamiento horizontal de 7 m se determinó un desplazamiento altitudinal horizontal de ΔHx = +0.45 m. Por consiguiente, el desplazamiento altitudinal total será:

Figura 1.2 Desplazamiento altitudinal horizontal entre el eje de la presa (Estudio Definitivo, Plan MERISS, Junio 2017) y el eje C-C del perfil geológico de la presa (Geodata, Junio 2016). ΔH = ΔHz + ΔHx = 14.345 m +0.45 m = 14.795 m

14.80 m

El perfil geológico de la fundación de la presa Quisco en el eje C-C (elaborada por Geodata) fue incorporada en la nueva topografía (Estudio Definitivo), mediante un desplazamiento vertical total ΔH = 14.80 m. Por lo tanto, el nivel de aguas máximas ordinarias (NAMO) para la nueva topografía (Estudio Definitivo) será: NAMO (Estudio de Factibilidad) = 4064.09 msnm NAMO (Estudio Definitivo) = 4064.09 m +14.80 m = 4078.89 msnm La formulación y desarrollo de las alternativas de la presa Quisco fue realizada en base a la nueva topografía (Estudio Definitivo), y la incorporación a la indicada topografía de la información de los Estudios Complementarios Geotécnicos y Geognósticos (elaborada por Geodata). Para el rediseño de la ingeniería de la presa Quisco, el Plan MERISS verificó y confirmó los desplazamientos altitudinales consignados en el presente Informe. Sin embargo, antes del inicio de la construcción de la presa, previo al replanteo topográfico y control altimétrico, se debe revisar la red base de control altimétrico y planimétrica de presa Quisco, utilizando GPS diferencial. Este receptor, además de recibir y procesar información de los satélites, también recibe y procesa información adicional de una estación terrestre cercana, permitiendo corregir las inexactitudes introducidas a las señales que el receptor recibe de los satélites. Finalmente, en el Anexo N° 01 del Tomo II del presente Expediente Técnico, se incluye los estudios geotécnicos y geognósticos, que contiene en detalle el estudio topográfico de sitio de la presa y embalse de la presa Quisco. 1.3.2 Hidrología y Balance Hídrico Los parámetros geomorfológicos de la cuenca colectora del río Quishca Mayo, se presenta en el Cuadro 1.1, donde se observa que la extensión de la cuenca es de 42.46 km 2, y la pendiente longitudinal del río es mayor del 10%, que indica que el río es de alta pendiente. En las Figuras 1.3 y 1.4, se muestra la topografía y la red hidrográfica de la cuenca del río Quishca Mayo. Para el caso de la cuenca de la presa Quisco, la curva hipsométrica que se muestra en la Figura 1.5, indica un río joven en proceso de maduración. En el Anexo N° 03 del Tomo II del presente Expediente Técnico, se incluye el estudio de hidrología y balance hídrico detallado del proyecto de la presa Quisco. a) Precipitación Se realizó el análisis regional de precipitaciones mediante la técnica determinística (regresión lineal) entre dos variables (Precipitación y Altitud), lo que permite predecir los valores de P=f(A) con un cierto grado de aproximación. El análisis de la precipitación en relación a la altitud, conlleva a generar precipitaciones en zonas y/o puntos requeridos con una determinada altitud. En el Cuadro 1.2 y su gráfico, se aprecia las estaciones utilizadas en el análisis regional, donde se muestran las constantes y el coeficiente de correlación (r) obtenido. El coeficiente de correlación r = 0.996 indica una excelente dependencia entre la altitud con la precipitación, donde P es la precipitación media (mm), H la altitud (msnm), y r es el coeficiente de

correlación. Asimismo, para el análisis regional de la precipitación, se ha empleado 10 de las

11 estaciones seleccionadas (Angostura, Tintaya, Yauri, Combapata, Chitapampa, Corpac (Cusco), Kayra, Urcos, Pisac y Paucartambo). Cuadro 1.1 Parámetros Geomorfológicos de la cuenca del río Quishca mayo PARAMETROS Superficie total de la cuenca Perímetro E Coeficiente de Compacidad E D A D R C R ALongitud (// al curso más largo) S N O E A O T E T E M N M C U C D R Ancho Medio O R A C A O I F F F Factor de Forma C O A F L Lado Mayor E RECTANGULO EQUIVALENTE R Lado Menor GRADO DE RAMIFICACIÓN E J A N E R D E D A M E T S I S

NOMENGLATURA

CUENCA QUISCO

Km² Km. s/U Km. Km. s/U Km.

At P 1/2 Kc = 0.28 P / (At) LB AM = At / LB Ff = AM / LB 1/2 L = Kc*(pi*A) /2*(1+(1-4/pi*Kc²)) B= At / L Orden 1 Orden 2 Orden 1 Orden 2 Lt N° Ríos Lr Dd = Lt / At Rb = N°Rn / (N°Rn+1) Lo= 1 / (2 Dd (1 - Lc / Ip) 1/2) Es = At / 4Lt Fr = N°Ríos / At Ht Hm Ip = 100 (D*Lc) At Ip =100 * Ht / B Ic Im Lc

42,46 32,618 1,412 9,37 4,531 0,484 11,102 3,824 12,91 8,44 5 1 27,158 6 12,512 0,640 2,500 0,958 0,391 0,141 0,872 4341,6 19,045 22,801 6,37 5,72 16,173

Km. Km. Km. s/U s/U Km. s/U Km.

LONGITUD TOTAL

NÚMEROS DE RIOS PARA LOS DIFERENTES GRADOS DE RAMIFICACIÓN

Longitud total de los ríos de diferentes grados Número de ríos según grados Longitud del río principal Densidedad de drenaje Relación de Bifurcación Longitud de flujo de superficie Extensión media para los diferentes grados Frecuencia de los ríos Desnivel total de la cuenca Altura media de la cuenca Pendiente de la cuenca ( Sistema de Alvord) Pendiente de la cuenca ( Sist. del Rectangulo Equivalente) Pendiente media de los cauces de los ríos Taylor - Schwarz Pendiente media de los cauces de los ríos Longitud total de curvas de nivel (Equidistancia D = 500 m.)

UND

Km./Km². s/U s/U Km. r/Km² Km. m.s.n.m. % % % % Km.

Fuente: Expediente Técnico del Proyecto Instalación del Sistema de Riego Quisco, Plan MERISS (Agosto 2012).

Figura 1.3 Topografía de la cuenca Quisco

8375000 N

L ag . H u is c as a L ag . Q u ilc a

n c a C u e

8373000

8371000

o y a M a c h s i u Q o i R

8369000 4046

a y o u a m h a T

L ag . J u toc o c h a

Q u i l c a

n e a h c a c i s V . Q

C.G. 4341.6

Q . I s l a i c o c h a

8365000

4525

Q

Q . C a t a h u i c o l l o

a r i n m a l l c a A .

c a e n C u

2 6 8 0 0 0

2 7 0 0 0 0

L ag . Y an ah o r cc o

4902

Q . C h ia r a je

REPRESA QUISHCO

2 6 6 0 0 0

C u e n c a

2 7 2 0 0 0

o a y a m s l l c a C h

2 7 4 0 0 0

2 7 6 0 0 0


Figura 1.4 Hidrografía de la cuenca Quisco 8375000 N

Lag. Huis casa Lag. Quilca

n c a C u e

8373000

8371000

o y a M c a h i s u Q o i R

8369000 4046

a y o u a m T a h

Lag. Jutococha

Q u i l c a

n e h a c c a i s V . Q

C.G. 4341.6

Q . I s la i c o c h a

Q . C a t a h u i c o l l o

4525 a a r in c a m A l l Q.

c a e n C u

2 6 8 0 0 0

2 7 0 0 0 0

Lag. Yanahorcco

4902

Q. Chiar a je

REPRESA QUISHCO

2 6 6 0 0 0

C u e n c a

2 7 2 0 0 0

y o m a l l a s c h a C

2 7 4 0 0 0

2 7 6 0 0 0

8365000


Figura 1.5 Curva hipsométrica de la cuenca Quisco


Cuadro 1.2 Regionalización de la precipitación con la altitud

NOMBRE DE LA ESTACION

ITEM

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ANGOSTURA TINTAYA YAURI COMBAPATA CHITAPAMPA CORPAC K’AYRA URCOS PISAC PAUCARTAMBO CUENCA QUISHCO AREA DE CULTIVOS

ALT ITUD m.s.n.m

PRECIPITACION mm

4155 4005 3927 3474 3298 3248 3219 3168 2971 2830 4341.6 3990.0

856.4 835.4 831.7 729.9 683.8 692.9 662.4 644.2 591.2 567.5

PRECIPITACION AJU STADA mm

865.5 836.8 821.5 726.2 685.6 673.6 666.6 654.0 603.0 563.7 899.9 833.9

PRECIPITACION AJUSTADA MEDIANTE LA ECUACION LINEAL SIMPLE

a = - 603446.095

b = 325.505

r = 0.996

900 1

850 ) m m ( N O I C A T I P I C E R P

3

2

800 750

4 6

700

7

650

5

8

600

10

9

550 500 2800

P = ( 325.50005 x H - 603446.095 )½

3000

3200

3400

3600

3800

r = 0.996

4000

4200

AL TITUD (m. s.n .m)

LINEAL (REGIONALIZADA)

HISTORICA


Utilizando la ecuación de regionalización, se ha obtenido la precipitación regionalizada de la cuenca del río Quishca Mayo. Para el estudio se ha utilizado los registros de Pmax24 horas de las estaciones CO de Sicuani, CO de Yauri y CP de Perayoc, las mismas que son operadas por el SENAMHI. El periodo de registros de las estaciones seleccionadas son desde los años 1964-2006 (Sicuani), 1964-2006 (Yauri), y 1964-2006 (Perayoc). Se realizó un ajuste por la diferencia altitudinal respecto a la altura media de la cuenca (ubicada a 4341.6 msnm) a los registros de Pmax24 horas de las estaciones seleccionada. Los registros resultantes fueron utilizados en el análisis de máximas avenidas. La precipitación efectiva al 75% de persistencia (PE75), utilizada en el proyecto, ha sido determinada aplicando el método de la U.S. Bureau of Reclamation. Los resultados de la precipitación efectiva al 75% de persistencia alcanza a un promedio anual de 441.2 mm, el máximo alcanza 85.9 mm en febrero y el mínimo de 0.00 mm se obtiene en los meses de junio hasta agosto, el cuadro siguiente se muestra la variación anual. b) Temperatura Para realizar el estudio y análisis de este parámetro climático en las temperaturas medias mensuales, máximas medias mensuales y mínimas medias mensuales, se utilizaron los registros de 16 estaciones meteorológicas, de los cuales 13 son operadas por el SENAMHI:

estaciones (CP) Caylloma, (CP) Angostura, (CO) Yauri , (CO) Pomacanchi, (CO) Sicuani, (CO) Corpac Cusco, (CO) Acomayo, (CP) Kayra, (CO) Urcos, (CO) Paruro, (CO) Santo Tomas, (CO) Antabamba y (CO) Combapata; 01 estación que fuera operada por la Universidad Nacional Mayor de San Marcos de Lima IVITA (CP) La Raya; 01 estación operada por Minería Global CL-Xstrata (CP) Tintaya; y 01 estación operada por la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco (CP) Perayoc. Cuadro 1.3 Regionalización de la temperatura media mensual - cuenca Quisco ALTURA MEDIA DE LA CUENCA QUISHCO = NOMBRE ALTITUD DE LA ENE FEB MAR msnm. ESTACION Cº Cº Cº CAYLLOMA 4320 6.6 6.8 6.3 LA RAYA 4200 7.6 7.7 7.6 ANGOSTURA 4155 7.2 7.4 7.2 TINTAYA 4005 9.9 9.7 9.6 YAURI 3915 9.3 9.0 8.9 POMACANCHI 3700 10.6 9.9 10.0 SICUANI 3574 12.2 12.3 12.1 PERAYOC 3365 12.0 11.9 11.8 CUSCO 3312 12.7 12.6 12.8 ACOMAYO 3250 13.7 13.6 13.5 K’AYRA 3219 13.4 13.4 13.3 URCOS 3149 14.0 13.8 13.8 PARURO 3084 14.5 14.5 14.2 Coefic. 33.2730 32.6517 33.0269 a Coefic. -0.0061 -0.0060 -0.0061 b Coefic. -0.983 -0.981 -0.983 r T. Media de la Cuenca 6.7 6.7 6.5 T. Media Area Cultivos 8.9 8.8 8.7

4341.6 msnm.

3990 msnm.

ALTURA MEDIA AREA DE LOS CULTIVOS = S E S JUL AGO SET OCT NOV

ABR

M MAY

E JUN

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

5.8 6.9 6.7 8.8 8.2 10.0 12.0 11.4 12.7 13.2 12.5 13.7 14.0 33.9040 -0.0065 -0.984 5.9 8.2

4.0 5.6 4.8 7.1 6.5 8.5 10.7 10.5 11.9 12.2 11.3 12.8 13.0 35.2040 -0.0072 -0.983 4.1 6.6

2.7 4.2 2.7 5.4 5.0 7.5 9.4 9.3 11.0 11.0 10.2 11.8 12.1 36.0394 -0.0077 -0.981 2.4 5.1

2.1 3.9 2.2 4.7 4.9 7.3 9.1 9.1 10.7 11.0 9.9 11.4 12.0 36.7403 -0.0080 -0.982 1.9 4.7

3.4 5.0 3.3 6.3 5.6 8.9 10.3 10.1 11.6 12.4 11.3 12.4 13.1 37.6922 -0.0080 -0.978 3.1 5.9

4.7 6.3 5.6 7.8 6.9 10.3 12.0 11.2 12.5 13.8 12.7 13.7 14.2 37.8249 -0.0076 -0.979 4.7 7.4

5.7 7.3 6.8 10.1 8.6 11.1 12.9 12.3 13.4 14.7 13.9 14.9 15.2 37.9102 -0.0073 -0.974 6.1 8.7

6.5 7.8 7.6 10.1 9.4 10.7 13.0 12.6 13.6 14.7 14.2 15.1 15.3 36.5833 -0.0069 -0.983 6.7 9.1

6.7 7.7 7.6 10.0 9.5 10.8 12.5 12.4 13.2 14.2 13.8 14.4 15.0 34.5943 -0.0064 -0.987 6.8 9.1

5.1 6.5 5.8 8.3 7.6 9.6 11.5 11.2 12.4 13.2 12.5 13.5 13.9 35.4537 -0.0070 -0.985 5.2 7.6

DIC


Gráfico 1.1 Regionalización de la temperatura media mensual cuenca Quisco REGIONAL IZACION DE DATOS TER MICOS 16 15 14 13 ) º 12 C ( 11 L A U10 S N E 9 M A I 8 D E 7 M . T 6

5 4 3 2 ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SET

OCT

NOV

PA RURO

LA RA YA

ANGOSTURA

TINTA YA

YA URI

POM A CANCHI

CUSCO

ACOM A YO

K'A YRA

URCOS

PA RURO

CAYLLOM A

SICUANI

PERA YOC

DIC


MEDIA

Cuadro 1.4 Regionalización de la temperatura máxima media mensual cuenca Quisco ALTURA MEDIA DE LA CUENCA QUISHCO = NOMBRE DE LA ESTACION

ALTITUD msnm.

YAURI 3927 POMACANCHI 3700 SANTO TOMAS 3660 ANTABAMBA 3636 SICUANI 3574 COMBAPATA 3525 PERAYOC 3365 CUSCO 3312 ACOMAYO 3250 K’AYRA 3219 URCOS 3149 PARURO 3084 Coefic. a Coefic. b Coefic. r T. Máx. Media Cuenca T. Máx. Media A.Cultivos

4341.6 msnm. M

E

3990 msnm.

ALTURA MEDIA AREA DE LOS CULTIVOS = S E S

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SET

OCT

NOV

DIC

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

15.8 16.4 15.9 17.1 18.5 18.6 19.1 18.9 19.8 19.5 20.1 21.1 40.2657 -0.0063 -0.947 12.7 15.0

15.5 15.8 15.8 17.0 18.8 18.8 19.0 18.8 20.0 19.6 19.9 21.1 41.4234 -0.0067 -0.926 12.4 14.7

15.4 16.0 16.0 16.8 19.2 18.9 19.0 19.1 20.2 19.7 19.9 21.1 41.5555 -0.0067 -0.920 12.5 14.8

15.9 16.5 16.4 17.9 19.4 19.5 19.4 19.7 20.7 20.3 20.8 21.6 42.6139 -0.0068 -0.934 12.9 15.3

16.4 16.8 15.6 18.7 19.3 19.9 19.5 19.8 20.9 20.7 21.0 21.9 42.8718 -0.0069 -0.894 13.1 15.5

16.1 16.4 15.7 18.2 18.7 19.4 19.0 19.4 19.6 20.2 20.9 21.5 41.4934 -0.0066 -0.913 12.9 15.2

15.9 16.4 15.5 17.7 18.6 19.7 18.9 19.3 20.3 20.0 20.6 21.1 41.7904 -0.0067 -0.909 12.7 15.1

15.9 17.5 16.5 17.9 19.4 20.0 19.7 19.6 21.3 20.6 21.1 21.8 43.2721 -0.0070 -0.935 13.1 15.5

16.8 18.2 17.3 19.0 20.2 20.7 20.2 20.0 21.8 20.9 21.2 22.3 40.5704 -0.0060 -0.901 14.5 16.7

17.3 18.7 17.4 20.2 20.7 21.4 20.7 20.9 22.3 21.3 22.0 22.8 41.7770 -0.0062 -0.879 15.0 17.1

17.5 18.1 18.2 20.2 20.2 21.0 20.7 20.7 22.0 21.3 22.0 22.6 40.5358 -0.0058 -0.920 15.1 17.2

MEDIA Cº

17.0 17.3 16.4 18.9 19.3 19.9 20.0 19.6 21.0 20.4 20.8 21.9 39.9346 -0.0060 -0.897 14.1 16.2

16.3 17.0 16.4 18.3 19.4 19.8 19.6 19.7 20.8 20.4 20.9 21.7 41.5087 -0.0065 -0.924 13.4 15.7


Gráfico 1.2 Regionalización de la temperatura máxima media mensual cuenca Quisco REGIONAL IZACION DE DATOS TER MICOS 23

) º C22 ( L A21 U S N20 E M A I 19 D E M18 A M I 17 X A M16 . T 15 ENE

FEB

M AR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SET

OCT

NOV

YA URI

P OM ACA NCHI

SA NTO TOM A S

A NTA B A M B A

SICUA NI

COM B A P A TA

P ERA YOC

CUSCO

K'AYR A

URCOS

PA RURO

AC OM AYO


DIC

Cuadro 1.5 Regionalización de la temperatura mínima media mensual cuenca Quisco ALTURA MEDIA DE LA CUENCA QUISHCO = NOMBRE DE LA ESTACION

ALTITUD msnm.

YAURI 3927 POMACANCHI 3700 SICUANI 3574 COMBAPATA 3525 CUSCO 3312 ACOMAYO 3250 URCOS 3149 PARURO 3084 Coefic. a Coefic. b Coefic. r T. Mín. Media Cuenca T. Mín. Media A.Cultivos

4341.6 msnm.

M

E

ALTURA MEDIA AREA DE LOS CULTIVOS = S E S

3990 msnm.

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SET

OCT

NOV

DIC

MEDIA

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

Cº

1.2 4.6 5.6 5.4 6.5 7.5 8.3 8.0 31.8730 -0.0075 -0.964

1.3 4.1 5.6 5.1 6.6 7.3 8.6 7.9 32.7392 -0.0078 -0.973

1.0 4.1 5.2 4.8 6.3 7.0 8.2 7.2 31.4506 -0.0076 -0.963

-1.7 3.2 3.4 3.4 5.0 5.4 6.7 5.8 32.6622 -0.0084 -0.933

-6.7 0.2 -0.3 1.1 2.7 2.7 3.3 3.5 36.8272 -0.0105 -0.910

-0.9

-1.2

-1.3

-3.6

-8.6

-12.2

-12.2

-10.2

-7.6

-4.9

-3.8

-1.9

-5.7

1.8

1.5

1.3

-0.7

-4.9

-8.0

-8.1

-6.2

-3.6

-1.3

-0.4

1.0

-2.3

-10.5 -1.5 -2.4 -1.4 0.5 0.8 1.2 1.6 39.5061 -0.0119 -0.884

-10.5 -1.6 -2.6 -1.4 0.3 0.6 1.0 1.5 38.7676 -0.0117 -0.884

-8.8 0.0 -0.5 0.8 1.6 2.6 2.7 3.0 39.7008 -0.0115 -0.873

-6.2 2.1 2.3 3.4 3.9 5.1 5.6 5.1 42.0091 -0.0114 -0.877

-3.0 3.2 4.0 4.6 5.5 6.5 7.1 6.6 39.3565 -0.0102 -0.913

-1.6 3.7 4.5 5.0 6.0 7.1 7.8 7.2 38.2636 -0.0097 -0.934

0.1 -3.8 4.2 2.2 5.2 2.5 5.4 3.0 6.4 4.3 7.3 5.0 7.9 5.7 7.6 5.4 33.9267 36.4235 -0.0083 -0.0097 -0.950 -0.924


c) Humedad Relativa Para el análisis de la Humedad Relativa se está haciendo uso de la información de tres estaciones meteorológicas que son operadas; 02 por el SENAMHI, (CO) Yauri y (CO) Sicuani y una estación operada por la Minería Global CL-Xstrata (CP) Tintaya. El promedio anual de la humedad relativa en la estación Yauri alcanza a 74.50%, en la estación Sicuani 60.80% y en la estación Tintaya alcanza un promedio anual de 55.30%. El periodo con registros de Humedad Relativa utilizados en el estudio son la estación Sicuani (1964-1988, 1987-1988, 1991-2006), Tintaya (1983-1992), Yauri (1998-2006).

Gráfico 1.3 Regionalización de la temperatura mínima media mensual cuenca Quisco REGIONALIZACION DE DATOS TERMICOS 9 8 7 6 ) º 5 C ( 4 L 3 A U 2 S N 1 E M 0 A -1 I D -2 E M -3 A -4 M I -5 N I M -6 . T -7 -8 -9 -10 -11 ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SET

OCT

CUSCO

P OM A CA NCHI

COM B A P A TA

SICUA NI

COM B A P A TA

CUSCO

A COM A YO

URCOS

P A RURO

YA URI

NOV

DIC


Cuadro 1.6 Humedad relativa media mensual y anual ESTACION

M ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

E

S

E

JUL

S

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

ALTITUD: 3574 msn m.

SICUANI

Media

Promedio

69.3

70.7

69.7

64.8

57.9

53.1

53.2

53.9

55.5

57.1

59.4

65.2

60.8

Máxima

84.0

89.0

95.0

93.0

78.0

70.0

70.0

72.0

72.0

72.0

72.0

75.0

78.5

Mínima

54.0

61.0

54.0

48.0

40.0

26.0

27.0

30.0

34.0

32.0

38.0

50.0

41.2

YAURI

ALTITUD: 3927 msn m

Media

Promedio

80.8

84.4

83.6

80.7

75.5

73.6

71.9

68.9

64.9

68.6

65.9

75.6

74.5

Máxima

84.0

87.3

91.2

92.5

88.2

80.0

82.1

74.8

71.6

78.6

74.4

79.4

82.0

Mínima

78.1

82.4

80.0

74.7

69.0

68.3

65.0

61.5

60.1

60.1

55.7

70.8

68.8

TINTAYA

ALTITUD: 4005 msn m

Media

Promedio

65.4

62.5

62.6

59.0

54.0

56.0

49.1

47.5

47.4

47.3

52.0

60.8

55.3

Máxima

73.2

73.1

75.0

67.4

64.5

66.1

61.4

60.6

64.6

62.8

65.3

69.8

67.0

Mínima

46.9

40.5

38.6

39.4

30.3

42.9

35.6

35.5

36.4

33.6

30.4

46.8

38.1

PROMEDIO

ALTITUD: 3990 msn m

Media

Promedio

71.8

72.5

71.9

68.2

62.5

60.9

58.1

56.8

55.9

57.7

59.1

67.2

63.6

Máxima

80.4

83.1

87.1

84.3

76.9

72.0

71.2

69.1

69.4

71.1

70.5

74.7

75.8

Mínima

59.7

61.3

57.5

54.0

46.4

45.7

42.5

42.3

43.5

41.9

41.4

55.9

49.4


Gráfico 1.4 Humedad relativa media mensual 85 80

75 70

65 60 55

50 45 ENE

FEB

M AR

ABR

SICUA NI

M AY

JUN YA URI

JUL

A GO

TINTA YA

SEP

OCT

NOV

DIC

P ROM EDIO


Gráfico 1.5 Humedad relativa máxima mensual 95

90

85

80

75

70

65

60 ENE

FEB

M AR

ABR

SICUA NI

M AY

JUN

YA URI

JUL

A GO

SEP

TINTA YA

OCT

NOV

DIC

P ROM EDIO


Gráfico 1.6 Humedad relativa mínima mensual 90

80

70

60

50

40

30

20 ENE

FEB

M AR

ABR SICUA NI

M AY

JUN YA URI

JUL

A GO TINT A YA

SEP

OCT

NOV

DIC

P ROM EDIO


De acuerdo al Cuadro 1.6 y Gráficos 1.4 al 1.7, la variación mensual de sus registros tienen una tendencia incoherente de relacionarse entre sus registros, es así que, en la estación de Sicuani los valores máximos se produce 95.0% en marzo, en Yauri se produce 92.5 % en abril y en Tintaya se produce 75.0% en marzo; Así mismo los valores mínimos si tienen mucha diferencia entre sus registros, produciéndose en la estación de Sicuani un mínimo de 26.0% en el mes de junio, mientras que la estación de Yauri el mínimo se produce en noviembre con 55.7% y en la estación de Tintaya el mínimo se produce en mayo con 30.3%. d) Horas de sol La información registrada de horas de sol se obtuvo de las estaciones meteorológicas de Yauri, Kayra y Perayoc. El total anual de horas de sol de la estación Yauri alcanza a 2,778.3 h/año, brillando un máximo de 318.5 horas en el mes de julio y un mínimo de 111.0 horas en el mes de enero. En la estación de Kayra el total anual de horas de sol alcanza a 2,252.9 h/año, brillando un máximo de 288.0 horas en el mes de julio y un mínimo de 65.2 horas en el mes enero, en la estación de Perayoc el total anual de horas de sol alcanza a 2,404.0 h/año, brillando un máximo de 314.1 horas en el mes de julio y un mínimo de 75.5 horas en el mes febrero. Además se ha obtenido un promedio de las tres estaciones registradas con la finalidad

de hacer uso para el proyecto, por cuanto su variación respecto a la altitud es casi similar. La variación total anual del promedio de las tres estaciones es de 2,478.4.0 h/año, brillando un máximo de 318.5 horas en el mes de julio y un mínimo de 65.2 horas en el mes enero. Cuadro 1.7 Horas de sol media mensual y anual M

E

S

E

S

ESTACION ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC Total

AL TITUD: 3574 m sn m.

YAURI

Promedio

169.1

162.0

193.3

219.2

275.5

265.4

275.9

272.4

250.7

241.8

247.2

205.8

2778.3

Máxima

213.3

208.5

216.9

243.6

302.5

306.0

318.5

306.1

270.9

277.7

275.8

228.2

3168.0

Mínima

111.0

123.4

170.2

184.1

236.2

237.9

239.0

243.2

228.6

198.3

215.2

192.6

2379.7

k'AYRA

AL TITUD: 3927 m sn m

Total

Promedio

125.6

121.6

144.3

182.7

236.0

240.8

255.1

232.6

197.2

198.6

172.8

145.7

2252.9

Máxima

188.3

175.3

201.8

225.6

286.1

282.0

288.0

279.1

254.9

259.5

254.5

193.0

2888.1

Mínima

65.2

72.2

73.3

121.6

174.8

160.2

208.0

167.0

82.6

134.2

102.9

98.6

1460.6

PERAYOC


Total

Promedio

146.4

136.0

161.3

194.0

242.6

238.1

252.3

246.9

213.7

214.8

192.8

164.9

2404.0

Máxima

215.9

192.7

219.8

243.0

299.2

280.5

314.1

300.7

262.0

267.6

258.5

205.0

3059.1

Mínima

89.7

75.5

94.9

108.3

184.5

170.2

150.9

183.1

127.0

125.7

120.4

117.6

1547.9

PROMEDIO


Total

Promedio

147.0

139.8

166.3

198.6

251.4

248.1

261.1

250.6

220.5

218.4

204.3

172.1

2478.4

Máxima

215.9

208.5

219.8

243.6

302.5

306.0

318.5

306.1

270.9

277.7

275.8

228.2

3173.5

Mínima

65.2

72.2

73.3

108.3

174.8

160.2

150.9

167.0

82.6

125.7

102.9

98.6

1381.7


Gráfico 1.7 Horas de sol media mensual 290 270 250 230 210 190 170 150 130 110 ENE

FEB

M AR YA URI

ABR

M AY k'A YRA

JUN

JUL

A GO

P ERA YOC

SEP

OCT

NOV

DIC

P ROM EDIO


Gráfico 1.8 Horas de sol máximas mensuales

330 310 290 270

250 230 210 190 170 EN E

F EB

MAR

ABR

YA UR I

M AY

J UN

J UL

k 'A YR A

A GO

SEP

P ER A YOC

OC T

N OV

D IC

M A XIM A

Fuente: Expediente Técnico del Proyecto Instalación del Sistema Sistema de Riego Quisco, Quisco, Plan MERISS (Agosto (Agosto 2012).

Gráfico 1.9 Horas de sol mínimas mensuales 250 230 210 190 170 150 130 110 90 70 50 EN E

F EB YA UR I

M AR

ABR

M AY k ' A YR A

J UN

J UL

A GO P ER A YOC

SEP

OC T

N OV

D IC

M IN IM A

Fuente: Expediente Técnico del Proyecto Instalación Instalación del del Sistema Sistema de Riego Quisco, Quisco, Plan MERISS (Agosto 2012).

e) Evapo vapora ració ción n Este parámetro meteorológico es analizado analizado en base a los registros registros de las estaciones meteorológicas de Tintaya, Perayoc, Urcos y Urubamba. La información recabada de las estaciones seleccionadas corresponde a las mediciones a través de tanques evaporímetros Piche, los que deberán corregirse para su uso en el embalse. Para la generación de la evaporación media mensual para la altura media del embalse se aplicó la una regresión regresión lineal simple simple mostrada en el Cuadro Cuadro 1.8 y Gráfico 1.10, donde se puede apreciar apreciar que existe existe una buen buenaa relación relación entre la al altitud titud y eva evapora poración ción,, obte obtenién niéndose dose coeficientes de de correlación correlación en los los meses del del año, entre r = 0.872 en julio a r = 0.999 en diciembre. Para hallar la altura media del embalse se toma la media de la altura máxima embalsable 4082 msnm y la altura más baja 4046 4046 msnm, obteniéndose obteniéndose una una altura media de 4064 msnm, con la cual se obtiene una evaporación media anual de 1,774.4 mm/año y una evaporación mensual que que varía de 124.8 mm/año mm/año en abril abril a 195.0 mm/año en octubre. octubre. f) Metodol Metodol ogía para hallar el el factor d e relación entre evaporación evaporación media del embalse embalse

Para el cálculo de la evaporación desde un embalse a partir de registros de un evaporímetro, es necesario tomar en cuenta un coeficiente de corrección, el cual es función de las características del instrumento. Existen muchas experiencias realizadas para determinar y cuantificar los factores que influencian la tasa de evaporación registrada en las estaciones estudiadas (Tintaya, Perayoc Urcos, Urubamba y la regionalizada para la altura del embalse) y hallar los factores de corrección a emplearse. Los evaporímetros Piché usados en su mayoría por las estaciones del SENAMHI, generalmente tienden a dar una sobreestimación de los tubos de evaporación, por el reducido tamaño de la superficie de exposición que presentan. Cuadro uadro 1.8 Regionali Regionalizació zaciónn de la evaporaci evaporación ón media media mensual mensual y anual - alti altitud tud ALTURA MEDIA EMBALSE PROYECTO QUISHCO =

NOMBRE DE LA ESTACION

ALTITUD msnm.

4064 msnm. M

E

S

E

S

ENE

FEB

MAR

AB R

MAY

J UN

J UL

AGO

SET

OCT

NOV

DIC

MEDIA

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

TINTAYA

4005

146.2

129.0

127.7

123.1

129.3

133.2

140.9

151.1

165.2

193.2

175.0

151.4

1745.0

PERAYOC

3365

100.8

93.0

101.8

102.3

122.0

126.3

139.0

146.1

140.7

144.6

128.9

120.4

1465.7

URCOS

3140

99.8

83.8

92.1

99.1

110.8

117.1

121.7

134.7

134.6

142.4

137.7

112.6

1386.5

URUBAMBA

2867

93.2

82.5

88.8

87.6

102.1

102.6

115.1

118.9

115.2

120.7

111.0

98.3

1236.1

Coefic.

a

1.7519 1.7519

37.4174 37.4174

35.8087 35.8087

52.6710 52.6710 49.7871 49.7871

-1.1330 -1.1330 -57.86 -57.8649 49 -38.03 -38.0345 45 -33.70 -33.7006 06 -10.48 -10.4834 34

Coefic.

b

0 .0 .0 47 47 9

0 .0 .0 43 43 4

0 .0 .0 35 35 8

0 .0 .0 30 30 3

0 .0 .0 23 23 5

0 .0 .0 25 25 1

0 .0 .0 22 22 9

0 .0 .0 26 26 3

0 .0 .0 41 41 9

0 .0 .0 62 62 2

0 .0 .0 52 52 7

0 .0 .0 46 46 2

0 .4 .4 39 39 2

Coefic.

r

0.953

0.967

0.986

0.994

0.949

0.922

0.872

0.894

0.986

0.987

0.948

0.999

0.998

144.5

128.3

128.4

124.8

133.0

137.9

145.7

156.6

169.0

195.0

176.1

153.9

1774.4

-50.32 -50.3266 66 -48.20 -48.2086 86 -17.21 -17.2176 76

EVAP. EN EL EMBALSE

Fuente: Expediente Técnico del Proyecto Instalación Instalación del Sistema de Riego Quisco, Quisco, Plan MERISS (Agosto (Agosto 2012 2012). ).

Regresiónn line lineal al simp simple le evap evaporac oración ión - altit altitud ud Gráfico Gráfico 1.10 1.10 Regresió 4200

TINTAYA 4000

E VV- HI HIS TO TOR IC IC A

E VV- CO CO RR RR EG EG ID A

3800

3600

PERAYOC 3400

3200 URCOS

E V = - 10.483 10.483 4

3000

.4 39 39 2 + 0 .4

·

H

r = 0.998

URUBA RUBA MB A

2800 1200

1300

1400

1500

1600

1700

ELEVACION (msnm)

Fuente: Expediente Técnico del Proyecto Instalación Instalación del del Sistema Sistema de Riego Riego Quisco Quisco,, Plan MERISS (Agosto (Agosto 2012 2012). ).

1800

Para la zona de estudio el embalse Quisco, los registros de evaporación con instrumento Piché han sido transformados a Tanque Cass A Pan, afectados por un coeficiente medio igual a 0.88, así la evaporación simulada para un reservorio natural a partir de los registros de un instrumento Piché ubicado ubicado en la estación, resulta ser como la que se muestra muestra en relación (1.1) siguiente: E r = C m ´ E m = (0.88 ´ 0.7) = 0.62 ´ E m

(1.1)

donde: E r = Evaporación real en la represa. E m = Evaporación media. C m = Coeficiente de corrección.

De acuerdo a las experiencias del SENAMHI e INAF, la evaporación real de una represa a partir de registros de Piché, debe aplicarse un factor de 0.40 a 0.50; resultando conservador el factor de 0.62 obtenido anteriormente. g) Pérdida Pérdida por evaporación evaporación de embalses embalses Es conocido, que las pérdidas por evaporación son mayores si las superficies son inundadas. Este aumento de evaporación corresponde a la diferencia entre la actual evapotranspiración (antes del represamiento) y la evaporación desde la superficie liquida del reservorio. En la zona de estudio, la evapotranspiración pre-existente en el embalse, puede expresarse en forma forma más más simple simple mediante mediante la relación relación (1.2) siguiente: E i = Pi ´ (1 - Ci )

(1.2)

donde: Ei Pi Ci i

= = = =

Evapotranspiración Evapotranspiración (mm). Precipitación Precipitación (mm). Coeficiente de escorrentía. escorrentía. Índice mensual.

De acuerdo a los datos de evaporación regionalizada, regionalizada, los valores generados generados para la zona de estudio, nos indica que son mayores que los registrados con los evaporímetros Piché, puesto que las condiciones de calor, viento y humedad del aire son diferentes en la zona de estudio, en comparación a los registros en las estaciones. Para el análisis de la evaporación real del embalse Quisco se está asumiendo asumiendo la relación (1.3) lineal siguiente: ER = Cm ´ Em

Dónde: Evapotrans piración real desde el embalse (mm). ER = Evapotranspiración C m = Coeficiente (Piché C m =0.62 (0.7x0.88); Tanque (Class A Pan C m =0.70) Evaporación medida medida (mm). (mm). Em = Evaporación

(1.3)

El incremento de las perdidas por evaporación como consecuencia del embalsamiento inicial de la presa Quisco puede desarrollarse combinando formulas (1.2) y (1.3), que da como resultado final la ecuación (1.4), que servirá para la obtención de la Evaporación Real. (1.4)

ERi = Cm ´ Em - (1 - Ci )

Siendo: ERi Ci Cm E mi

= Evaporación Real (mm). = Coeficiente de escorrentía mensual. = Coeficiente (Piché C m =0.62; Tanque (Class A Pan C m =0.70). = Evaporación medida (mm).

Además, se considera que los valores del coeficiente de escorrentía no se determinan en forma mensual y para efectos de almacenamiento de agua en los acuíferos, se adopta un coeficiente de escorrentía Ci =0.36, obtenido para la cuenca Quisco. La evaporación real para el embalse Quisco, se obtiene considerando que los registros efectuados en la regresión lineal provienen de evaporímetros Piché, afectando los valores medidos con un coeficiente igual a C m =0.62 . Los resultados de la evaporación real para el embalse Quisco desarrollado mediante el análisis matemático se muestra en el Cuadro 1.9 ., donde se ve la variación de la evaporación media, evaporación neta, precipitación media y precipitación efectiva. La variación mensual y anual de evaporación real requerida para el embalse Quisco se aprecia en el Gráfico 1.11. Cuadro 1.9 Corrección de evaporación medida a evaporación real EVAPORACION MES

MEDIDA

REAL

(mm)

(mm)

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

144.5 128.3 128.4 124.8 133.0 137.9 145.7 156.6 169.0 195.0 176.1 153.9

88.9 78.9 79.0 76.7 81.8 84.8 89.7 96.5 104.2 120.3 108.5 94.8

ANUAL

1793.2

1104.1

PRECIPITACION Ce

EVAPORACION

MEDIDA (mm)

EFECTIVA

NETA

(mm)

(mm)

(mm)

0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36

201.6 183.4 147.2 59.2 10.9 4.2 3.5 11.6 21.0 48.7 82.1 126.5

129.0 117.4 94.2 37.9 7.0 2.7 2.3 7.4 13.5 31.2 52.6 80.9

-40.1 -38.4 -15.2 38.8 74.8 82.2 87.4 89.0 90.7 89.1 56.0 13.9

0.36

899.9

575.9

528.2


Gráfico 1.11 Comparación de la evaporación y la precipitación

160 PRECIPITACION 140

PRECIP ITACION EFECTIVA EVAPORACION

) m 120 m (

N O I 100 C A R O 80 P A V E 60 N O I C 40 A T I P I 20 C E R P 0 ENE

FEB

M AR

ABR

M AY

M

JUN

E

JUL

S

A GO

SEP

OCT

NOV

DIC

E S


h) Evapotranspiración potencial La información básica para determinar la evapotranspiración potencial proviene de las datos climáticos de 19 estaciones meteorológicas: Yauri, Sicuani, Kayra, Urcos Cusco, Tintaya Pomacanchi, Acomayo Perayoc, Paruro Combapata, Angostura Pisac, Chitapampa, Paucartambo, Santo Tomas, Antabamba, Caylloma y La Raya; Las estaciones de Yauri registra los parámetros de precipitación media mensual, temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), humedad relativa, horas de sol y velocidad de vientos, la estación de Sicuani registra los parámetros de temperaturas (Máxima, Media y Mínima media mensual), humedad relativa, la estación de Kayra registra los parámetros de precipitación media mensual, temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), humedad relativa, horas de sol, la estación de Urcos registra los parámetros de Precipitación media mensual, temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), la estación de Cusco registra los parámetros de precipitación media mensual, temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), la estación de Tintaya registra los parámetros de precipitación, temperaturas media mensual, humedad relativa, la estación de Pomacanchi registra el parámetros de temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), la estación de Acomayo registra el parámetros de temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), la estación de Perayoc registra el parámetro de temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), horas de sol, la estación de Paruro registra el parámetro de temperaturas (máxima, media y mínima media mensual), la estaciones de Combapata registra los parámetros de precipitación y temperaturas (máxima, mínima media mensual), la estación de Angostura registra los parámetros de precipitación, temperaturas media mensual, la estación de Pisac, Chitapampa, Paucartambo registran el parámetro de precipitación media mensual y las estaciones de Santo Tomas, Caylloma y La Raya registran el parámetro de temperatura media y mínima media mensual. Existe una pluralidad de métodos empíricos y teóricos para la determinación de Evapotranspiración Potencial. Los métodos empíricos parten de las mediciones directas de la demanda de agua de los cultivos mediante lisímetros o de la medición de la evaporación de

agua que se mide a partir del espejo libre de un tanque (tanque clase “A”), o mediante evaporímetro, del cual existen varios tipos, siendo los más conocidos el evaporímetro Piche y el evaporímetro Livingston. Otro de los métodos es, mediante el cálculo teórico utilizando formulas, relacionando la evapotranspiración con factores climáticos como: Precipitación, temperaturas máximas, medias y mínimas, humedad relativa, insolación, horas de sol, vientos y otros. Cuadro 1.10 Evapotranspiración potencial por varios métodos METODO

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

TOTAL

PENMAN

81.1

69.4

69.6

60.4

53.1

43.5

48.4

62.0

75.7

91.6

96.3

89.9

841.2

CHRISTIANSEN

112.1

101.4

109.7

108.3

108.1

93.6

100.5

115.1

126.0

142.9

142.6

125.5

1385.8

SAMANI

116.0

102.1

105.8

97.6

93.8

84.1

88.2

100.5

112.9

128.0

129.1

124.0

1282.1

HARGREAVES-SAMANI

110.3

97.2

100.7

92.8

89.3

80.0

83.9

95.7

107.5

121.8

122.8

118.0

1220.1

HARGREAVES II

120.0

102.5

104.4

91.7

81.7

68.2

71.8

86.7

103.8

126.1

131.7

131.6

1220.2

BLANEY - CRIDDLE

110.2

97.1

103.5

95.2

89.4

80.2

81.8

88.3

93.9

105.0

107.0

111.7

1163.2

JENSSEN-HEISE

80.6

72.9

80.4

87.4

95.7

83.5

87.0

99.7

111.5

125.7

123.6

99.5

1147.4

HARGREAVES III MODIF.

85.2

78.0

84.1

80.4

77.0

66.0

69.7

79.3

86.4

98.6

98.9

91.6

995.1

PROMEDIO

101.9

90.1

94.8

89.2

86.0

74.9

78.9

90.9

102.2

117.5

119.0

111.5

1156.9


Gráfico 1.12 Gráfico de la evapotranspiración potencial por varios métodos 160

140

120

100

80

60

40 ENE

FEB

M AR

ABR

M AY

JUN

JUL

A GO

SEP

OCT

NOV

PENMAN

HARGREAVES III

CHRISTIANSEN

PROMEDIO

JENSSEN-HEISE

HARGREAVES II

SAMANI

HARGREAVES-SAMANI

DIC

BLANEY - CRIDDLE


i) Caudales máximos

Previo al cálculo de los Caudales máximos, se ha realizado un análisis de las precipitaciones máximas en 24 horas de las estaciones de Sicuani, Kayra, Yauri, y las precipitaciones máximas mensuales generadas para la cuenca, a los cuales mediante el uso de las técnicas estadísticas hidrológicas fueron transformadas inicialmente a precipitaciones máximas para diferentes intervalos de retorno, y posteriormente a intensidades máximas sobre varios periodos de retorno, mediante las distribuciones de Gumbel y Log Pearson Tipo III. Finalmente, se han obtenido las intensidades de lluvia para diferentes duraciones y periodos de retorno para el río Quishca Mayo. Para el cálculo de los caudales máximos para el río Quishca Mayo, se está haciendo uso del Hidrograma Unitario Triangular - SCS, en la que, mediante el uso de las características geomorfológicas de la cuenca como pendiente del río, longitud del curso principal superficie de la cuenca, se determina el tiempo de concentración mediante la fórmula empírica que utiliza del H.U. Triangula –SCS. El Tiempo de concentración Tc, es importante para la determinación de las lluvias torrenciales. Por otro lado es necesario indicar que el tiempo de concentración es igual al tiempo de duración de la tormenta máxima, debido a que la cuenca no cuenta con registros de duración de tormentas, asimismo, se ha calculado el coeficiente de escorrentía superficial mediante la relación directa entre el caudal medio mensual generado y la precipitación media mensual generada para la cuenca media, ubicándose dentro de los rangos de C=0.3 a C= 0.45 establecidos para este tipo de cuencas con relieves características de las zonas alto andinas. Finalmente para determinar los caudales máximos se ha empleado el Hidrograma Triangular - SCS, conjuntamente con los métodos de distribución de extremos (GUMBEL y LOG PEARSON TIPO III), cuyos resultados se muestran en el Cuadro 1.11. En este cuadro, se consignan los valores de los caudales máximos del río Quishca Mayo para distintos periodos de retorno. Considerando la intensificación de los eventos extremos por efectos del cambio climático global, el caudal de diseño preliminar del aliviadero corresponderá al periodo de retorno de 1,000 años, es decir, 50.70 m 3/s. Cuadro 1.11 Caudales máximos del río Quishca mayo para distintos periodos de retorno T Años

1.01 2 5 10 25 50 100 475 500 1000 5000 10000

IT

PT

Q T

mm/min

mm

m³/s

0.06 0.09 0.12 0.14 0.16 0.18 0.21 0.27 0.27 0.30 0.37 0.41

4.46 7.24 9.29 10.77 12.80 14.43 16.17 20.85 20.76 23.02 29.14 32.22

9.8 16.0 20.5 23.7 28.2 31.8 35.6 45.4 45.8 50.7 64.2 71.0

Ln I475 = - 5329 x Ln t +.7482; PT = I x t = 20.85;

C = 0.357; t = 1.43 h; Area = 42.463 Km² Q T = 0.208 x C x P T x A / t

75 QT = 0.208 x C x PT x A / t

65

) s / ³ m ( O M I X A M L A D U A C

55 45 35 25 15 5 1

10

100

1000

PERIODO DE RETORNO ( Año s)

Caudal de diseño, para una vida útil de 50 años y un riesgo de falla del 10%


j) Caudales Mínimos

10000

Los caudales mínimos para el río Quishca Mayo fueron obtenidos a partir de los caudales mínimos de la serie de caudales medios mensuales generados del periodo 1964-2007, los cuales fueron obtenidos utilizando la distribución de predicción de Gumbel Tipo I, cuya ecuación se muestra a continuación. Esta ecuación permite calcular probabilísticamente los valores de las descargas mínimas para los distintos periodos de retorno, con una variación desde 1 año hasta 10,000 años. Con la finalidad de efectuar el diseño de las estructuras de captación, se asume los caudales mínimos para periodo de retorno de 100 años, cuyo resultado obtenido alcanzan a 10.7 l/s. F( y ) = E + (q - E) ´ e ( w ´L )

Siendo: F( y ) = Probabilidad estadística dada por la curva de caudales mínimos clasificados. E = Sequía mínima. q

= = = =

W L e

Sequía característica. Variable reducida. Parámetro. Número neperiano.

La información de caudales mínimos generados del río Quishca Mayo tiene un periodo de (1964-2007). Empleando la metodología antes descrita, se obtiene la curva de predicción, donde se halló un caudal de diseño mínimo de 10.7 l/s para un periodo de 100 años y la ecuación de predicción es la siguiente:

F(y)=7.463+(16.737-7.463)×e(0.230×w) Cuadro 1.12 Caudales mínimos río Quishca Mayo, distribución Gumbel tipo I para distintos periodos de retorno ITEM

P

T

W

Q.Mín. (l/s)

1

0.010

1.01

1.529

20.6

2

0.020

1.02

1.369

20.2

3

0.048

1.05

1.113

19.4

4

0.091

1.10

0.875

18.8

5

0.200

1.25

0.476

17.8

6

0.500

2.00

-0.367

16.0

7

0.800

5.00

-1.500

14.0

8

0.900

10.0

-2.250

13.0

9

0.950

20.0

-2.970

12.1

10

0.980

50.0

-3.902

11.2

11

0.990

100.0

-4.600

10.7

12

0.995

200.0

-5.296

10.2

13

0.998

500.0

-6.214

9.7

14

0.999

1000

-6.907

9.4

CAUDALES MINIMOS CUENCA QUISHCO 20 19 18 17

ECUACION DE PREDICCION

Y = 7.463 + (16.737 - 7.463) EXP( 0.230 W )

16 ) s15 / l ( L A14 D U A13 C

12 11 10 9

15

1.000

10000

-9.210

8.6

8 1

10

100

1000

PERIODO DE RETORNO T (Años)


1.3.3 Geología y Geotecnia

10000

1.3.3.1Estudio Geológico y Geotécnico del Expediente Técnico (2012) Según el Informe de Revisión del Expediente Técnico del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco” (Anexo 4.3: Geología-Geotecnia), del Ing. Rene Pumayali Saloma (Marzo 2013), se concluye que “ la zona donde se plantea la construcción de la presa cumple con todas las condiciones geológicas para su operatividad ”, y recomienda la “ elaboración de estudios complementarios basados en exploraciones directas por medio de perforación diamantina, estudio requerido con el fin de compatibilizar el diseño de la presa manteniendo las características esenciales definida en el Expediente Técnico”.

En el indicado Expediente Técnico, se confirma que un deslizamiento antiguo es responsable de la conformación morfológica de la garganta, y que superficialmente no tiene buenas condiciones favorables para el emplazamiento de ningún tipo de infraestructura, ya que sus parámetros son de alta a muy alta permeabilidad, baja a nula cohesión, grado muy heterogéneo de asentamiento por consolidación y de difícil ensamble en el desplante o fundación de la presa. Las investigaciones geognósticas realizadas constaron principalmente de las siguientes investigaciones directas e indirectas: - Se ejecutan 8 calicatas en el estribo derecho de la presa para identificar la profundidad del basamento rocoso y calidad del macizo rocoso, así como la influencia de los deslizamientos existentes. También, se ejecutan 5 calicatas en el estribo izquierdo y 2 calicatas en el cauce. - 21 ensayos de permeabilidad Lefranc en 12 calicatas: 07 en la margen derecha y 05 en margen izquierda. - Se ejecutaron 11 sondajes eléctricos verticales (SEVs) para inferir la estratigrafía del sitio de emplazamiento de la presa y elaborar el corte geotécnico del eje de la presa. - 12 ensayos de corte directo: 10 en calicatas de margen derecha, y 02 en calicatas margen izquierda. - 03 ensayos de comprensión triaxial CU: 01 con muestra obtenida en calicata margen derecha, y 02 en calicata de margen izquierda. 03 ensayos de comprensión triaxial UU: 01 con muestra obtenida en calicata margen derecha, y 02 en calicata de margen izquierda. A partir de los resultados de los ensayos de corte directo y de los ensayos de compresión triaxial, se estimaron la capacidad portante y los asentamientos por consolidación unidimensional. Sin embargo, dado que la cimentación de la presa y sus obras conexas serán cimentadas en estrato rocoso, los resultados fiables de los indicados ensayos serán de utilidad para los trabajos de excavaciones y movimiento de tierra de la obra. En la zona del vaso no fueron realizados ensayos de permeabilidad por la imposibilidad de instalar la tubería de ensayo, por la presencia de rocas de origen volcánico. Para fines de impermeabilización de la fundación de la presa, no se realizaron pruebas hidráulicas de permeabilidad Lugeon en los estratos rocosos de la referida fundación. La margen izquierda de la zona de la presa, presenta remanentes de depósitos glaciares, no bien delimitados, pero su presencia se evidencia aguas abajo del eje de presa propuesto, siendo menos evidente aguas arriba. Estos remanentes glaciares (morrenas laterales) han

sido afectados posteriormente por movimientos de geodinámica interna y externa. El emplazamiento de rocas hipoabisales (intrusiones a poca profundidad de enfriamiento) que ha formado un cuerpo pequeño afloramiento de unos 3.5 km 2 y orientación al NorOesteSurEste durante el Plioceno –Pleistoceno (Natalio de la Cruz, 1995). Este cuerpo constituido por shoshonitas y cuarzo latiandesita, durante su intrusión habría generado movimientos geodinámicos internos y consiguientemente externos, que ha generado deslizamientos como el de la garganta de la presa Quisco. Este deslizamiento, ha debido ocurrir posterior a los procesos glaciares, de manera que las morrenas han sido afectadas por este deslizamiento, por lo que se tiene materiales finos con gravas y arenas dentro del deslizamiento, que constituye la matriz de estos depósitos. Los deslizamiento recientes han sido formados por la acción erosiva del río Ankara en los periodos de caudales mayores, que originaban cauces mayores, desestabilizando las paredes laterales del cauce, y cuyos remanentes se tiene en la actualidad como parte de estos deslizamientos. Probablemente, esta acción erosiva ha jugado un rol importante en la formación de un paleorelieve negativo, que ha sido delimitada por los estudios geo-eléctricos, y que se encuentra como depresión saturado de agua, lo que sugiere un carácter permeable. En el eje de la presa, se encontraron la siguiente secuencia de materiales inconsolidados: 





En el estribo margen derecha, el nivel superficial está compuesta por suelos edáficos con desarrollo de sistemas radiculares de tonalidad gris marrón oscuro, debajo del horizonte superior descrito se aprecia una secuencia de suelos arcillo limosos sin estratificación, en algunos sectores con gravas caracterizados en laboratorio de acuerdo a la Clasificación Unificada de Suelos arcillosos (SUCS: como CL, MH, y GC). La potencia de estos suelos en la zona del eje puede llegar a los 4 m, considerando desde la superficie superior hasta la porción media, debajo de los cuales se encuentra el nivel de roca de origen volcánico con buenas características geotécnicas. En el estribo margen izquierda, el nivel superficial está compuesta por suelos edáficos con desarrollo de sistemas radiculares de color negro-gris, iniciando en la parte alta de la garganta hacia la colina y al contacto con las rocas volcánicas del cerro Ankara. Debajo del horizonte edáfico se aprecia una secuencia de suelos arcillo limosos en tramos con estratificación grosera y sin estratificación, En algunos horizontes o sectores, se encuentran bloques o bolones con gravas caóticamente distribuidas empacadas en los suelos finos., estos bloques alcanzan los 2 m de diámetro. La potencia de estos suelos supera fácilmente los 7 m, son más profundos que las calicatas ejecutadas. Sin embargo, con los resultados de los sondajes eléctricos verticales, se estima que la profundidad alcance hasta los 15 m, que estaría representado por el deslizamiento que se encuentra en contacto con el substrato rocoso. En la parte central o cauce del río, el nivel superior está conformado por gravas y arenas producto de depósitos fluviales, en un espesor de 1.50 m a 2 m, debajo del cual se encuentra las rocas de origen volcánico de buenas características geotécnicas, y aptas para el emplazamiento de la presa.

En la geología y geotécnica del Expediente Técnico, recomiendan el diseño de una presa de concreto, que puede ser tipo gravedad, dado que la capacidad portante admisible de los suelos de basamento rocoso, permite soportar cargas de 4 kg/cm 2 con un factor de 3.0 a 1.0 m de profundidad, incrementándose sustancialmente la capacidad portante en profundidad.

Además, el ancho de la base no es superior a la altura de la presa por tanto la excavación no será en un área mayor. Por otro lado, el volumen de excavación de los depósitos de deslizamiento es menor, ya que solamente será necesario la apertura de una zanja para el emplazamiento de la presa, de esta zanja a excavarse se puede obtener bloques y bolones de piedra de roca volcánicas. El diseño de una presa de tierra y enrocado también es viable, dado que existen condiciones de basamento rocoso con capacidad portante admisible suficiente, y escaso asentamiento por consolidación, así como un coeficiente de permeabilidad favorable, sobre el cual puede emplazarse este tipo de presa sin inconvenientes. Sin embargo, requerirá una mayor área de desbroce de material del deslizamiento, y en caso de desplazar el eje de la presa hacia aguas arriba, la longitud del eje se incrementara sustancialmente, adicionalmente se deberá tratar el deslizamiento de la margen derecha. El material de la cantera se encuentra a una distancia aproximada de 1.5 km que incrementa los costos relativos, en comparación a la presa de concreto, donde el material se puede obtener del mismo lugar del emplazamiento de la presa, así como material de piedras como resultado de la excavación de la margen izquierda, principalmente. Para la elección de la alternativa del tipo de presa debe considerarse los costos de transporte de materiales. En el caso de una presa de concreto, se dispone en el vaso del embalse el material agregado de buenas condiciones, y en volúmenes suficientes. La explotación de estos materiales no afectará la permeabilidad del vaso. Si bien recomiendan el tipo de presa de concreto gravedad o similar, tienen claro que los costos de las alternativas planteadas serán los que finalmente definan el tipo de presa. 1.3.3.2 Estudios Complementarios Geológi co y Geotécnico de Geodata (Junio 2016) Las investigaciones geognósticas complementarias fueron realizadas por la empresa Geodata Engineering S.p.A A. (Junio 2016), en el marco de los Estudios Geotécnicos y Geognósticos – Estudio Complementarios Especializados de Geotecnia y Geología de la Presa Quisco – Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco, Distrito Alto Pichigua, Provincia de Espinar, Región Cusco”. El área del proyecto de la presa Quisco se posiciona, desde el punto de vista geo-tectónico, en el sector del Altiplano occidental de la cadena Andina Peruana (cuadro rojo en el esquema de los dominios tectónicos de INGEMMET), presentado a continuación.

Fuente: Geodata Engineering S.p.A. (Junio 2016)

Figura 1.6 Esquema de dominios tectónicos del Perú, el cuadro rojo indica la ubicación del proyecto Presa quisco 1.3.3.2.1 Geología regional En la margen norte-oriental del altiplano Yaureño, donde se ubica el área del proyecto Quisco, afloran los terrenos y rocas de una compleja secuencia vulcano-sedimentaria que empieza a lo menos desde la edad del Eratema Mesozoico (Cretáceo inferior, ver extracto del mapa geológico INGEMMET, leyenda página 7). Sin embargo, hay que destacar que, la documentación bibliografía conseguida, presenta más o menos importantes discrepancias, ya sea a nivel de atribución de algunas rocas aflorantes, o a nivel de secuencia temporal de las mismas Formaciones.


Foto 1.1 Vista del vaso aguas arriba


Foto 1.2 Vista del eje de la presa 1.3.3.2.2 Litoestr atigrafía Se describe brevemente, desde el punto de vista litoestratigráfico, las formaciones geológicas que afectan directamente el embalse hidrográfico del río Quishcamayo (Apurímac/Amkara), cuyas aguas se almacenarán en el embalse de la presa en proyecto. El área de la presa es interesada de la Unidad 1 del Grupo Maure y de la formación Ccallocahua. La litografía del sector es la siguiente: Grupo Tacaza (Oligoceno sup.)

Este grupo se subdivide en dos formaciones: la Formación Orcopampa y la Formación Ichocollo. La primera de estas formaciones, está constituida, generalmente, por estratos aglomerádicos de composición dacítica de colores variables que gradan de gris-violáceo a verdoso; los clastos volcánicos de distribución irregular, tienen forma de sub-redondeados a sub-angulosos y están distribuidos en una matriz piroclástica. Hacia arriba, los clastos son

masivos y se intercalan con piroclastos tobáceos y compactos; la composición dacítica de los clastos es muy común, tiene textura porfirítica y están compuestos esencialmente por hornblendas, piroxenos y biotitas. Grupo Maure (Mioceno) [Nm-ma1, 2, 3, 4]

Este grupo esta subdividido en 4 unidades; las tres primeras unidades están compuestas por sedimentos lacustres y la última unidad de sedimentos piroclásticos. Las cuatro unidades del Grupo se distinguen por estar constituidas respectivamente de: Unidad Maure 1: Conglomerados polimícticos y areniscas arcósicas de coloración marrón rojiza. Según el mapa geológico del INGEMMET (Figura 2.2), estas son las rocas que constituirán el basamento de la presa Quisco. Unidad Maure 2: Arenitas y limoarcillitas de coloración marrón rojizo. Unidad Maure 3: Lomo-arcillitas y dolomitas de coloración beige a gris blanquecina con abundante contenido de diatomita. Unidad Maure 4: Tobas cristalolíticas de composición riolítica o dacítica. Formación Ocoruro (Plioceno inf.) [Nm-oc]

Esta Formación, caracterizada esencialmente por deposición de tipo continental, está compuesta de conglomerados gruesos, mal consolidados, con muy escasa matriz y con bloques bien redondeados a sub-redondeados, hasta de dimensión pluviométrica, inmersas en una matriz de arenisca, de fina a gruesa, de color marrón pálido. Los conglomerados se encuentran a menudo inter-estratificados con areniscas guijarrosas. La Litología de los clastos involucrados es muy variable, desde la caliza gris, sin fósiles, hasta las dioritas y cuarzo-monzonitas y menores cuarcitas, areniscas rojas y lutitas marrón rojizas. Grupo Barroso (Plioceno) [Np-]

Tres complejos volcánicos principales y algunas unidades menores, constituyen el grupo Barroso, litológicamente compuesto por una serie de tobas brechosas, tobas líticas y dacíticos, y lavas andesíticas porfiríticas de color negro griáseo. Formación Casa Blanca (Plio-Pleistoceno) [Nq-cb]

La Formación Casa Blanca es de naturaleza conglomeradita lacústrina, presenta una litología monótona con ligera variación relativa en los extremos laterales de la cuenca; donde la margen oriental contiene más tobas cineríticas que la margen occidental que es más arcillas y conglomeradita; esto probablemente se explica como consecuencia de un levantamiento tectónico diferencial.


Figura 1.7 Ubicación del proyecto en el mapa geológico (1:50 000), INGEMMET 2001. Formación Ccallocahua (Pleistoceno inf.) [Qpl-sh]

La Formación Ccallocahua está constituida por rocas efusivas de tipo shoshoníticas, las cuales representan los términos más ácidos de las series alcalinas normalmente altas de potasio. Debido a la elevada viscosidad de las correspondientes lavas, los eventos efusivos que la han llevado a la superficie, en particular sus términos piroclásticos, probablemente hubo una elevada explosividad y, siendo la topografía bastante irregular, los flujos se han concentrado en los bajos morfológicos dando una característica forma lenticular a los correspondientes depósitos. En particular, alrededor de la zona del proyecto, reducida áreas de afloramiento. Depósitos morrénicos, fluvio-glaciares

Los depósitos morrénicos se encuentran mayormente en las partes altas de los valles que descienden hacia el altiplano Yaureño, los depósitos fluvio-glaciares o aluviales antiguos, por el contrario, constituyen terrazas a lo largo de las paredes laterales de los valles o forman conos aluviales al desbloque de los valles principales en el altiplano Yaureño. En el sector de valle del Río Quishca Mayo, afectado por el proyecto de la presa Quisco, estos depósitos no parecen particularmente desarrollados. Estos depósitos son compuestos de cantos y bloques más o menos sub-redondeados, sumergidos en una matriz más o menos abundante constituida por gravas, arenas más o menos gruesas y limo y arcillas. Depósitos fluviales actuales y recientes

Se trata de depósitos que se encuentran en los cauces de los ríos (depósitos fluviales actuales) o que constituyen las llanuras aluviales de los ríos mismos. En el segundo caso, la matriz areno-limo-arcillosa es medianamente abundante.

Depósitos coluviales

Los depósitos coluviales tienen espesores muy variables dependiendo del grado de alteración in situ de las rocas de basamento que yacen debajo y constituidos normalmente por bolones y bloques (sub)-angulosos sumergidos en una abundante matriz fina limo-arcillosa. 1.3.3.2.3 Geomorfo logía La zona del altiplano donde se ubica la presa Quisco, si se excluyen los cerros más cerca de la dorsal parteaguas del altiplano Yaureño, es caracterizada por una morfología generalmente suave y por relieves de baja altura y de menores pendientes. Dinámica de laderas

En un contexto de una morfología suave, los fenómenos de dinámica de las laderas no son frecuentes y ocurren, sobre todo, por saturación, pérdida de cohesión y deslizamiento de la matriz fina areno-arcillosa de los depósitos superficiales o por colapso y caídas de bloques o porciones de rocas aflorantes, debido, ya sea a la acción de erosión de los ríos o por intemperismo y aumento del grado de fracturación. Esos procesos pueden ser favorecidos por la acción antrópica. Terrazas fluviales

Entre los valles que bajan hacia el altiplano Yaureño, normalmente, el primer orden de terrazas fluviales, arriba del lecho de los ríos, constituye una superficie plana que representa, la llanura aluvial del río mismo. Hacia arriba de la llanura aluvial pueden encontrarse también sectores de terrazas más antiguos, más o menos conservados, después de la acción de las dinámicas de las laderas. En el altiplano Yaureño, la dinámica fluvial puede, por el contrario, haber dado origen a una configuración más compleja de varios órdenes de terrazas fluviales. Las unidades geomorfológicas serán descritas más en detalle en el capítulo relacionado a los procesos geodinámicos.


Foto 1.3 Morfología típica del área de embalse 1.3.3.2.4 Geología estructur al La evolución de la historia geológica es consecuencia de efectos de fases tectónicas diversas generadas a través del tiempo, producidos por esfuerzos compresivos y distensivos las que se manifiestan por presencia de plegamientos, fracturamientos, fallas normales e inversas con orientación general de NW-SE y direcciones de flujo. A nivel regional, en la zona se identifican estructuras de origen variado que afectan a las rocas sedimentarias antiguas y recientes, asimismo las estructuras son diversas y variables en los cuerpos ígneos que van desde el Cretáceo al Paleógeno y en las rocas volcánicas que se han manifestado desde el Permiano hasta el Cenozoico. Más detalle, después de la orogenia hercínica reconocida en las rocas más antiguas, paleozoicas de la cordillera oriental, a partir desde el mesozoico empieza el denominado Ciclo Andino, comprendido varias etapas de sedimentación y varias fases de deformación. Las principales fases de esta deformación han determinado, después la fase inicial de “depresión geosinclinal” entre el Triásico medio y el Cretácico superior, el gran levantamiento que ha elevado las rocas de geosinclinal y, más general, de la cadena, a su posición y fisonomía actual. Las principales fases de levantamiento han sido: · · · · ·

Fase Peruana, ocurrida en el Cretácico superior (80 M.A.), Fase Incaica, ocurrida en el Terciario inferior (35-30 M.A.), I Fase Quechua, ocurrida en el Mioceno medio (12-15 M.A.), II Fase Quechua, ocurrida en el Plioceno, III Fase Quechua, ocurrida en el Pleistoceno.

Sobre todo en los últimos 5 millones de años (Fase II y III Quechua) se ha alcanzado un sobrelevantamiento muy importante, llegando ya en el Plioceno temprano a alturas que sobrepasan los 3000 msnm.


Foto 1.4 Evidencia de la Fracturación que afecta a las areniscas en la zona del vaso El expediente técnico de las hojas 30-s, 30-t, 30-u y 30-v de la carta geológica nacional del Perú “Geología de los cuadrángulos” de Valille, Yauri, Ayaviri y Azángaro (Boletín nº 58 del INGEMMET, 1995) describen para el correspondiente sector de la cadena Andina, cinco dominios estructurales que se denominan; Cuenca Yura, Alto de Yauri, Altiplano, Alto Azángaro-Ayaviri y Cuenca de Putina. De acuerdo a esta subdivisión, el proyecto se ubica en el dominio estructural regional Alto de Yauri que está limitado en sus extremos por el dominio estructural de la Cuenca Yura y por eso denominado El Altiplano. El dominio de Alto Yauri, como los otros cuatro sobre dichos dominios estructurales y todas las estructuras tectónicas más importantes de este sector de la cadena andina, están orientados al Noroeste-Sureste. En el dominio del Alto de Yauri, los esfuerzos tectónicos comprensivos de las fases de deformación Peruana e Incaica, han desarrollado tantos plegamientos, principalmente amplios, abiertos y simétricos (más visibles al Sur del pueblito de Quishuara en el cuadrángulo de Ayaviri), como estructuras monoclinales bien evidentes en la cercanía de El Descanso y en la Cordillera Laramani del cuadrángulo de Yuri. Los fallamientos, de prevalente orientación Andina (pero existen también estructuras importantes de orientación Noroeste-Suroeste), ponen en contacto rocas Permianas (Grupo Mitu) con rocas cretáceas (Formaciones Arcurquina y Muni) y aun paleógenas (Grupo Puno).


Figura 1.8 Mapa geológico del cuadrángulo de Yauri, publicado por INGEMMET en el 2001, superpuestos los límites del dominio estructural Ato de Yauri, tomados desde el expediente técnico del boletín Nº 58, arriba citado. 1.3.3.2.5 Procesos geodinámico s Geodinámica del área del vaso

Por la morfología que presenta la zona y la conformación de las rocas (areniscas y tufos) no existe, particularmente en la zona del vaso, evidencia de geodinámica externa con fenómenos activos como son deslizamiento, hundimientos, asentamientos, etc. En el cauce existe erosión lateral y de fondo, teniendo una pendiente de 1.5 a 2 % por lo que es necesario que se verifique este aspecto para determinar la incidencia de los sedimentos para determinar el volumen muerto del embalse. Además, en lo que se refiere a los fenómenos de erosión y deposición locales, se notar aquí, que en el mapeo geológico anexo al informe, se ha destacado dos conos (abanicos) aluviales, producidos por dos de los principales afluentes del río Quiscamayo, presentes en la izquierda hidrográfica, en el área del vaso de la presa Quisco. En el lecho del vaso se han mapeado formaciones de rocas sedimentarias de areniscas y conglomerados, las cuales se presentan de forma masiva y muy resistente. Asimismo, en las zonas de laderas del vaso, las excavaciones realizadas presentan mayormente

tufos volcánicos, muy compactos e impermeables y areniscas rojas también impermeables. De acuerdo a los ensayos de permeabilidad desarrollados in situ, dan como resultado que el vaso es casi impermeable, por lo cual deducimos que la estanquidad del vaso desde el punto de vista geológico y geo-hidráulico está garantizada.


Foto 1.5 Vista del área del vaso.

Geodinámica del área de la presa

El eje de la presa conforma una cerrada en “U”, desde los estribos conforman formaciones rocosas, aunque cubiertas en sectores por depósitos cuaternarios, regularmente escarpadas con alturas promedio de 12 a 15 m hacia los flancos, conformando una pequeña planicie de 2 a 5º a una distancia entre 30 m y 50 m, luego se eleva hacia los cerros con una pendiente de 25º. Hacia la zona del cauce, se tiene un ancho promedio de 7 m, y pendiente transversal al eje de la presa de 2º en una distancia de 25 m. No se presentan en la zona estructuras de fallas importantes por deslizamiento, hundimientos, asentamientos, mientras que el desprendimiento se puede dar, sobre todo, a nivel constructivo, ya que el estribo izquierdo tiene fuertes pendientes a escarpado, formados por las labores de limpieza del camino y canal al pie del cerro. Desde el punto de vista geodinámico, el valle ha llegado a un punto de estabilización en la zona del vaso; en la zona del cierre, sobre todo el estribo izquierdo, es susceptible a desprendimientos a nivel constructivo una vez se construya la presa.


Foto 1.6 Vista del área de la presa.

Evaluación de los procesos geodinámicos y riesgos asociados

A continuación se resume y analiza los principales procesos geodinámicos que afectan el sector de estudio (de la presa y del vaso). Cuadro 1.13 Procesos geodinámicos en la zona de la presa y embalse Sector Proximidad del eje de la presa, ladera izquierda con configuración en ant-dip slope, caracterizada por fuerte pendiente

Procesos Geodinámicos Identificados Desprendimiento de material superficial (espesor estimado variable entre 0.50 m y 1.50 m) (PRESA)

Estado de Acti vi dad

Estado de dormiencia

Sector a sur del eje de la presa, ladera derecha caracterizada por rocas de tipo shoshonítico

Derrumbe, caída de roca (PRESA)

Estado de dormiencia

Sector sur este del vaso, ladera derecha a cota 4050 msnm.

Arroyos, abanico aluvial torrenciales (VASO)

Activo

Cruce del rio y orillas caracterizado por depósitos aluvial, presenta una pendiente variable entre 1.5 y 2%

Erosión lateral de las orillas y del fondo, deposición de sedimentos fluviales (VASO)

Activo

Descripción Presencia de pequeños escarpes formados por las labores de limpieza del camino y canal al pie del centro Roca muy fracturada a nivel superficial, erosión al pie de la ladera causada por el río Presencias de los conos (abanicos) aluviales, producidos por dos de los principales afluentes del rio Quishca Mayo Fenómeno de erosión y deposición causado por el río


Los procesos identificados han sido analizados cualitativamente desde el punto de vista de la peligrosidad geológica y de los riesgos asociados. La peligrosidad representa la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno de determinada intensidad. A fin de analizar los tipos de procesos identifica se consideraron las siguientes clases de peligrosidad. Cuadro 1.14 Clases de peligros presentes en la zona del estudio Peligrosidad Alta Peligrosidad Media Alta Peligrosidad Media Peligrosidad Media Baja Peligrosidad Baja

Deslizamiento o desplazamiento activo, talud en evolución o con declive superior a 45°, zonas inundables Deslizamiento o desplazamiento en estado de dormancia, sector en erosión, taludes en evolución o con declive superior a 15°. Presencia a lo largo de los taludes de depósitos coluviales, abanicos, arroyos, taludes con declive superior a 15°. Taludes estables en roca con configuración en ant-dip slope Taludes con declive inferior a 15°. Sectores planos.


La vulnerabilidad es el grado de daños potenciales en un elemento o conjunto de elementos como consecuencia de la ocurrencia de un fenómeno de intensidad determinada. El riesgo se define como las pérdidas potenciales debidas a un fenómeno natural determinado (vidas humanas, pérdidas económicas directas e indirectas, daños a edificios o estructuras, etc.). A continuación, en el Cuadro 1.15, se presentan los procesos geodinámicos identificados, han sido clasificados en términos de peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo.

Cuadro 1.15 Procesos geodinámicos identificados en la zona de la presa y embalse Sector

Procesos Geodinámicos Identificados

Evaluación de Peligrosidad

Evaluación de Vulnerabilidad

Evaluación de Riesgo

Proximidad del eje de la presa, ladera izquierda con configuración en ant-dip slope, caracterizada por fuerte pendiente

Desprendimiento de material superficial (espesor estimado variable entre 0,50 y 1,50m)

Peligrosidad Medio Baja

De Media a baja (en relación a la ubicación de la presa y a la dimensión pequeña del fenómeno)

De medio a bajo

Sector a sur del eje de la presa, ladera derecha caracterizada por rocas de tipo shoshonítico con configuración en ant-dip slope

Derrumbe, caída de roca

Peligrosidad Medio Baja

Baja (en relación a la ubicación de la presa)

Bajo

Sector sur este del vaso, ladera derecha a cota 4050 m.s.n.m.

Arroyos, abanico aluvial torrenciales

Peligrosidad medio

Baja (en relación a las dimensiones del depósito suelto movilizable)

Bajo

Cauce del río y orillas caracterizado por depósito aluvial, presenta una pendiente variable entre 1,5 y 2%

Erosión lateral de las orillas y del fondo, deposición de sedimentos fluviales

Peligrosidad medio

Baja (en relación a las cantidades del depósito suelto movilizables)

Bajo


En conclusión, dadas las topologías y las características de los procesos geodinámicos que afectan el sector de estudio, en relación a las dimensiones, y ubicaciones de los fenómenos respecto a la ubicación de la presa y del vaso, los procesos y los factores que en general afectan la estabilidad de los taludes se puedan clasificar con un bajo grado de riesgo. Por lo tanto, no se destacan situaciones particulares de inestabilidad de los taludes relativos a los procesos geodinámicos identificados. 1.3.3.2.6 Geología local

Á rea de la pres a y zona del vas o En el área de la presa Quisco y del vaso, las investigaciones complementarias ejecutadas han permitido revisar y simplificar el modelo geológico propuesto por Plan Meriss en sus estudios de factibilidad. El modelo geológico geotécnico propuesto por Geodata prevé la presencia de basamento rocoso constituido por alternancias de areniscas, conglomerados y niveles más atribuibles a tobas volcánicas. Encima de las areniscas, durante el Pleistoceno, se han depositado, de manera bastante discontinua, una efusión de lavas de tipo shoshonítico. En el área del proyecto, los depósitos cuaternarios más recientes, son representados por depósitos de derrumbe y depósitos aluviales. A continuación las características locales de estos diferentes tipos de terrenos serán descritos desde el más antiguo al más reciente.

1. A reniscas y conglomerados de bas amento (Unidad 1 del G rupo Maure – Mioceno) El basamento rocoso presente en el sitio de la presa Quisco, está constituido por secuencias predominantes de areniscas gruesas a finas, de color gris blanquecino a rojizo-marrón, intercaladas con secuencias de conglomerados de menor dimensión, constituidos por cantos, bolones y bloques de contornos sub-angulosos a subredondeados, de diferente litología y de dimensiones variadas desde milímetros hasta varios centímetros. En el área del vaso de la presa Quisco, se encuentran dos afloramientos principales, que son areniscas y conglomerados: - En la llanura aluvial del río Quishca Mayo en la orilla derecha de un afluente izquierdo, aproximadamente 100 m aguas arriba de la confluencia con el río principal, más de 700 m aguas arriba de la presa. - Sobre la margen izquierda de una pequeña quebrada, en la ladera izquierda del valle principal, aproximadamente 300 m aguas arriba de la presa (Foto 1.12).


Foto 1.7 Afloramiento de areniscas en el sector aguas arriba del vaso de la presa Quisco


Foto 1.8 Detalle del afloramiento de areniscas y conglomerados visibles en una pequeña quebrada, en la ladera izquierda del valle principal, se observa rastros de posible estratificación cruzada.


Foto 1.9 Afloramiento de areniscas en el cauce del río Quishca Mayo. Además, en la ladera izquierda de la pequeña quebrada de afloramiento (Foto 1.8), se observa bolones y bloques de dimensiones de varios centímetros (Foto 1.10), que no son visibles en otros lugares alrededor del área de la presa Quisco, así como también no se han observado en los depósitos aluviales actuales ni en los recientes del fondo del valle de río Quishca Mayo, aún menos los testigos de los sondeos ejecutados.

Foto 1.10


Se observa bolones y bloques redondeados, de dimensiones que pueden llegar hasta varios centímetros, en la vertiente izquierda del valle del río Quishca Mayo.

En las dos laderas del valle del río Quishca Mayo, las areniscas y conglomerados han sido descubiertas gracias a las excavaciones de algunas trincheras y calicatas (C-2/5, C-4/5 y C-3/7) ubicadas en ladera izquierda, mientras que en la derecha estos materiales fueron ubicados en calicatas (C-MD-07, C-1/5 y C-3/5), mostrando en algunos casos, una cobertura coluvial bastante reducida. En efecto, también la ejecución de las perforaciones diamantinas a lo largo y cerca del eje de la presa, ha permitido verificar la presencia de areniscas y conglomerados de basamento bastante superficial, ubicados por debajo de un delgado nivel de depósitos aluviales de espesor entre 4 a 6 m y poco más de 7 m solamente en el sondaje S2.

Sin embargo, para un primer espesor aproximativo de 5-15 m, las areniscas y los conglomerados se presentan bastante alterados. Las características de este nivel de alteración superficial, así como de las mismas areniscas y conglomerados no alterados, serán descritas y discutidas en detalle más adelante (Estudio Geotécnico). En todos los afloramientos observados en la zona del vaso, las areniscas presentan dirección y buzamiento bastante homogéneo alrededor de 250-280/5-15. Valores que, por otra parte, se ajustan y son correspondientes a los numerosos afloramientos presentes en el valle del río Quishca Mayo, aguas arriba de la zona del vaso (Foto 1.11)


Foto 1.11 Afloramientos de areniscas en el valle del río Quishca Mayo, aguas arriba de la zona del vaso, que buzan homogéneamente alrededor de 250-280/5-15. En algunos de estos afloramientos, se ha podido observar niveles claramente atribuibles a tobas volcánicas (clastos angulosos dispersos, sin trazas de particular estratificación, orientación o trazas de flujo, en una matriz muy fina de color rojizo, además caracterizada por un aspecto poroso debido a la presencia de huecos probablemente originados por burbujas de gas y/o vapor) inter-estratificados a las areniscas y a los conglomerados (Foto 1.12). En efecto, también durante la ejecución de las perforaciones diamantinas, interestratificados en las areniscas y micro-conglomerados de origen aluvial, se han observado horizontes atribuibles a rocas de tipo volcánico (Foto 1.15). A continuación, se muestran y se describen, brevemente, algunos de los tipos más comunes de areniscas, micro-conglomerados y posibles tobas volcánicas, encontradas y atravesadas por los sondeos ejecutados cerca al eje de la presa durante el mes de marzo 2016.


Foto 1.12 Afloramientos de areniscas y conglomerados, interestratificados de niveles con características más típicas de tobas volcánicas, presente aguas arriba de la zona del vaso de la presa Quisco. En la Foto 1.13, se muestran tres típicos aspectos de las areniscas que, junto a los microconglomerados, representan las rocas más comunes del basamento de la zona de la presa Quisco. En la primera imagen de la Foto 1.13, se puede observar una arenisca gruesa, bastante homogénea de color gris claro – blanquecino, cuyos clastos están probablemente constituido por cuarzo, feldespatos y, en menor cantidad, fragmentos de minerales, más oscuros, ricos en hierro y magnesio. La estratificación es destacada por una blanda gradación de los clastos y/o por un blando alineamiento de igual composición y/o por delgados niveles caracterizados por la presencia de una escaza matriz fina. Se observa también clastos raros de dimensiones de varios centímetros de rocas de textura ígnea/hipabisal. En la segunda imagen, se muestra el otro típico aspecto de las areniscas presentes en el basamento de la presa Quisco: la estratificación es más evidente por una gradación y/o alternancia de niveles más gruesos y más finos. Los niveles más finos, como en el caso de la foto, pueden ser caracterizados por clastos de dimensiones medianamente constituidos, para espesores milimétricos, por un limo más o menos arcilloso y homogéneo de color rojo-marrón, a veces de tonalidades bastante oscuro. Más en raras ocasiones, como en la tercera imagen de la Foto 1.13, los niveles limosos-arcillosos presentan espesores de varios centímetros resultando prevalentes con respecto a las areniscas.


Foto 1.13 Detalle de tres porciones de testigos de sondeos que representan algunos típicos aspectos de las areniscas que constituyen la mayor parte del basamento de la presa Quisco. Comúnmente, los microconglomerados, al igual que las areniscas descritas, son abundantes y se encuentran alternadas. Los niveles son medianamente graduales, dados por el progresivo aumento ya sea por la frecuencia o por los espesores de los niveles caracterizados por clastos de dimensiones mayores (primera de la Foto 1.14). En los casos de estratificación no son claramente evidentes, los niveles entre areniscas y micro-conglomerados son medianamente graduales debido a un progresivo aumento de las dimensiones de los clastos, como es el caso de la roca de la segunda imagen de la Foto 1.14, donde clastos sub-angulosos de dimensiones máximas son de algunos milímetros dispersos en una matriz arenoso-limosa de color marrón-rojizo, todavía bastante abundante. A veces, como el caso del micro-conglomerado de la tercera de la Foto 1.14, los clastos, heterométricos y heterolitológicos, pueden mostrar un aspecto más redondeados y dimensiones hasta 1 – 3 cm, la matriz areno-limosa puede ser mucho más escaza. Las dimensiones superiores de los clastos, llegan hasta 3 – 5 cm, observadas solamente en dos delgados niveles, durante la perforación de los sondeos S4 y S7. En ambos casos los conglomerados fueron encontrados alrededor de 36 metros de profundidad, es decir a la altitud absoluta de 4017 msnm, para el S4 y de 4003.5 msnm para el S7. En algunos casos, las areniscas y/o el micro-conglomerado están constituidos por raros clastos angulosos sumergidos en una matriz rojiza limoso-arcillosa muy abundante. En estos niveles, la presencia de algunos huecos de forma irregular, brindan a la roca un aspecto ligeramente poroso y casi ausente de estratificación, gradación y/o evidencia de flujo y/o transporte, que hace sospechar que estas facies puedan ser atribuidas a tobas/cenizas de origen volcánicas (Foto 1.15).


Foto 1.14 Algunos diferentes tipos de micro-conglomerados encontrados durante las perforaciones de los sondeos alrededor de la presa Quisco.


Foto 1.15 Detalle de un testigo de sondeo que puede representar un nivel de tobas volcánicas. En lo que concierne al análisis de los testigos, hay que destacar la presencia de un facie bastante particular de micro-conglomerados presentes en el sustrato de la zona de la presa Quisco. En efecto, raramente, algunos niveles micro-conglomeráticos presentaban fragmentos, de forma irregular y dimensiones de varios centímetros, de una roca de grano muy fino. La disposición es bastante caótica de estos fragmentos, no alineados, ni imbricados pero, normalmente, caracterizados por una estratificación interna sub-horizontal (perpendicular al eje del testigo y del sondeo), hace pensar que las areniscas y microconglomerados se han englobado, durante su deposición, fragmentos de niveles de depósitos preexistentes (Foto 1.16). Dado el grano muy fino de estos niveles preexistentes, podría tratarse de niveles de lutitas, depósitos continentales en condición de energía muy baja o niveles de tobas/cenizas volcánicas sobre descritas


Foto 2.16 Algunos diferentes tipos de micro-conglomerado encontrados durante la perforaciones de los sondeos S1-S7 alrededor de la presa Quisco.

2. S hos honi ta (F ormación de Ccallocahua) Inmediatamente aguas abajo del eje de la presa Quisco, el repentino estrechamiento del valle del río Quishca Mayo es debido a la presencia de rocas shoshonita en ambas vertientes. Todo el cerro Pucara, que constituye la ladera izquierda del río Quishca Mayo justo al Sur de la presa está constituido por rocas volcánicas del tipo shoshonítica pero que, afloran también sobre la vertiente derecha del valle, a pesar que no han sido reportados en el mapa geológico del INGEMMET. Estas rocas volcánicas, de acuerdo a los datos bibliográficos consultados, son atribuidas a la Formación de Ccallocahua, de edad Pleistocénica inferior. Las shoshinitas presentan, petrográficamente, los términos más ácidos de las series alcalinas normalmente altas de potasio y, aquellas que afloran en el área de estudio, a la observación de la muestra a mano, revelan la presencia de fenocristales de plagioclasas, de tamaño también de varios centímetros, sumergidos en una matriz oscura muy fina, es muy probable que esté constituida por cristales de ortopiroxeno, olivino y minerales opacos.


Foto 1.17 Típico aspecto de la shoshonitas que aloran en el área de estudio, constituido por cristales de plagioclasas, sumergidos en una matriz muy fina de color gris más o menos oscuro.

Normalmente, los términos piroclásticos de este tipo de lavas se depositan en consecuencia a explosiones volcánicas, debido a su composición química ácida y a la consecuente elevada viscosidad, que permite una alta capacidad de desplazamiento y de cubrir, de forma homogénea, la topografía existente cuando esta sea regular. Esos no parece ser el caso de la shoshonitas presentes en la zona de estudio, ya que su área de distribución no es muy extensa presentándose en forma irregular, con espesores variables (ver Fotos 1.18 y 1.19).


Foto 1.18 Límite de afloramiento de la shoshonitas en la izquierda hidrográfica de la presa Quisco.


Foto 1.19 Límite de afloramiento de la shoshonitas en la derecha hidrográfica de la presa Quisco. La alta viscosidad de estos tipos de lavas shoshoníticas determinan también una alta resistencia al fluir, así que los correspondientes cuerpos volcánicos no se alejan mucho del punto de extrusión y presentan normalmente aspectos de lavas brechadas tal como se han observado en la vertiente norte del cerro Pucara (Foto 1.20). Además de los espesores no elevados de estas lavas, sobre todo cerca de la zona de la presa, puede haber sufrido un enfriamiento muy rápido, que ha determinado el aspecto actual muy fracturado y alterado (Foto 1.21).


Foto 2.20 Ejemplo de lavas brechadas observadas alrededor de la zona de la presa ladera norte de cerro Pucara, vertiente izquierda del valle del río Quishca Mayo.


Foto 2.21 Aspecto típico, muy fracturado y alterado, de las rocas shoshoníticas en afloramiento de la zona de la presa.

3. Depós itos aluvi ales actuales y recientes y depós itos palus tres Como ya fue descrito en el capítulo de geología regional, los depósitos aluviales actuales, se encuentran en los cauces del río Quishca Mayo y de los relacionados afluentes principales mientras los aluviales recientes constituyen la llanura aluvial del valle. Ambos tipos de depósitos son generalmente gruesos, la matriz arenoso-limosoarcillosas es medianamente abundante. Los espesores de los depósitos actuales y recientes son bastante reducidos puesto que, como ya se expresado, en algunos sitios en los cauces de los ríos, afloran las areniscas

de basamento y que, cerca del eje de la presa, los sondeos ejecutados han podido verificar espesores no superiores a 5 – 7 m. En el mapa geológico anexo al informa, entre los depósitos aluviales, han sido destacadas también las áreas caracterizadas por estancamiento de aguas y por la presencia de depósitos palustres. La distribución de estas áreas, basada en las observaciones de campo, ha sido controlada y confirmada por el análisis de la imagen satelital multi-espectral en falsos colores, (ver Figura 1.9) en la cual las áreas en rojo más vivo son aquellas caracterizadas por una vegetación más desarrollada y, entonces, más o menos correspondientes a zonas caracterizadas por una mayor cantidad de agua estancada. Las áreas identificadas como palustres en la zona del vaso de la presa Quisco, corresponden normalmente a antiguos sectores dela cauce del rio Quishca Mayo y de algunos afluentes principales, ahora abandonados. Sin embargo, esas pueden corresponder también a líneas de drenaje menores, desarrolladas sobre todo durante periodos de intensas lluvias o también, pueden ser relacionadas a obras antrópicas de canalización de las aguas más o menos antiguas.


Figura 1.9 Imagen satelital (multi-espectral en falsos colores, para las bandas B3, B4 y B8 del 02/01/2016) de la zona del vaso Quisco, ver texto para mayor detalle.

4. Depósito de derrumbe El único ejemplo claro de depósito de derrumbe está presente en el área del proyecto, visible aguas debajo de la presa y en la base de la ladera izquierda, gracias a un a morfología evidentemente negativa, por debajo de la cual es todavía presente la acumulación del derrumbe. Eso ha sido determinado, muy probablemente por la acción

erosiva de río favorecido por el alto grado de fracturación y alteración de las shoshonitas. Actualmente aparece estabilizado. Al contrario, las dos zonas de deslizamiento presentes en la vertiente derecha, inmediatamente aguas arriba de la presa y ya reportadas en el mapeo geológico anexo al estudio de factibilidad del Plan Meriss, son menos destacadas, probablemente porque han implicado solamente a los depósitos coluviales y a la parte más superficial y alterada del basamento rocoso, sea de tipo areniscoso o shoshonítico. Probablemente, estos dos deslizamientos han ocurrido a causa de la sobre-saturación en agua, durante eventos de lluvias intensas, sobre dicha capa superficial que ha perdido su cohesión y su autoapoyo. En todo el área de vaso, no se puede excluir que otros casos similares pueden presentarse, de toda manera, esos deberían implicar volúmenes de material de mínima cantidad como los aquí descritos y, entonces no deberían representar un importante riesgo geológico para la ejecución de la obra en proyecto.

5. Depós itos coluviales La breve descripción ya propuesta en el capítulo general, es válida a nivel local. En efecto, también en el área de la presa y del vaso correspondiente, los depósitos coluviales tienen espesores muy variables, por ejemplo, los espesores significativos encontrados sobre ambas las laderas, donde los sondeos S4 y S5 han sido perforados (respectivamente 9-10 m para el S4 y 10-11 m para el S5, considerado que ambos sondeos han sido ejecutados por lo menos 2 metros por debajo de la superficie topográfica original, para preparar los accesos y las plataformas de la perforadora), se reducen muy rápidamente en la zona de la calicata C-2/5, C-4/5 y C3/7 en la ladera izquierda y en la zona de la calicata C-MD-07 y C-1/5, C1/5, C-3/7 de la ladera derecha, donde la areniscas y los conglomerados de basamento han sido encontrados a baja profundidad.


Foto 1.22 Depósito de derrumbe

G eología estructural local Desde el punto de vista de la geología estructura, en la zona del vaso de la presa Quisco, no se ha podido observar muchos testigos a lo largo de la historia geodinámica y estructural que han llevado a la formación de la cadena andina y de la cual brevemente se ha listados las etapas principales en el capítulo de geología regional. Eso es en parte debido al bajo porcentaje de afloramiento de las areniscas y a la edad joven de las shoshonitas. En efecto, para las areniscas y los conglomerados de basamento, las principales medidas que se han podido tomar son relacionadas a la orientación de la estratificación (buzamientos y su dirección) que como ya referido en la primera parte del capítulo, es bastante homogénea en todo el entorno del valle del río Quishca Mayo, alrededor de 250-280/5-15 (Foto 1.15). Sin embargo, en un afloramiento muy reducido cerca del límite norte-oriental del vaso y en la calicata C2-2, excavada a la base de la vertiente izquierda del valle del río Quishca Mayo, poco más que 50 metros aguas arriba de la presa, se han podido observar y medir algunas familias de diaclasas que afectan las areniscas, realizando las correspondientes estaciones estructurales. En el afloramiento, se ha podido medir las orientaciones de las tres siguientes familias de diaclasas: K a1 155/80, la principal, menos espaciad; K a2 040/65, la más irregular; ka3 339/75, la menor, que no parece sistemática. La estratificación de las areniscas en ese afloramiento, bajaba hacia 272/21 (Foto 1.28)


Foto 1.23 El único afloramiento, en el área del vaso, donde se han podido medir las orientaciones de tres familias de diaclasas que afectan las areniscas.

Las fracturas observadas en la calicata C2-2, no parecen sistemáticas como esas que afectan el afloramiento descrito párrafos arriba, pero presentan paredes alteradas de color marrón-rojizo, mientras que las arenisca no alteradas presentan color gris (Foto 1.24). Una de estas fracturas presenta orientación 124/82, similar a la familia principal K a1 antes descrita, mientras que las otras tres, mutuamente espaciadas alrededor de 10-20 cm, bajan con un alto ángulo de buzamiento, aunque ondulado, aproximadamente hacia N340ºE. Las medidas de las dos estaciones estructurales son reportadas en las correspondientes fichas, anexas al estudio geotécnico.


Foto 1.24 Fracturas observadas en la calicata C2-5. Las shoshonitas presentan un mayor porcentaje de afloramiento por lo que se ha podido medir un mayor número de diaclasas. Sin embargo, las diaclasas que afectan a las shoshonitas, más que testimoniar, posiblemente, evidencian los esfuerzos tectónicos que han determinado el último levantamiento de la cadena (desde el Plesitoceno, puesto que esta es la edad de las shoshonitas), son testigos del rápido enfriamiento de las shoshonitas mismas.

Sobre tres afloramientos de shoshonitas, en las vertientes aguas debajo de la presa, se han realizado otras estaciones estructurales. Las estaciones estructurales realizadas han permitido reconocer y medir a lo menos dos familias principales de diaclasas, las orientaciones de las cuales (buzamiento y su dirección) varían, respectivamente, alrededor de los siguientes valores, K a1: 340-350/50-80 y k a2: 070-080/70-75; otras familias de diaclasas, con rumbo y buzamiento más variables (115/42, 210/65, 255/85, 315/30), han sido también observadas y medidas. Al final, hay que destacar la posible presencia de una falla inferida, con dirección aproximadamente NNW-SEE, que corta casi perpendicularmente el río Quishca Mayo, a 100 m aguas abajo del eje de la presa. Si la presencia de dicha falla fuese confirmada, cortando las shoshonitas de edad pleitocena, sería una evidencia de la tectónica activa todavía en edad cuaternaria, aunque no han sido observadas evidencias de movimientos actuales. En efecto, la presencia de la falla ha sido supuesta solamente sobre la base de evidencias morfológicas. Además, el rumbo de esta falla y sus persistencia (longitud) reducida, hace pensar que se trate de una estructura menor en relación a las estructuras principales, a escala regional, con dirección medianamente NW-SE, de la cordillera oriental y, más en general, del sector de la cadena Andina donde se ubica el proyecto de la presa Quisco. De toda manera, en la vertiente derecha hidrográfica del valle del río Quishca Mayo, la distancia mínima entre el límite norte de la presa y la falla no será menor de 100 m, entonces se excluye que, la falla pueda afectar o influir negativamente en la realización de la obra en proyecto.


Figura 1.10 Fracturas observadas en el área – Diagrama de Schmidt.


Figura 1.11 Estratificación observada en el área – Diagrama de Schmidt.


Figura 1.12 Fracturas observadas en el área – Diagrama roseta. 1.3.3.2.7 Investigaciones geognóst icas

Es tudios g eofísicos Según el Expediente Técnico del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco”, las investigaciones geognósticas realizadas constaron principalmente de las siguientes investigaciones directas e indirectas: - Se ejecutan 8 calicatas en el estribo derecho de la presa para identificar la profundidad del basamento rocoso y calidad del macizo rocoso, así como la influencia

-

de los deslizamientos existentes. También, se ejecutan 5 calicatas en el estribo izquierdo y 2 calicatas en el cauce. 21 ensayos de permeabilidad Lefranc en 12 calicatas: 07 en la margen derecha y 05 en margen izquierda. Se ejecutaron 11 sondajes eléctricos verticales (SEVs) para inferir la estratigrafía del sitio de emplazamiento de la presa y elaborar el corte geotécnico del eje de la presa. 12 ensayos de corte directo: 10 en calicatas de margen derecha, y 02 en calicatas margen izquierda. 03 ensayos de comprensión triaxial CU: 01 con muestra obtenida en calicata margen derecha, y 02 en calicata de margen izquierda. 03 ensayos de comprensión triaxial UU: 01 con muestra obtenida en calicata margen derecha, y 02 en calicata de margen izquierda.

A partir de los resultados de los ensayos de corte directo y de los ensayos de compresión triaxial, se estimaron la capacidad portante y los asentamientos por consolidación unidimensional. Sin embargo, dado que la cimentación de la presa y sus obras conexas serán cimentadas en estrato rocoso, los resultados fiables de los indicados ensayos serán de utilidad para los trabajos de excavaciones y movimiento de tierra de la obra. En la zona del vaso no fueron realizados ensayos de permeabilidad por la imposibilidad de instalar la tubería de ensayo, por la presencia de rocas de origen volcánico. Para fines de impermeabilización de la fundación de la presa, no se realizaron pruebas hidráulicas de permeabilidad Lugeon en los estratos rocosos de la referida fundación. La margen izquierda de la zona de la presa, presenta remanentes de depósitos glaciares, no bien delimitados, pero su presencia se evidencia aguas abajo del eje de presa propuesto, siendo menos evidente aguas arriba. Estos remanentes glaciares (morrenas laterales) han sido afectados posteriormente por movimientos de geodinámica interna y externa. El emplazamiento de rocas hipoabisales (intrusiones a poca profundidad de enfriamiento) que ha formado un cuerpo pequeño afloramiento de unos 3.5 km2 y orientación al NorOeste-SurEste durante el Plioceno –Pleistoceno (Natalio de la Cruz, 1995). Este cuerpo constituido por shoshonitas y cuarzo latiandesita, durante su intrusión habría generado movimientos geodinámicos internos y consiguientemente externos, que ha generado deslizamientos como el de la garganta de la presa Quisco. Este deslizamiento, ha debido ocurrir posterior a los procesos glaciares, de manera que las morrenas han sido afectadas por este deslizamiento, por lo que se tiene materiales finos con gravas y arenas dentro del deslizamiento, que constituye la matriz de estos depósitos. Los deslizamiento recientes han sido formados por la acción erosiva del río Ankara en los periodos de caudales mayores, que originaban cauces mayores, desestabilizando las paredes laterales del cauce, y cuyos remanentes se tiene en la actualidad como parte de estos deslizamientos. Probablemente, esta acción erosiva ha jugado un rol importante en la formación de un paleorelieve negativo, que ha sido delimitada por los estudios geo-eléctricos, y que se encuentra como depresión saturado de agua, lo que sugiere un carácter permeable. En el eje de la presa, se encontraron la siguiente secuencia de materiales inconsolidados.

En el estribo margen derecha, el nivel superficial está compuesta por suelos edáficos con desarrollo de sistemas radiculares de tonalidad gris marrón oscuro, debajo del horizonte superior descrito se aprecia una secuencia de suelos arcillo limosos sin estratificación, en algunos sectores con gravas caracterizados en laboratorio de acuerdo a la Clasificación Unificada de Suelos arcillosos (SUCS: como CL, MH, y GC). La potencia de estos suelos en la zona del eje puede llegar a los 4 m, considerando desde la superficie superior hasta la porción media, debajo de los cuales se encuentra el nivel de roca de origen volcánico con buenas características geotécnicas. En el estribo margen izquierda, el nivel superficial está compuesta por suelos edáficos con desarrollo de sistemas radiculares de color negro-gris, iniciando en la parte alta de la garganta hacia la colina y al contacto con las rocas volcánicas del cerro Ankara. Debajo del horizonte edáfico se aprecia una secuencia de suelos arcillo limosos en tramos con estratificación grosera y sin estratificación, En algunos horizontes o sectores, se encuentran bloques o bolones con gravas caóticamente distribuidas empacadas en los suelos finos., estos bloques alcanzan los 2 m de diámetro. La potencia de estos suelos supera fácilmente los 7 m, son más profundos que las calicatas ejecutadas. Sin embargo, con los resultados de los sondajes eléctricos verticales, se estima que la profundidad alcance hasta los 15 m, que estaría representado por el deslizamiento que se encuentra en contacto con el substrato rocoso. En la parte central o cauce del río, el nivel superior está conformado por gravas y arenas producto de depósitos fluviales, en un espesor de 1.50 m a 2 m, debajo del cual se encuentra las rocas de origen volcánico de buenas características geotécnicas, y aptas para el emplazamiento de la presa. En la geología y geotécnica del Expediente Técnico, recomiendan el diseño de una presa de concreto, que puede ser tipo gravedad, dado que la capacidad portante admisible de los suelos de basamento rocoso, permite soportar cargas de 4 kg/cm 2 con un factor de 3, a 1.0 m de profundidad, incrementándose sustancialmente la capacidad portante en profundidad. Además, el ancho de la base no es superior a la altura de la presa por tanto la excavación no será en un área mayor. Por otro lado, el volumen de excavación de los depósitos de deslizamiento es menor, ya que solamente será necesario la apertura de una zanja para el emplazamiento de la presa, de esta zanja a excavarse se puede obtener bloques y bolones de piedra de roca volcánicas. El diseño de una presa de tierra y enrocado también es viable, dado que existen condiciones de basamento rocoso con capacidad portante admisible suficiente, y escaso asentamiento por consolidación, así como un coeficiente de permeabilidad favorable, sobre el cual puede emplazarse este tipo de presa sin inconvenientes. Sin embargo, requerirá una mayor área de desbroce de material del deslizamiento, y en caso de desplazar el eje de la presa hacia aguas arriba, la longitud del eje se incrementara sustancialmente, adicionalmente se deberá tratar el deslizamiento de la margen derecha. El material de la cantera se encuentra a una distancia aproximada de 1.5 km que incrementa los costos relativos, en comparación a la presa de concreto, donde el material se puede obtener del mismo lugar del emplazamiento de la presa, así como material de piedras como resultado de la excavación de la margen izquierda, principalmente.

Para la elección de la alternativa del tipo de presa debe considerarse los costos de transporte de materiales. En el caso de una presa de concreto, se dispone en el vaso del embalse el material agregado de buenas condiciones, y en volúmenes suficientes. La explotación de estos materiales no afectará la permeabilidad del vaso. Si bien recomiendan el tipo de presa de concreto gravedad o similar, tienen claro que los costos de las alternativas planteadas serán los que finalmente definan el tipo de presa. Con relación a las investigaciones geognósticas complementarias realizadas por la empresa Geodata Engineering S.p.A. (Junio 2016), en el marco de los Estudios Geotécnicos y Geognósticos – Estudio Complementarios Especializados de Geotecnia y Geología de la Presa Quisco – Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco, Distrito Alto Pichigua, Provincia de Espinar, Región Cusco”, se presenta una síntesis de la misma y sus resultados. El eje de la presa conforma una boquilla en “U”, donde los estribos conforman formaciones rocosas, cubiertas en sectores por depósitos cuaternarios, regularmente escarpados con altura promedios de 12 m a 15 m hacia los flancos, conformado por una pequeña planicie de 2° a 5°, con una distancia de 30 m a 50 m; luego se eleva hacia los cerros con una pendiente de 25°. Hacia la zona del cauce tiene un ancho promedio de 7 m, y pendiente transversal al eje de la presa de 2° en una distancia de 25 m. La zona no presenta estructuras de fallas importantes por deslizamientos, hundimientos, asentamientos. Sin embargo, el desprendimiento se puede dar, sobre todo, a nivel constructivo, ya que el estribo izquierdo tiene de fuertes pendientes a escarpado, formados por las labores de limpieza del camino y canal al pie de cerro. Desde el punto de vista geodinámico, la zona del eje de la presa, sobre todo el estribo izquierdo, es susceptible a desprendimientos a nivel constructivo durante la construcción de la presa. La estratificación de la arenisca de la fundación presenta buzamientos desfavorables respecto al plano de emplazamiento de la presa, por lo que se debe tomar en cuenta los posibles mecanismos de inestabilidad por deslizamiento de la presa a gran escala. Las investigaciones geognósticas en la presa, fueron las siguientes: 

 

 

 



Se ejecutaron 07 perforaciones con recuperación continua de testigos, con un total de 315 ml. En la margen derecha se perforaron S1=50 m, S1=50 m, S2=45 m, S3=50 m, y S4=45 m; en la margen izquierda S5=45 m; y en el vaso S6=40 m y S7=40 m. Se instalaron 02 piezómetros de 30 m de profundidad en S4 y S5. 05 calicatas de 5 m de profundidad: 02 en margen derecha, y 03 en margen izquierda. 03 trincheras de 7 m de profundidad: 01 en margen derecha, y 02 en margen izquierda. 14 calicatas/trincheras de 2.50 m de profundidad en el vaso. 09 ensayos SPT: 02 en S1, 02 en S3, 03 en S4, 02 en S5. 16 ensayos de permeabilidad Lugeon: 03 en S1, 03 en S2, 01 en S4, 01 en S5, 04 en S6, y 04 en S7. 06 ensayos de permeabilidad Lefranc: 02 en S1, 01 en S2, 02 en S4, y 01 en S5. 20 ensayos de permeabilidad en calicatas. 08 ensayos de densidad en calicatas y 01 muestreo Shelby. 03 ensayos de corte directo en calicatas; 21 análisis de mecánica de suelos de 21 muestras de calicatas; 03 análisis químico de suelos en calicatas. Ensayos de mecánica de rocas: 59 ensayos de densidad, 32 ensayos de porosidad, 32 ensayos de absorción, 57 ensayos de resistencia a la compresión simple con



determinación de módulos (en los sondajes), 02 pruebas de carga puntual (en calicatas), 05 ensayos de tracción indirecta (brasilero) en sondajes, y estudio petromineralógico de 03 muestras de los testigos de sondajes. 02 análisis químico de agua en los sondajes S4 y S5.

En campo se ejecutaron 05 estaciones geomecánicas. Se realizaron estudios geofísicos en el sector de la presa: 1,450 ml de refracción sísmica; 11 puntos de ensayo MASW; y 1,450 ml de ensayos de tomografía eléctrica.

E s tudio g eotécnico de la presa Los resultados de los ensayos y laboratorio, indican: Considerando que la presa debe cimentarse en la unidad Ug3 (de 10 -5 cm/s a 10-7 cm/s), que tiene permeabilidad de baja a muy baja, la fundación de la presa es prácticamente impermeable, que garantiza la estanqueidad del embalse frente a la filtración profunda. Los niveles de agresividad química del terreno de fundación son leves, por lo que se recomienda la utilización del cemento Tipo I. Desde el punto de vista geodinámico, el valle ha llegado a un punto de estabilización en la zona del vaso. Sobre las condiciones geológicas estructurales de la zona del embalse de la presa Quisco, las superficies de los estratos resultan ser sub-horizontales y caracterizadas por leves ondulaciones y variaciones de la dirección de buzamiento en sentido ENE-OSO y SE-NO. Los valores principales de buzamiento de la estratificación varían entre 5° y 26°. El vaso presenta suelos de las unidades Ug1 (10 -3 cm/s) y Ug2 (10-4 cm/s) que son permeables en la zona central del cauce, los cuales se encuentran cubriendo mayormente al afloramiento de la unidad Ug3 (de 10 -5 cm/s a 10-7 cm/s). Esto indica que el vaso es impermeable, por lo la estanqueidad del vaso está garantizada. Se identificaron 04 unidades geotécnicas y geomecánicas, correspondiente a las formaciones geológicas predominantes en el sitio del proyecto: depósitos aluviales actuales y recientes (Ug1), depósitos coluviales (Ug2), Grupo Maure, Unidad 1 – Mioceno (Ug3), y formación Ccallocahua (Ug4). a)

Características y parámetros geotécnicos de los estratos de suelos

Las unidades Ug1 y Ug2 son caracterizadas por depósitos sueltos, directamente comparables con el horizonte H1, identificado por la refracción sísmica en términos de velocidad de las ondas P. Cuadro 1.16 Parámetros geotécnicos de los suelos presentes en la fundación de la presa

Fuente: Geodata Engineering S.p. A. (Junio 2016),

b)

Características y parámetros geomecánicos de los estratos de rocas

La Unidad Ug3 y Sub-Unidad Ug3a, correspondientes a las rocas de la Unidad 1 del Grupo Maure (Mioceno), están conformadas por areniscas y conglomerados de grano grueso a fino (porción del macizo rocoso sano, no meteorizado, presente en profundidad – Ug3); y la porción del macizo rocoso más superficial (perfil de meteorización bien desarrollado y continuo – Ug3a). La formación Ccallocahua (Ug4) se conforma de rocas volcánicas de tipo shoshonítico. Esta roca puede ser utilizada para la conformación del cuerpo de la presa de tierra y enrocado, así como para los agregados del concreto. La sub-unidad Ug3a es caracterizada por areniscas y conglomerados alterados (perfil de meteorización del substrato rocoso). Esta sub-unidad aparece bien confrontable con el horizonte H2, identificado por la refracción sísmica y con los valores de la resistividad eléctrica. La unidad Ug3 está caracterizada por areniscas y conglomerados sanos confrontables con el horizonte H3, de alta velocidad de refracción de las ondas P. Considerando que la presa debe cimentarse en la unidad Ug3 (de 10 -5 cm/s a 10-6 cm/s), que tiene permeabilidad de baja a muy baja, la fundación de la presa es prácticamente impermeable, que garantiza la estanqueidad del embalse frente a la filtración profunda. En los ensayos no se obtuvo el riesgo de licuefacción. Los parámetros geotécnicos del substrato rocosos indican: unidad Ug3 posee un peso específico de 22.3 kN/m2, GSI de 50, clase de RMR IV, mi=17±4, resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta (UCS) de 2 MPa a 14 MPa, Ei=600 MPa, y el módulo de deformación del macizo rocos Erm=100 MPa ÷ 700 MPa; unidad Ug3a tiene un peso específico de 21.9 kN/m2, GSI de 30, clase de RMR V, mi=17±4, resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta (UCS) de 2 MPa a 8 MPa, Ei=400 MPa, y el módulo de deformación del macizo rocos Erm=50 MPa ÷ 100 MPa. Los niveles de agresividad química del terreno de fundación son leves. Cuadro 1.17 Parámetros geotécnicos del susbtrato rocoso de la fundación de la presa

Fuente: Geodata Engineering S.p. A. (Junio 2016)

1.3.3.2.8 Evaluación de peligro sísmico En base a la evaluación de peligro sísmico realizado por Geodata (Junio 2016), se presenta la síntesis de los resultados de la evaluación: -

Los resultados de la evaluación del peligro sísmico probabilístico para el OBE (sismo base de operación) indican que para un 10% de probabilidad de excedencia en un periodo de exposición de 50 años (periodo de retorno de 475 años), el valor de la aceleración máxima en el terreno (PGA) de la zona de estudio en roca (Tipo B) es de 0.31g, y en suelo firme (Tipo D) de 0.38g.

-

Los resultados de la evaluación del peligro sísmico probabilístico para el MCE (sismo máximo considerado), según el International Building Code IBC 2009, indican que para un 2% de probabilidad de excedencia en un periodo de exposición de 50 años (periodo de retorno de 2,475 años), el valor de la aceleración máxima en el terreno (PGA) de la zona de estudio en roca (Tipo B) es de 0.49g, y en suelo firme (Tipo D) de 0.61g.

-

En el caso de considerar la influencia de la componente vertical del movimiento sísmico, de acuerdo a la Norma de Diseño Sismorresistente E.030 (2006), ésta deberá ser estimada como el 2/3 del valor de la aceleración horizontal máxima de diseño. En el caso de utilizar los métodos pseudoestáticos para el diseño de muros y taludes, se sugiere el uso del coeficiente sísmico de ½ de la aceleración pico del suelo (PGA), en base a la recomendación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE.UU. (U.S.A.C. E., Hynes y Franklin, 1984).

-

La literatura especializada reporta una diversidad de valores y criterios (propuestos por instituciones y autores reconocidos internacionalmente) sobre los factores de seguridad y el coeficiente sísmico horizontal. Ver siguiente Cuadro 1.18. Según reporta el “Estudio de Reevaluación del Peligro Sísmico Probabilístico para el Perú – Instituto Geofísico del Perú”, Tavera et al. (2014), los valores de la aceleración máxima en el terreno (PGA) para periodos de 100 años con un 10% de probabilidades de excedencia se muestran en la Figura 1.13, siendo sus características más resaltantes las siguientes:

Cuadro 1.18 Factores de seguridad y coeficientes sísmicos horizontal para el análisis pseudoestático

Criterio Sismo importante. US Army C.E. (Cuerpo Ingenieros del Ejército de EEUU, 1982) Sismo de gran magnitud. US Army C.E. (Cuerpo Ingenieros del Ejército de EEUU, 1982) Norma de Japón Seed (1979). Con una reducción de resistencia del 20% Hynes, Griffin y Franklin (1984), con una reducción de resistencia del 20%

Factor d e seguridad (FS)

Coeficiente sísmico horizontal k h

> 1.0

0.10g

> 1.0

0.15g

> 1.0

0.15g a 0.25g

> 1.15

0.15g

> 1.0

½ de la aceleración máxima

- Las curvas de iso-aceleraciones máximas se distribuyen paralelas a la línea de costa coincidiendo con la dirección en la cual se produce el proceso de subducción de la placa de Nazca bajo la Sudamericana. - Los valores de aceleración disminuyen paulatinamente conforme se tiende hacia el interior del país. - Los valores de aceleración, próximos a la línea de costa, son menores en la región norte para ir incrementándose hacia la región sur, coherente con las zonas de mayor ocurrencia de sismos, tanto en frecuencia como de los grandes sismos ocurridos en el pasado. Por ejemplo, los altos valores observados en Ica y Arequipa tienen relación con los sismos ocurridos en los años 1942 (8.0Mw), 1996 (7.7Mw), 2001 (8.0Mw) y 2007 (8.0Mw). - En todo el territorio peruano se observa que los valores de aceleración son menores a lo largo de la Cordillera de los Andes, coincidiendo con el índice o frecuencia de sismos; es decir, menor número de sismos y sobretodo de magnitudes moderadas (< 6.0 Mw). En el estudio de reevaluación del peligro sísmico del Perú (Figura 1.13), se muestra que para el sitio de emplazamiento de la presa Quisco, la aceleración máxima en el terreno (PGA) para un periodo de retorno de 1000 años es de 225 gals (aproximadamente 0.23g). Por otro lado, el estudio de peligró sísmico de la Asociación Harza – Misti (1999) determinó un valor de PGA para el sitio de la presa Angostura (cercano a la presa Quisco) de 0.24g, para un periodo de retorno de 5000 años, siendo la aceleración pseudoestática de 0.12g. En los estudios del Expediente Técnico de Obra de la II Etapa del Proyecto Majes Siguas II, elaborado por el Concesionario Angostura – Siguas (2013), utiliza una versión de mapa de peligro sísmico del país anterior al estudio de reevaluación de peligro sísmico, obteniendo el valor de PGA de 0.42g para un periodo de retorno de 1000 años y en el sitio de la presa Angostura (cercano a la presa Quisco). Para el cálculo de la estabilidad de la presa Angostura, utiliza el valor de la aceleración sostenida, dado que el valor de la aceleración pico PGA dura unas pocas milésimas de segundo. La aceleración máxima sostenida representa un valor de la aceleración que tiene mayor presencia temporal durante el evento sísmico. Este valor se estima aplicando un factor reductor de 5/8 a la aceleración máxima pico (PGA). Utilizando el mapa de peligro sísmico del estudio de reevaluación, el valor de PGA para el sitio de la presa

Angostura es 280 gals (0.285g). Por consiguiente, la aceleración máxima sostenida es de 0.178g.

Fuente: Estudio de Reevaluación del Peligro Sísmico Probabilístico para el Perú – Instituto Geofísico del Perú, Tavera et al. (2014).

Figura 1.13 Mapa de peligro sísmico para el Perú considerando un periodo de retorno de 100 años con el 10% de excedencia. La aceleración máxima en el terreno (PGA) en el sitio de la presa, es de 225 gals (cm/s 2). En el caso de la presa Quisco, la aceleración máxima pico PGA es de 0.23g, y la aceleración máxima sostenida es de 0.143g. Según Hynes, Griffin y Franklin (1984), la aceleración pseudoestática debe ser 0.5*PGA, que resulta el valor de 0.115g. Conservadoramente, para el análisis pseudoestático de la presa Quisco, se adoptará el valor de 0.15g. 1.3.3.2.9 Áreas de préstamo de materiales y canter a de agregados y rocas

a) Ár eas de préstamos de materiales de construcción Áreas de materiales de préstamo de arcillas presentes alrededor de la zona de obra del proyecto son escasas. En los estudios anteriores, se reporta que se evaluaron 04 posibles canteras de arcillas, cuyas ubicaciones son las siguientes: 





Cantera de arcilla 1: ubicada inmediatamente al Norte de la salida del río Quishca Mayo, en la llanura del altiplano Yaureño. Canteras de arcillas 1 y 2: localizadas en la margen izquierda del cauce del río Challuta, en la terraza principal de los depósitos aluviales antiguos. Cantera de arcilla 4: ubicada en la terraza izquierda de un río menor, afluente del río Cioqueta, a lo largo de la carretera de acceso a la presa Quisco, después de la Municipalidad de Alto Pichigua.

Los resultados del análisis de laboratorio de mecánica de suelos de las calicatas realizadas en las referidas canteras, indican que carecen de suficiente contenido de arcilla, o son arcillas de baja plasticidad, y su volumen disponible es insuficiente para la conformación de un núcleo central impermeable de arcilla.

b) Canteras de ag reg ados y rocas Canteras de agregados

El cauce ancho del río Challuta de 100 m a 300 m (el río Quishca Mayo confluye casi 7 km al Sur-Oeste del eje de la presa), ha sido considerado como áreas de préstamo de los depósitos aluviales, para utilizarlos como agregados para concreto. Los volúmenes disponibles son: 







Cantera de agregado 1: área de 33,000 m 2, profundidad investigada 2 m, volumen disponible 66,000 m 3. Cantera de agregado 2: área de 44,000 m 2, profundidad investigada 2 m, volumen disponible 88,000 m 3. Cantera de agregado 3: área de 32,500 m 2, profundidad investigada 2 m, volumen disponible 65,000 m 3. Cantera de agregado 4: área de 32,000 m 2, profundidad investigada 2 m, volumen disponible 64,000 m 3.

En total se dispondría de 283,000 m 3 de material de aluviones con buenas características físico-mecánicas para agregados. Canteras de rocas

En el sector del eje de la presa, a 200 m ÷ 400 m aguas abajo del indicado eje de presa, se localiza un cerro pequeño constituido por rocas volcánicas de tipo shoshonítico, localizado en la ladera derecha del valle del río Quishca Mayo. Estas rocas pueden ser utilizadas para conformar el cuerpo del enrocado de una presa de tierra y enrocado, o como material para agregados del concreto en el caso de una presa de concreto gravedad, pero requeriría un análisis más detallado. Se debe verificar la no ocurrencia de la reacción álcali-agregados. Para ello se debe descartar la presencia de alto contenido de álcali, por las presencia de sílice reactiva o también en caso de humedad. Cantera de rocas identificada permitiría producir unos 400,000 m 3 de material para enrocado de presas de tierra y enrocado, y eventualmente, agregados para concreto. 1.3.3.2.10 Obtención de los materiales de construcción del material de la excavación de suelos y rocas de la obra

a) Materiales de construcción para las atag uías de ag uas arriba y de ag uas abajo de la pres a La obra temporal del sistema de desvío del río Quishca, demandará realizar gran volumen de excavaciones para conformar la rasante del canal de derivación. Los materiales de excavación serán de depósitos aluviales actuales y recientes (Ug1), depósitos coluviales (Ug2), y en algunos tramos la roca meteorizada Ug3a. Los materiales seleccionados de éstos materiales, serán utilizados para la conformación de las ataguías de aguas arriba y de aguas abajo. De igual manera, el material de suelo proveniente de la excavación de la cimentación de la presa,

también podrán ser utilizados para la conformación de las ataguías. El uso de estos materiales de excavación se realizará previa evaluación básica de mecánica de suelos.

b) Materiales de cons trucción para el concreto convencional del cuerpo de la presa Durante la excavación de la cimentación de la presa, se observó la disponibilidad de material grueso para los agregados del concreto. La construcción de la presa Quisco requiere de 95,000 m3 de concreto masivo. Dado el gran volumen de material de suelo granular disponible durante las excavaciones del sistema de desvío y de la propia cimentación de la presa, se debe evaluar la utilización del material excavado de granulometría extendida como agregado para el concreto. Para ellos se debe realizar un programa expeditivo de estudio de canteras en las zonas a excavar del sistema de desvío y de la cimentación de la presa. Por otro lado, se debe estudiar la posibilidad de utilizar la roca arenisca Ug3a y Ug3, proveniente de las excavaciones, para su utilización como agregado para el concreto del cuerpo de la presa. Finalmente, en el Anexo N° 02 del Tomo II del presente Expediente Técnico, se incluye los estudios geotécnicos y geognósticos, que contiene las investigaciones geológicas y geotécnicas de campo y gabinete para la presa Quisco. 1.3.4 Sedimentación del Embalse Según el inventario de presas en el Perú, elaborado por la Autoridad Nacional del Agua - ANA (2015), en el país existen 743 presas considerando las 54 presas grandes registradas por el International Commission on Large Dams – ICOLD. De estas presas, 442 son con fines de riego, y 294 son presas de gravedad. Las principales presas grandes del país presentan problemas de sedimentación de sus embalses de forma prematura, como son los casos de: Poechos con una pérdida del 43% de su capacidad de almacenamiento, Gallito Ciego con pérdida del 65%, y Tinajones con una pérdida del 9%. Por lo tanto, el problema de la sedimentación del embalse debe ser abordado desde la fase de proyecto, a fin de asegurar la seguridad funcional y operativa del embalse durante la fase de operación. El estudio de sedimentación del embalse Quisco es un tema de importancia para determinar el volumen útil real con que dispondrá el proyecto durante la fase de operación. Si bien la extensión de la extensión y características geomorfológicas de la cuenca del río Quishca Mayo, sugiere que la producción de sedimentos de la cuenca será de moderada a baja, el estimado de la sedimentación anual del embalse resultante del presente estudio deberá ser validado. En este sentido, se recomienda al Plan Meriss INKA la instalación de una estación hidrométrica en aguas arriba de la cola del futuro embalse Quisco, para registrar los caudales ingresantes al embalse, así como para realizar los muestreos de sedimentos de fondo y suspensión correspondientes. Esta información insumo permitirá cumplir con los requerimientos de seguridad de presas en la fase de construcción y la fase de operación del proyecto de la presa Quisco. En el siguiente Cuadro 1.19, se resume los valores estimados de la producción anual de sedimentos en la cuenca del río Quishca Mayo con distintos métodos. Es necesario precisar, que los estimados de la producción de sedimentos en la cuenca evaluada hasta el sitio de emplazamiento de la presa Quisco son de promedio anual para condiciones de año hidrológico normal.

Cuadro 1.19 Estimado de la producción de sedimentos en la cuenca del embalse Quisco

Laughein y Schumm

Producción de sedimentos en volumen (m 3/año) 2,996.60

Sedimentación del embals e a 50 años de vida útil (MMC) 0.1498

Ecuación de Fleming

2,508.30

0.1254

Información del río Mantaro

7,331.66

0.3665

Metodología de Gavrilovic-Zemljic

3,880.63

0.1940

Método

El valor obtenido con la ecuación del río Mantaro se encuentra en el rango superior, debido a que la precipitación crece de Sur a Norte del país; y los resultados obtenidos con los otros tres métodos de Laughein-Schumm, Flemming y Gavrilovic-Zemljic, son creíbles y compatibles con las características de la cuenca del río Quishca Mayo. El valor promediado de los valores obtenidos por la metodología de Gavrilovic-Zemljic, Laughein-Schumm y la ecuación de Flemming, resulta en un valor de la producción de sedimentos para la cuenca colectora del embalse Quisco de 2,346.40 m 3/año. Este volumen de sedimentos es bajo como para colmatar el futuro embalse Quisco durante su periodo de vida útil. De hecho, el volumen de sólidos que ingresaría al embalse en 50 años de operación sería de 0.117 MMC. Por otro lado, la distribución espacial de los sedimentos en el embalse no solo involucraría el volumen muerto sino también el volumen útil, debido a que el acarreo de sedimentos de fondo primero ocupa la zona del volumen útil antes de llegar y colmatar el volumen muerto disponible. Para fines diseño, es evidente que la producción de sedimentos durante los años hidrológicos húmedo y durante los eventos hidrológicos extremos, serían mayores que el valor estimado bajo condiciones hidrológicas normales. Por lo tanto, conservadoramente se adopta un volumen muerto de 0.153 MMC, correspondiente a la cota 4058.50 msnm, que es un valor ligeramente superior al volumen promedio de sedimentos obtenido con los tres métodos de Laughein-Schumm, Flemming y Gavrilovic-Zemljic. Este valor del volumen muerto adoptado, toma en consideración el hecho que la distribución de sedimentos que llegan al embalse se produce a lo largo del mismo, y no entre el cuerpo de la presa y la toma de fondo, dado que a medida que los sedimentos transitan a lo largo del perfil del fondo del embalse hacia el cuerpo de la presa, los sedimentos se van frenando y depositando en el lecho del embalse, ocupando la zona del volumen útil. El volumen muerto consideró las aportaciones de sedimentos al embalse, la eficiencia de sedimentación del embalse, y la distribución de sedimentos. Para calcular la eficiencia de retención del embalse Quisco, se aplicó la metodología de Churchill, que establece la siguiente relación: R = 100 – (800 SI-0.2-12)

Siendo, SI el índice de sedimentación, definida por:

SI = (C/Q)2 (1/L)

Donde: C Q L

capacidad del embalse (pies 3) caudal medio de ingreso de agua al embalse (pies 3/s) longitud desde la presa hasta la cola del embalse (pies)

Para el embalse Quisco, estos valores son: C = 7.7 MMC = 7’700,000.00 m3 = 271’922,933.76 pies3 Q = 0.378 m3/s = 13.35 pies3/s L = 5135.60 pies

Sustituyendo los valores en la fórmula anterior, se tiene: SI = (271’922,933.76 / 13.35)2 (1/5135.60)=8.08 x 1010 R = 100 – (800 (8.08 x 1010)-0.2 -12)=106.73%

Lo que resulta que la retención del embalse Quisco es del 100%. Adicionalmente a los cálculos anteriores de volúmenes de sedimentos, y de la efectividad de retención del embalse, se tiene que considerar el hecho que el volumen anual de sedimentos que ingresa al embalse no se deposita totalmente en las zonas adyacentes de la presa, sino que se distribuyen a lo largo de todo el lecho del embalse, depositándose sólo una parte del volumen total de sedimentos entre el cuerpo de la presa y la entrada a la toma de fondo y la toma del caudal ecológico. Por la baja producción de sedimentos de la cuenca, y la forma geométrica del embalse que favorece la mayor distribución de sedimentos en la extensión del lecho del embalse, alejada de la presa, no se amerita realizar el cálculo de la distribución de sedimentos en todo el lecho del embalse Quisco. En el Anexo N° 04 del Tomo II del presente Expediente Técnico, se incluye el estudio detallado de la sedimentación del embalse Quisco.

1.4 DEFINICION DE LA GEOMETRIA DEL VASO DEL EMBALSE QUISCO 1.4.1 Determinación de las curvas de altitud – volumen - área del vaso Teniendo como información insumo la topografía del vaso del embalse, se procedió a la medición de las áreas cerradas y definidas a partir del eje de la presa Quisco, considerando todas las curvas topográficas del vaso disponible. En la Figura 1.14, se presenta la topografía del vaso del embalse, definida a partir del eje de la presa Quisco. En el Cuadro 1.20, se presenta los datos medidos de las áreas para las distintas alturas de las curvas topográficas altitudinales, lo que permitió calcular los volúmenes parciales entre dos curvas de nivel adyacentes y con diferencia altitudinal de 1.00 m entre ellas. Luego, se determinaron los volúmenes parciales entre las curvas de nivel adyacentes, los cuales fueron sumados gradualmente, obteniendo los volúmenes totales para las distintas curvas de nivel. En la Figura 1.15, se muestra el gráfico de las curvas altitud-volumen-área del vaso del embalse disponible. Teniendo como información insumo la cota del NAMO de 4078.89 msnm, se determinó un volumen total del embalse Quisco de 7.70 MMC, con extensión del espejo de la superficie de agua de 7.95 km 2.

Figura 1.14 Topografía del vaso del embalse con curvas de nivel cada 1.00 m, definidas a partir del eje de la presa Quisco. Cuadro 1.20 Datos de altitud-volumen-área del embalse Quisco

COTA (msnm)

ALTURA (m)

ÁREA (m2)

ÁREA (Km2)

ÁREA PROMEDIO (m2)

VOLUMEN PARCIAL (MMC)

VOLUMEN TOTAL (MMC)

4052 4053 4054 4055 4056 4057 4058 4059 4060 4061 4062 4063 4064 4065 4066 4067 4068 4069 4070 4071 4072 4073 4074 4075 4076 4077 4078 4079 4080 4081 4082 4083 4084 4085 4086

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 27.00 28.00 29.00 30.00 31.00 32.00 33.00 34.00

0.00 485.05 6,625.74 15,201.96 25,933.65 40,355.63 59,794.39 79,468.35 100,074.13 118,508.38 142,648.32 167,268.83 193,239.39 216,800.02 246,178.19 277,981.14 309,255.11 338,079.54 367,701.20 405,585.30 449,870.75 486,567.29 529,029.36 580,706.72 633,433.22 686,613.49 746,878.41 799,379.81 850,808.00 900,058.58 941,924.33 976,371.27 1,008,590.81 1,039,725.01 1,069,266.47

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.17 0.19 0.22 0.25 0.28 0.31 0.34 0.37 0.41 0.45 0.49 0.53 0.58 0.63 0.69 0.75 0.80 0.85 0.90 0.94 0.98 1.01 1.04 1.07

242.53 3,555.40 10,913.85 20,567.80 33,144.64 50,075.01 69,631.37 89,771.24 109,291.25 130,578.35 154,958.57 180,254.11 205,019.70 231,489.10 262,079.66 293,618.12 323,667.32 352,890.37 386,643.25 427,728.03 468,219.02 507,798.33 554,868.04 607,069.97 660,023.35 716,745.95 773,129.11 825,093.91 875,433.29 920,991.46 959,147.80 992,481.04 1,024,157.91 1,054,495.74

0.0002 0.0036 0.0109 0.0206 0.0331 0.0501 0.0696 0.0898 0.1093 0.1306 0.1550 0.1803 0.2050 0.2315 0.2621 0.2936 0.3237 0.3529 0.3866 0.4277 0.4682 0.5078 0.5549 0.6071 0.6600 0.7167 0.7731 0.8251 0.8754 0.9210 0.9591 0.9925 1.0242 1.0545

0.0002 0.0038 0.0147 0.0353 0.0684 0.1185 0.1881 0.2779 0.3872 0.5178 0.6727 0.8530 1.0580 1.2895 1.5516 1.8452 2.1689 2.5217 2.9084 3.3361 3.8043 4.3121 4.8670 5.4741 6.1341 6.8508 7.6240 8.4491 9.3245 10.2455 11.2046 12.1971 13.2213 14.2758

1.4.2 Definición de la geometría del vaso disponibl e De conformidad con el “Reglamento para la Elaboración y Aprobación del Plan de Descargas de las Presas Públicas y Privadas del Perú”, emitida con RJ N° 035-2016-ANA, del 02 de Febrero 2016, la Autoridad Nacional del Agua establece las siguientes definiciones: 





NAMINO: Nivel de aguas mínimas de operación, es el nivel más bajo con el que puede operar la presa. NAMO: Nivel de aguas máximas ordinarias. La operación de la presa se lleva a cabo entre el NAMINO y el NAMO, que es el máximo nivel con que se puede operar la presa para satisfacer las demandas. NAME: Nivel de aguas máximas extraordinarias, es el nivel más alto que debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición, que implica la operación a su máxima eficiencia del aliviadero de demasías. El volumen que queda entre ese nivel y el NAMO, sirve para controlar las avenidas que se presentan cuando el nivel del vaso está cercano al NAMO.

Figura 1.15 Curvas de altitud-volumen-área del embalse Quisco





 

Borde Libre: El espacio que queda entre el NAME y la máxima elevación de la cortina (corona), y está destinado a contener el oleaje y la marea producidos por el viento y/o sismos, así como a compensar las reducciones en la altura de la cortina provocadas por sus asentamientos. Franja de Atenuación de Crecidas (FAC): Comprende los niveles de embalse ubicados entre el NAME y el NAMO. El rango de niveles es variable a lo largo del periodo hidrológico. Franja de Emergencia (FE): Comprende los niveles de embalse por encima de su NAME. Volumen Muerto: Es el volumen estimado para ser ocupado por los sedimentos en toda la etapa de operación del embalse.

Datos del reservorio o embalse: Finalidad o Uso del reservorio: Riego Superficie del reservorio: 7.95 km 2 Longitud del reservorio: 1.38 km Volumen total del reservorio: 7.70 MMC Volumen útil del reservorio: 7.485 MMC Volumen muerto: 0.153 MMC NAMINO: 4059.30 msnm NAMO: 4078.90 msnm NAME: 4079.20 msnm Datos de la presa:

Tipología de la presa: Gravedad de concreto Nivel de elevación del cauce en la presa: Nivel de elevación de la cresta: 4080.90 msnm Altura sobre el basmento: 36.70 m Longitud de corona: 270 m Volumen del cuerpo de la presa: 89,665.40 m 3 Elemento impermeable: Pantalla de inyecciones de lechada de cemento Fundación (basamento, cimentación): Rocosa Tipología del Aliviadero: Aliviadero escalonado Capacidad del Aliviadero: 5 m 3/s En la siguiente Figura 1.16, se muestra los niveles característicos NAMO, NAMINO y cota del volumen muertos del embalse Quisco, que definen la geometría del embalse.

Figura 1.16 Parámetros de operación del embalse Quisco 1.4.3 Determinación del volumen muerto y volumen útil del embalse En el siguiente Cuadro 4.2, se muestran los valores determinados del volumen muerto y volumen útil del embalse Quisco. Cuadro 1.21 Parámetros de operación del embalse Quisco Parámetro

Volumen muerto

Volumen inactivo

Volumen útil

Rango de cotas (msnm)

4052.00 ÷ 4058.50

4058.50 ÷ 4059.30

4059.30 ÷ 4078.90

Volumen (MMC)

0.1533

0.06174

7.485

1.5 PRESA QUISCO Y OBRAS CONEXAS Según el International Commission on Large Dams (ICOLD), se define como presa alta a toda presa por encima de 15.00 m de altura (medido desde el punto más bajo de la cimentación a la cresta de la presa), o cualquier presa entre 10 m y 15 m de altura, que cumplan como mínimo con las siguientes condiciones: a) b) c) d) e)

Longitud de la cresta de la presa no menor de 500 m Capacidad del embalse formado por la presa no menor de 1.00 millón de metros cúbicos (MMC) Caudal de avenida maxima descargado por la presa es no menor de 2,000 m 3/s Que la presa haya tenido problemas de fundación especialmente difíciles La presa tenga un diseño inusual

La Comisión Nacional del Agua de México (CONAGUA) aplica la siguiente clasificación de presas de almacenamiento de agua (Cuadro 1.22), a partir del criterio del International Commission on Large Dams (ICOLD). De acuerdo al criterio del ICOLD y la clasificación de CONAGUA, el tamaño de la presa Quisco sería grande o alta, dado que la altura de la presa es de 36.70 m y 7.6 Hm 3 o MMC. Cuadro 1.22 Clasificación de presas y bordes libre Altu ra d e pr esa (m) ≥ 15.00

Almac enam iento (Hm 3) --

5.00 ≤ h < 15.00

≥ 3.00

Pequeña

5.00 ≤ h < 15.00

0.50 ≤ V < 3.00

Borde libre

< 3.00

≤ 0.50

Tamaño Grande

Fuente: CONAGUA, México

Según la Norma CP 58.133330.2012 de la Federación de Rusia (2012), la presa Quisco se clasifica en la Clase II (altura entre 25 m y 50 m, y fundación de roca meteorizada), ver Cuadro 1.23; por la condición de descarga de las avenidas de excedencias, en presa - aliviadero; por condición constructiva, en obra de concreto masivo; por condición constructiva de la fundación, en fundación con inyecciones de impermeabilización y drenaje. Cuadro 1.23 Clasificación de presas según la altura y tipo de fundación Tipo d e material de fundación Roca Arena, cantos Presas de concreto y concreto armado rodados y arcilla en estado denso y semidenso Arcilla saturada en estado plástico Tipo de presa

Clasificación de la presa por su altur a (m) I II III IV > 100 60 ≤ h ≤ 100 25 ≤ h ≤ 60 < 20 > 50

25 ≤ h ≤ 50

10 ≤ h ≤ 25

< 10

> 25

20 ≤ h ≤ 25

10 ≤ h ≤ 20

< 10

Fuente: Norma CP 58.133330.2012 “Fundamentos Básicos de las Construcciones Hidrotécnicas” de la Federación de Rusia (2012).

Según el Dr. Yuri Liapichev (2012), para las presas de concreto convencional se deben considerar los siguientes factores de seguridad: Cuadro 1.24 Factores de seguridad para las presas de concreto convencional

Combinaciones de carga Normal Inusual Extrema 1.5 1.25 1.1 Estabilidad al volteo Estabilidad al deslizamiento considerando cohesión y fr icción Concreto masivo 3.0 2.0 > 1.0 Contacto del concreto–roca 3.0 2.0 > 1.0 Roca 4.0 2.7 1.3 Estabilidad al deslizamiento sin considerar la 1.1 1.05 >1.0 cohesión Esfuerzos de compresión Concreto masivo 3.0 2.0 1.0 Fundación rocosa 4.0 2.7 1.3 Esfuerzos de tensión Concreto masivo 3.0 2.0 1.0 Fundación rocosa * * * Concepto

   

 

 

(*) La fundación rocosa no es capaz de resistir esfuerzos de tensión

En general, los requerimientos básicos para la estabilidad de una presa de concreto gravedad para todas las condiciones de cargas son: 1) Seguridad contra el vuelco en cualquier plano horizontal dentro del cuerpo de la presa, en la base de cimentación, o en un plano debajo de la base de cimentación de la presa. 2) Seguridad contra deslizamiento en cualquier plano horizontal o casi horizontal dentro del cuerpo de la presa, en la base de cimentación, o en cualquier superficie de falla de la roca de la fundación. 3) Que no sobrepase los esfuerzos unitarios admisibles en el concreto del cuerpo de la presa o en la cimentación. Esto tres criterios, deben ser controlado en los lugares característicos del interior del cuerpo de la presa, donde haya planos con cambios en la sección de la presa, o donde haya altas cargas concentradas o concentración de esfuerzos. Se realizarón los análisis de estabilidad, esfuerzos máximos y mínimos en la base y cuerpo de la presa. Adicionalmente, se realizó el análisis de esfuerzo-deformación del cuerpo y fundación de la presa Quisco, así como el análisis térmico de la presa para determinar los esfuerzos térmicos y grietas que puedan producirse por efecto del calor de hidratación del concreto durante el fraguado del mismo. Los resultados de estos análisis, se consignan en el acápite 1.0 Memoria de cálculo del diseño de la presa Quisco del Anexo N°05, Tomo II, del presente Expediente Técnico de Obra. 1.5.1 Esquema hidráulico de la presa Quisco El planteamiento del esquema hidráulico de la presa Quisco y sus obras conexas consisten en el encaje de la presa de concreto gravedad en la boquilla del eje de la presa, establecido en las investigaciones geognósticas. Como obras conexas, se ha dispuesto la construcción del aliviadero escalonado en la parte central del cuerpo de la presa, con su correspondiente poza disipadora; la toma de fondo estará conformado por dos conductos de descarga de fondo, que atraviesan el cuerpo de la presa hasta la caseta de válvulas, en cuyo extremo descarga el flujo de agua hacia la poza disipadora y de entrega al cauce natural. En la Figura

1.17, se presenta una vista del esquema hidráulico del proyecto de la presa Quisco y sus obras conexas. Ver Plano PG.03 del Anexo N° 01. A continuación, se presenta una síntesis de los parámetros y características del embalse, presa y obras conexas: Embalse Nivel de agua máximo extraordinario (NAME) : 4,079.20 msnm Nivel de agua máximo operativo (NAMO)

: 4,078.90 msnm

Nivel mínimo de operación (NAMINO)

: 4,059.30 msnm

Volumen Útil

: 7.485 MMC

Volumen Muerto (periodo de retorno 50 años) : 0.1533 MMC Volumen Total

: 7.70 MMC

Área Máxima del Espejo de agua

: 7.95 km2

Longitud Máxima del Embalse

: 1.38 km

Presa Tipo de Presa

: Concreto Gravedad

Altura Máxima de la Presa

: 36.70 m

Nivel de Coronación

: 4,080.90 msnm

Borde libre desde el NAMO

: 2.00 m

Altura de parapeto en corona

: 0.50 m

Longitud de Coronación Presa

: 270.00 m

Ancho de la Corona de Presa

: 4.00 m

Ancho máximo de la base de la presa

: 27.17 m

Talud Aguas Arriba Presa

: 0H:1V

Talud Aguas Abajo Presa

: 0.75H:1V

Nivel de Cimentación de la Presa

: 4,044.20 msnm

Reforzamiento de fundación rocosa

: Inyecciones de lechada de cemento de 5.00 m de profundidad como mínimo.

Pantalla Impermeable Inyecciones Lech. Cem : Inyecciones de Lechada de Cemento con profundidades entre 20.00 m y 10.00 m. Aliviadero Escalonado de Descarga Libre Nivel de la Cresta del Vertedero

: 4,078.90 msnm

Nivel de Entrega al Río

: 4,051.00 msnm

Ancho del Aliviadero

: 4.00 m

Altura del Aliviadero

: 29.90 m

Ancho superior de poza disipadora

: 12.00 m

Ancho en rasante de poza disipadora

: 4.00

Largo de la poza disipadora

: 10.00 m

Altura de la poza disipadora

: 4.00 m

Caudal Pico del Ingreso al Embalse

: 50.70 m 3/s (TR=1000 años)

Caudal Máximo del Aliviadero de Excedencia : 5.00 m 3/s (TR=1000 años) Toma de Fondo y Descarga del Caudal Ecológico Nivel de la Rasante de Captación

: 4,058.50 msnm

Nivel de salida de la válvula Howell Bunger

: 4,060.01 msnm

Diámetro de la tubería de acero

: 0.90 m (diámetro interno)

Longitud del conducto de la toma de fondo

: 37.87 m

Diámetro de la válvula Howell Bunger

: 0.90 m

Longitud de poza disipadora

: 5.00 m

Ancho de la poza disipadora

: 5.50 m

Altura de la poza disipadora

: 4.00 m

Caudal máximo de servicio

: 0.70 m 3/s

Caudal máximo de emergencia por tubería

: 5.00 m 3/s (total de 02 tuberías 10 m 3/s)

Diámetro de la tubería del caudal ecológico

: 0.30 m (diámetro interno)

Caudal de la descarga del caudal ecológico

: 0.50 l/s

1.5.2 Presa de concreto gravedad 1.5.2.1 Descripción de la presa La presa Quisco es del tipo concreto gravedad, de 36.70 m de altura máxima, desde la superficie de cimentación en el estrato de roca meteorizada Ug3a (cota 4044.20 msnm), hasta su corona (cota 4080.90 msnm). La sección típica de máxima altura tiene forma triangular con una corona de 4.00 m de ancho y 3.00 m de altura, talud vertical en el paramento de agua arriba de la presa, y talud 0.75H:1V en la cara de aguas abajo de la presa; la base de cimentación de la presa tiene un ancho de 27.17 m, con una ligera contrapendiente de aproximadamente 3%. La longitud de la corona de la presa es de 270 m. En la Figura 1.17, se muestra una vista en planta del emplazamiento de la presa y sus obras conexas proyectadas, incluyendo el sistema de desvío de agua durante la construcción de la presa. Ver Planos PDP-01 y PPC-4 del Anexo N° 01, Tomo II. Si bien las conclusiones geológica-geotécnicas recomiendan la profundización de la cimentación de la presa de concreto hasta el estrato rocoso sano Ug3, se adoptó una menor profundización de la cimentación mediante el reforzamiento de la roca meteorizada Ug3a con inyecciones de consolidación sobre la superficie de cimentación de la presa. Esto obviamente aumenta los costos de las inyecciones de consolidación, pero sus ventajas y ahorro son mayores, pues permite ahorrar volumen de excavación en roca, ahorrar volumen de concreto del cuerpo de la presa, reducir los costos del drenaje de agua, y otros asociados con la construcción de la presa. En todo caso, durante los trabajos de excavación de la cimentación de la presa, se confirmará la calidad y resistencia de la roca de cimentación, y se determinará la cota definitiva de la cimentación de la presa.

Figura 1.17 Esquema hidráulico de la presa Quisco y sus obras conexas

El proyecto considera la ejecución de un mallado de puntos de perforaciones en la cimentación de la presa (con mínimo de 5 m de profundidad), con las correspondientes inyecciones de lechada de cemento, para la consolidación de la misma. También, considera la implementación de una pantalla de inyecciones de lechada de cemento contra las filtraciones de agua por la fundación de la presa. Ver Planos PPI-01, PPI-01 y PPI-03 del Anexo N° 01, Tomo II. Estas perforaciones e inyecciones de lechada de cemento se ejecutarán (con dirección inclinada hacia aguas arriba) desde la rasante de la galería de drenaje de la presa, y tendrán una profundidad vertical máxima de 20 m desde el nivel de cimentación de la presa. Para reducir la fuerza de subpresión en la cimentación de la presa, se tiene previsto la perforación de un drenaje vertical desde la rasante de la galería de inspección y drenaje, con una profundidad de 12 m desde el nivel de cimentación de la presa. Ver Figura 1.18. En esta Figura 1.18, se presenta el perfil típico de máxima sección de la presa. En el Anexo N° 01, Tomo II, se incluyen los Planos PDP-02, PDP-03, y PDP-04, que contienen las secciones transversales del cuerpo de la presa. En los ítems 1.1 y 1.2 del Anexo N° 05, Tomo II, se consigna la memoria de cálculo para la determinación de borde libre y cota de corona de la presa, así como el dimensionamiento geométrico de la presa.

Figura 1.18 Sección típica de la presa Quisco En la Figura 1.19, se muestran las vistas en planta y frontal de la presa Quisco con sus obras conexas. El cuerpo de la presa está compuesto por 19 bloques de concreto masivo, dispuestos de la siguiente forma:  



Bloque central 0, que contiene el aliviadero escalonado; Bloques de la margen derecha (02, 04, 06, 08, 10, 12, 14,16), donde el Bloque 02 contiene los conductos de la descarga de fondo y del caudal ecológico, y el Bloque 06 contiene la galería de acceso a la galería de inspección y drenaje; Bloques de la margen izquierda (01, 03, 05, 07, 09, 11, 13, 15, 17, 19).

Figura 1.19 Vistas en planta y frontal de la presa Quisco La superficie del paramento vertical, de aguas arriba de la presa, será impermeabilizada con una membrana polimérica, aplicada con chorro pulverizado. Además, se tiene previsto la ejecución de una pantalla de drenes verticales, para captar las aguas de filtración provenientes del paramento vertical de aguas arriba, y que descargarán hacia la canaleta de drenaje localizado en la galería de inspección y drenaje del cuerpo de la presa, adyacente al paramento vertical de la presa. Ver Planos PDP-05, PDP-06 y PDP-07 del Anexo N° 01, Tomo II. En los ítems 1.3, 1.4, y 1.5, del Anexo N° 05, Tomo II, se presentan los análisis de estabilidad estática y pseudoestática de la presa de concreto, considerando los esfuerzos en la cimentación y en las superficies de las tongadas de cuerpo de la presa, aplicando hoja de cálculo Excel y el software CADAM. Los resultados fueron valores de factores de seguridad mayores que los valores mínimos permisibles, que permitió asegurar la condición estable. En el ítem 1.5 del Anexo N° 05, Tomo II, se presentan los análisis de esfuerzos-deformaciones 2D y 3D del cuerpo y fundación de la presa. El análisis fue realizado considerando la interacción de bloque individual con su fundación rocosa, y considerando la interacción de la totalidad del cuerpo de la presa y su fundación, sin considerar las juntas entre bloques. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, con mínima presencia de concentración de esfuerzos en el cuerpo de la presa. Asimismo, las deformaciones presentes en los bloques, totalidad del cuerpo de la presa y su fundación tuvieron valores aceptables.

1.5.2.2 Detalles estructu rales de la presa

Galería de drenaje

Se tiene previsto la instalación de una galería de drenaje y de inspección a lo largo del eje de la presa, como se muestra en las Figura 1.20. Las secciones de la galería serán variables, con mayor sección en la parte central de la presa, reduciéndose hacia los estribos. La galería se ubica cerca del paramento de aguas arriba, en el rango de (0.05÷0.01) hg, donde hg es la distancia del NAMO hasta la galería, pero no menor de 2 m ÷ 2.5 m. La galería tiene el propósito de evacuar las aguas de filtración por gravedad hacia aguas abajo de la presa, por lo que su cota de entrega debe ser superior a la cota del cauce. Esta galería longitudinal tiene los siguientes propósitos: - Recolección y evacuación de las aguas de filtración que filtran por la pared de aguas arriba, y del sistema de drenaje en la cimentación. - Para la inspección del estado del concreto en la presa. - Reforzamiento de la pantalla de impermeabilización de la fundación de la presa. - Inyecciones de cemento en el cuerpo de concreto de la presa y de su paramento aguas arriba. - Control y limpieza de los equipos de perforación y drenaje instalados en la galería. - Instalación de los sistemas de comunicación dentro del cuerpo de la presa, y de la instrumentación del sistema de auscultación de la presa. La galería transversal al eje de la presa, tiene los siguientes propósitos: -

Evacuación de las aguas de filtración Observatorio adicional del estado del concreto Inspección de la instrumentación de la presa Drenaje y trabajo de inyecciones

Drenaje de la cimentación

El drenaje de la cimentación se colocará aguas abajo de la pantalla de inyecciones, y consistirán de perforaciones verticales de diámetro 0.25 m ÷ 0.40 m, con distancias de 2 m a 5 m entre ellas. La profundidad de perforación de drenaje será en el rango de 0.5 ÷ 0.75 m de la profundidad de la pantalla de inyecciones. El eje de la línea de drenaje debe estar fuera de la zona de los taladros de consolidación, y la distancia entre drenajes debe ser de 2 m a 3 m. Drenaje en el cuerpo de la presa

Se instala un sistema de drenaje en el cuerpo de la presa para recolectar y evacuar el agua de filtración a través del cuerpo de la presa, y las juntas de construcción a lo largo del paramento de aguas arriba de la presa, en forma de un drenaje vertical que ingresa en la galería longitudinal. El diámetro de este drenaje es de 15 cm a 20 cm. La distancia entre el drenaje vertical y el paramento de aguas arriba no será menor de 2 m. La distancia entre los drenajes verticales será de 2 m a 3 m.

Figura 1.20 Sistema de galerías de drenaje de la presa Quisco

Juntas transversales de temperatura

La distancia entre las juntas transversales de temperatura permanentes de las presas de concreto con fundación rocosa, varía de 9 m a 20 m. En el caso de la presa Quisco, se adoptó la distancia de 15 m en su mayor parte, y de 10 m en el bloque central del aliviadero. El ancho de las juntas de temperatura permanentes variará de 1 mm a 10 mm. La presa Quisco tiene una longitud de corona de 270 m, y estará dividida en 19 bloques (16 bloques de 15 m de ancho y 3 bloques de 10 m de ancho), delimitados por 18 juntas encofradas. La impermeabilización de las juntas encofradas será con doble sistema de bandas tipo water stop. La primera, será ubicado a 0.40 m de paramento de aguas arriba y será de neopreno de 0.50 m de ancho. La segunda, se ubicará a 1 m del paramento de aguas arriba, y será de PVC o neopreno, con el mismo ancho que la anterior. El espaciamiento de la junta, limitado entre las dos bandas, será rellenada con inyecciones de lechada de cemento. 1.5.2.3 Diseño de la presa Las preocupaciones de seguridad para presas de concreto sometidas a sismos involucra la evaluación de la estabilidad general de la estructura, tales como la verificación de su capacidad de resistencia a fuerzas laterales inducidas y los momentos, y la prevención de agrietamiento excesivo (esfuerzos excesivos) del concreto. Diversos tipos de análisis se puede realizar (ICOLD, 1986), que van desde un análisis simplificado en el caso de presas de gravedad a procedimientos más elaborados, tales como un análisis de la carga de prueba en el caso de las presas de arco, o el análisis por el método de elementos finitos, que se aplica a cualquier tipo de presa de concreto. Los parámetros de movimiento pico del terreno y el espectro de respuesta será suficiente para definir los parámetros de evaluación sísmica, si los procedimientos simplificados de evaluación se contemplan. Los análisis de la respuesta dinámica con elementos finitos se pueden realizar usando cualquier espectro de respuesta o historias temporales de aceleración, y normalmente serán requeridos para la mayoría de las presas de alto riesgo o calificación de peligro. Dado que los esfuerzos inducidos es un factor primario en la evaluación del comportamiento de la presa, y ya que el comportamiento elástico lineal se asume normalmente, los espectros de respuesta apropiada o las historias temporales de la aceleración puede ser usado para especificar los sismos de diseño para el pico de esfuerzos con fines de evaluación. Sin embargo, si el análisis no-lineal se contempla, o si el número de ciclos de esfuerzos del concreto o la extensión de esfuerzos significativos es importante para la evaluación del comportamiento de la presa, las historias temporales de la aceleración deberían ser utilizadas exclusivamente. Debido a que las presas de concreto generalmente responden a frecuencias relativamente altas, es importante que las historias temporales de aceleración sean digitalizadas a un paso de tiempo suficientemente corto, por lo general van desde 0.005 hasta 0.02 segundos. La selección adecuada de la digitalización del paso de tiempo debería ser verificada antes de que realice un análisis. Para presas de concreto de gravedad, dos componentes del movimiento, uno horizontal y otro vertical, y el análisis bidimensional son generalmente suficientes. Sin embargo, las presas de concreto gravedad en cañones relativamente estrechos deben ser analizadas tridimensionalmente usando dos componentes del movimiento horizontal y un componente

vertical, si los análisis detallados están garantizados. Para las presas de concreto arco, y la mayoría de presas curvadas de concreto gravedad, dos componentes horizontales y una componente vertical estocásticamente independientes del movimiento debe ser proporcionada con el fin de realizar un análisis tridimensional. Para el dimensionamiento de la presa de concreto gravedad, y el análisis de estabilidad estática y pseudoestático, se utilizó el conocido software canadiense CADAM, que permite realizar el análisis de los esfuerzos efectivos en las juntas horizontales. Según lo reportado en el “Estudio de Reevaluación del Peligro Sísmico Probabilístico para el Perú – Instituto Geofísico del Perú”, Tavera et al. (2014), en la presa Quisco, la aceleración máxima pico PGA es de 0.23g, y la aceleración máxima sostenida es de 0.143g. Según Hynes, Griffin y Franklin (1984), la aceleración pseudoestática debe ser 0.5*PGA, que resulta el valor de 0.115g. Conservadoramente, para el análisis pseudoestático de la presa Quisco, se adoptó el valor de 0.15g. Sin embargo, para el presente análisis de estabilidad pseudoestático, se consideraron conservadoramente, valores aún mayores de la aceleración horizontal a x = 0.21g y aceleración vertical a x = 0.14g, a pesar que la boquilla de la presa Quisco no es angosta o no tiene la forma de “V”, que es una condicionante para aplicar una aceleración vertical máxima. En nuestro análisis pseudoestático, se busco identificar situaciones de inestabilidad en el análisis de esfuerzos. Para el análisis de esfuerzo-deformación de la presa Quisco y su fundación, se utilizó el software FLAC-3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3-Dimensions), para el análisis geotécnico avanzado de suelo, roca y soporte estructural en tres dimensiones, que puedan presentar un comportamiento plástico cuando alcanzan sus límites de fluencia. El FLAC-3D utiliza una formulación explícita de diferencias finitas, que puede modelar comportamientos complejos que no se adaptan fácilmente a los códigos FEM, tales como problemas que consisten en varias etapas, grandes desplazamientos y tensiones, comportamiento material no lineal y sistemas inestables. El modelo numérico para el análisis esfuerzo-deformación 3D, se desarrolló y aplicó mediante la utilización del programa computacional FLAC 3D, versión 5.01 (Licencia 242-051-0003, key # 10170, SQ & Ingenieros CC). En el modelo de cuerpo de la presa y la fundación, se utilizaron los siguientes parámetros: Cuadro 1.25 Parámetros físicos y geomecánicos del cuerpo y fundación de la presa Modelo Elástico Ug 3a Ug 3 Concreto

Densidad Poisson (u) (kg/m³) 2232 0.44 2273 0.47 2400 0.15

Young (E) (Pa) 4.00E+08 6.00E+08 2.03E+09

Corte (G) (Pa) 4.00E+09 3.75E+09 9.64E+08

Comprensibilidad (K) (Pa) 1.35E+08 2.04E+08 8.80E+08

Cuadro 1.26 Parámetros físicos y geotécnico del suelo Modelo MohrCoulomb Ug1

Densidad Poisson (u) (kg/m³) 1834

--

Young (E) (Pa)

Cohesión(c’) (Pa)

Ang. Fricción ( f ’) (°)

--

0

32

En los acápites 1.3, 1.4 y 1.5, del Anexo N°05, Tomo Tomo II, se incluyen las memorias de cálculo cálculo y resultados de salidas gráficas del programa CADAM, y los resultados gráficos 3D del programa FLAC 3D, que verifican la estabilidad estática y pseudoestática de la presa, así como los niveles de esfuerzo esfuerzo deformación aceptables. aceptables. Ver Figuras 1.21, 1.21, 1.22, 1.23, 1.24 y 1.25.

Figur a 1.21 1.21 Embalse Embalse Llen Llenoo - Desplazam Desplazamient iento o z (m)

Embalse Lle Lleno no - Esfuerzo Esfuerzo zz (Pa) (Pa) Figura Figur a 1.22 1.22 Embalse

Galería ría de de Drenaje Drenaje - Esfuerzo Esfuerzo xz (Pa) (Pa) Figur a 1.23 1.23 Gale

Embalse LLleno leno - Desplazam Desplazamiento iento z (m) Figura Figur a 1.24 1.24 Embalse

Figura 1.25 Embalse Embalse Lleno Lleno – Esfuerzo Esfuerzo Tracci Tracción ón zz (Pa) (Pa)

1.5. 1.5.3 3 Aliviadero escalonado En seguridad de presas, presas, unos de los aspectos determinantes determinantes de la seguridad hidrológica hidrológica de la presa está asociada a la capacidad de evacuación de las avenidas de excedencias, y la disipación de la energía energía hidráulica hidráulica de los aliviaderos aliviaderos y de los disipadores disipadores de energía, pues son estructuras claves claves para minimizar minimizar el potencial de erosión erosión del flujo aguas aguas abajo de una una pres presa, a, qu quee perm permititee aseg asegur urar ar la est estab abililid idad ad de de la la pres presaa ante ante falla fallass o ave averí rías as du dura rant ntee las las avenidas. El tipo de aliviadero aliviadero escalonado adoptado para la presa Quisco, son son tipos de aliviaderos aliviaderos modernos y eficientes disipadores disipadores de energía hidráulica, hidráulica, que permiten disipar disipar continuamente una cantidad considerable considerable de la energía energía cinética del flujo de agua del aliviadero, aliviadero, de tal forma que la dimensión de la poza disipadora del pie de la presa en agua abajo (donde la energía hidráuli hidráulica ca residual residual se disipa disipa medi mediante ante un resalto resalto hid hidrául ráulico), ico), pued puede e reducirse reducirse susta sustancia ncialmen lmente te en comparación comparación con con las dimensiones dimensiones de una poza disipadora disipadora del aliviadero aliviadero liso convencional convencional.. Además, Además, con el aalivi liviadero adero escal escalonad onado, o, el riesgo riesgo de cavita cavitación ción a lo largo largo del del aliviade aliviadero ro disminuye significativamente, significativamente, debido a velocidades de flujo más pequeñas y la gran velocidad de arrastre de aire. Los vertederos vertederos escalonados escalonados funcionan simultáneamente simultáneamente como conducto del alivia aliviadero dero y disipad disipador or de energía energía hidráuli hidráulica. ca. En la Figura Figura 1.26, 1.26, se muestra muestra el aliviade aliviadero ro escalonado de descarga libre, libre, cuya cota de la la cresta del vertedero vertedero es de 4,078.90 msnm, y la cota de entre entrega ga al al cau cauce ce ddel el río río es 4,051 4,051.00 .00 msnm msnm.. El anch anchoo del del aliviade aliviadero ro es ddee 4.00 4.00 m, altura de 29.90 m. La poza disipadora disipadora tiene un ancho superior superior de 12.00 m, ancho en rasante de 4.00 m, largo de 10 m, y altura de 4 m.

Figur a 1.26 1.26 Sección del aliviadero escalonado y poza disipadora El aliviadero escalonado escalonado y la poza disipadora se localizan localizan la parte central de la presa (Prog. 0+000). En los Planos PAE-01, PAE-02, PAE-03, y PAE-04 del Anexo N°01, Tomo II, se muestran las dimensiones y detalles del aliviadero escalonado con su poza disipadora de energía. En el acápite 2.0 del Anexo N° 05, Tomo II, se incluye la memoria de cálculo del aliviadero de excedencias, cálculos hidráulicos del aliviadero, análisis del modelamiento

numérico 3D del aliviadero escalonado y la poza de disipación, así como los cálculos estructurales de los elementos del aliviadero escalonado. Ver Figura 1.27, 1.28, 1.29, 1.30, y 1.31.

Figura 1.27 Vista 3D del bloque de la presa Quisco que contiene el aliviadero escalonado con su poza disipadora. El modelado geométrico tridimensional de las estructuras del aliviadero, sirvió de base para la construcción del dominio computacional del modelado numérico tridimensional.

Figura 1.28 Alternativa seleccionada del aliviadero escalonado 0.75H:1V, con escalones 0.5V:0.375H. Dentro de los escalones se forman vórtices

disipadores de energía hidráulica. El flujo rasante es amortiguado por la poza disipadora de energía, entregando el flujo con 3 m/s.

Figura 1.29

Los escalones funcionan como macrorugosidades, y entre ellas se forman vórtices disipadores de energía, que disipan la mayor parte de la carga hidráulica disponible en el aliviadero. La poza disipa el remanente de energía con un resalto hidráulico sumergido.

Figura 1.30

Vista 3D del funcionamiento hidráulico del aliviadero escalonado y la poza disipadora de energía hidráulica, y su entrega al cauce del río. El flujo llega a la poza disipadora con velocidad de 9 m/s, la cual es amortiguada por la poza y entregada al río con 3 m/s.

Figura 1.31

Vista 3D del flujo rasante sobre el aliviadero escalonado y el amortiguamiento de la energía hidráulica remanente en la poza disipadora. Los tirantes del flujo en los escalones son menores de 1 m, y en la poza disipadora alcanza tirantes de 4 m.

1.5.4 Toma de fondo La estructura de toma de fondo ha sido provista para la captación del agua del embalse para satisfacer la demanda del sistema de riego, las operaciones y control del nivel del embalse, y vaciado del embalse (requerimiento de seguridad de presas). De acuerdo al estudio de sedimentos, no se espera una sedimentación importante, o la necesidad de operación para variar el nivel del embalse. Por consiguiente, se asume que la toma de fondo operará principalmente como obra de captación de agua del embalse, y con poca frecuencia realizará otras funciones distintas durante la vida útil de la presa. En la Figura 1.32, se muestra la localización de las estructuras de la toma de fondo, a la derecha del aliviadero escalonado.

Figura 1.32 Estructuras y equipamiento hidromecánico de la toma de fondo La obra de toma se localizará en el cuerpo de la presa de concreto, y consistirá en dos tubería de acero de diámetro interno de 0.90 m, dentro de un bloque de concreto que quedará integrada al cuerpo de la presa. Las tuberías de la obra de toma saldrán por el talud de aguas abajo de la presa, continuando por la misma cota de salida sobre la superficie de relleno de un terraplén compactado, hasta la casa de válvulas. Aguas abajo de la casa de válvulas, se emplazará una poza disipadora de energía, previo a la entrega del flujo de agua al cauce del río. Al final de cada tubería, se colocarán una válvula Howell Bunger de 0.90 m de diámetro. Un conducto con su válvula Howell Bunger proveerá el caudal de operación de la toma, mientras que la otra estará de reserva para asegurar el funcionamiento de la obra de toma, así como para realizar el mantenimiento o reparación de la válvula en operación. Asimismo, ambos conductos entrarán en funcionamiento en casos de emergencia de la presa, y se requiera del desembalse rápido. En este escenario de emergencia de la presa, ambos

conductos de la toma de fondo tendrán una capacidad de descarga máxima de 10 m 3/s. Ver Planos PTF-01 y PTF-02 del Anexo N°01, Tomo II. La toma de fondo tiene los siguientes parámetros de diseño: Cota de rasante de captación de 4,058.50 msnm; cota de de salida de la válvula Howell Bunger de 4,060.01 msnm; diámetro interno de la tubería de acero de 0.90 m; longitud del conducto de la toma de fondo de 37.87 m; diámetro de la válvula Howell Bunger de 0.90 m; longitud de poza disipadora de 5.00 m; ancho de la poza disipadora de 5.50 m; altura de la poza disipadora de 4.00 m. El caudal máximo de servicio es de 0.70 m3/s, el caudal máximo de emergencia por tubería es de 5.00 m3/s, totalizando ambas tuberías el caudal de 10 m3/s. El diámetro interno de la tubería del caudal ecológico es de 0.30 m, y el caudal de la descarga del caudal ecológico es de 0.50 l/s En la captación de la toma de fondo, se colocarán compuertas vagones de 1.40 m x1.40 m, las cuales serán operadas por sistema de izaje de compuertas localizada dentro del ducto de concreto armado de la toma de fondo. Ver Figura 1.33 y Planos PTF-03, PTF-04, y PTF-05, contenidos en el Anexo N°01, Tomo II. En el acápite 3.0 del Anexo N° 05, Tomo II, se incluye la memoria de cálculo hidráulico de la toma de fondo, selección de la válvula Howell Bunger, poza disipadora, así como los cálculos estructurales de los distintos elementos estructurales de la toma de fondo y sus obras conexas.

Figura 1.33 Estructuras del ducto del sistema de izaje, y equipamiento hidromecánico de la toma de fondo En el Anexo N° 01, Tomo II, se consignan los planos detallados de las instalaciones electromecánicas e hidromecánicas de la toma de fondo, sistema de izaje de las compuertas vagón, y sistema de iluminación y conexiones eléctricas. Ver planos PICE-01, PICE-02, PICE03.

En el Anexo 01, Tomo II, se consignan los planos detallados de la caseta de operación de compuertas y casa de válvulas. Ver planos PTF-06, PTF-07, PTF-08, PTF-09. Descarga del Caudal Ecológico

El sistema de descarga de flujo mínimo de la presa, está conformado por una obra de toma ubicada en la cota 4061.09 msnm en la pared, aguas arriba de la presa. Esta toma contara con una rejilla para atrapar sólidos, y en el extremo de la tubería de acero se coloca una válvula de disipación de chorro. La tubería de presión será de 0.30 m de diámetro y construida de acero, y se iniciará en la cota 4061.09 msnm, para terminar al extremo de la casa de válvulas de la toma de fondo, aguas abajo de la presa. La válvula de disipación de chorro de descarga estará instalada al final de la tubería de descarga del flujo mínimo, y será del tipo manual, para ser manejada desde el interior de la casa de válvulas, mediante un volante. La capacidad de estructura de descarga mínima se determinó en 0,05 m 3/s por razones ecológicas. La estructura consistirá en un conducto de 0.30 m de diámetro. 1.6 SISTEMA DE AUSCULTACIÓN DE LA PRESA Los instrumentos y aparatos del sistema de auscultación que se instalen deberán ser los la mejor calidad y fiabilidad en el mercado internacional. Las empresas que suministran estos sistemas de auscultación, deberán acreditar el funcionamiento óptimo de los mismos en auscultaciones de presas de concreto gravedad ya instaladas y en operación. Asimismo, la empresa suministradora debe proveer la capacitación adecuada a los Ingenieros del Plan MERISS la operación y procesamiento de los datos del sistema de auscultación de la presa Quisco. Asimismo, debe proveer el mantenimiento y/o reparación de los instrumentos y aparatos del sistema de auscultación de la presa. En el plano PDP – 11 del Anexo A, se presenta el sistema de auscultación de la Presa Quisco, y en el plano PDP – 12, se muestra la ubicación de Termocuplas en planta, elevación y en sección transversal de la presa, extensómetros, acelerómetros triaxial, y otros. Ver Figuras 1.34, 1.35 y 1.36. La instrumentación propuesta en la presa es referencial, y servirá par fines de solicitar la propuesta del sistema de auscultación y cotización de la misma, para la presa Quisco. La instrumentación y sensores del sistema de auscultación deberán ser compatibles con el procedimiento constructivo de la presa. En el momento de la instalación los aparatos se realizarán una primera medida, que se registrará, juntamente con la fecha y hora de la medición y los datos atmosféricos existentes.

Sistema de control topográfico y monitoreo de la deformación superficial de la presa Comprende de un conjunto de hitos colocados en la cresta y en la superficie de los taludes para medir y registrara los desplazamientos horizontales y verticales de los indicados hitos, durante la vida útil de la presa. Los hitos para medir los desplazamientos horizontales deberán contar con un conjunto de hitos referenciales de control horizontal, adecuadamente distribuidos en el entorno del sitio

de emplazamiento de la presa. En cambio, los hitos referenciales de control vertical deberán ser a nivel primario y a nivel secundario, en números suficientes y localizados adecuadamente para abarcar los hitos ubicados en la superficie del talud de la presa. Medida de presiones intersticiales Se emplearán piezómetros de cuerda vibrante, que cumplirán las siguientes condiciones: - Tendrán un tiempo de respuesta muy corto trabajando a volumen constante. - Todos sus materiales serán inoxidables. - Su rango de medida será de cero a diez kilogramos por centímetro cuadrado (0.0 ÷ 8.0 kg/cm²), para todos los piezómetros que se coloquen en la presa. - La sensibilidad será igual o superior a una milésima del rango. - La resistencia a la entrada del aire de las piedras porosas podrán definirse en función del grado de saturación del suelo o cimiento, alcanzando hasta cuatro con cinco kilogramos por centímetro cuadrado (4.5 kg/cm²). - El sistema de lectura será electrónico y digital. - Se utilizará un cable protegido, impermeable y provisto de alma de acero para absorber tracciones. - Tendrán posibilidad de efectuar lecturas negativas. Control de temperaturas de fraguado del concreto del cuerpo de la presa Podrán ser de resistencia y habrán de cumplir las condiciones siguientes: - El sistema de lectura será directo y de fácil centralización. - El rango de lectura será cuando menos de veinte a más sesenta grados centígrados (20°C a +60°C) - La sensibilidad teórica será de un décimo de grado centígrado (1/10°C) - Todos sus materiales serán inoxidables. Control de desplazamientos con péndulos Los equipos correspondientes serán de la mayor sensibilidad dentro de los existentes en el mercado, y estarán fabricados con materiales inalterables por la acción de la humedad. El suministro de los péndulos, ya sean directos o invertidos, incluyen el suministro de todos los accesorios necesarios para la instalación y mantenimiento, conteniendo el dispositivo para suspensión, recipiente de amortiguamiento, cilindro flotante, dispositivo para anclaje, plancha de soporte de coordiscopio, y coordiscopio necesario para medir las deflexiones.

Medida de asientos y desplazamientos horizontales mediante nivelación-colimación - El colimador será automático para realizar las operaciones de medida en corto espacio de tiempo, con precisión superior a cinco décimas de milímetro (0.5 mm) - Las referencias fijas y las miras móviles llevarán incorporado un sistema reflectante que permite observaciones nocturnas. - Las miras móviles permitirán dos movimientos: uno vertical, con lo cual se leen directamente los asientos; y otro perpendicular al eje colimador-mira, para los desplazamientos horizontales. Medida de desplazamientos relativos entre bloques de la presa

Se realizará mediante medidores de juntas de tipo triángulo equilátero (elongámetros), con un lado paralelo a la junta.

Estación meteorológica Deberá ser capaz de medir las siguientes variables:

-

Dirección del viento Velocidad del viento Temperatura Presión atmosférica Humedad relativa Precipitación Radiación solar

Deberá permitir la centralización de lecturas. Para ello todos los aparatos tendrán salida 4 ÷ 20 mA.

Medida del nivel del embalse El registrador del nivel de agua irá dotado de sensor de presión, no utilizando partes móviles (flotador y contrapeso). El nivel del agua se medirá con un transductor semiconductor y la presión hidrostática se transformará en una señal o impulso eléctrico. El registro se realizará sobre tambor con plumilla movida por un servomotor activado por el sensor de presión. Asimismo, estará dotado del adecuado sistema para registro informático. El instrumento irá equipado con un reloj robusto y de alta precisión.

Medidas de caudal en tomas y desagües Los medidores de caudal a instalar en la toma de fondo y en la descarga del caudal ecológico, serán de tipo ultrasónico, bien con el sistema tiempo de tránsito o con el sistema Doppler, o de tipo piezorresistivo. Estos tipos de medidores tienen la ventaja de que carecen de partes mecánicas en contacto con el agua. Su precisión será más o menos uno por ciento (±1%) del caudal real. Tendrá salida por totalizador con señal de salida 0/4-20 mA.

Control de posicionamiento de compuertas y válvulas Las compuertas de las toma de fondo y descarga del caudal ecológico dotadas de sensores para control de sus movimientos de apertura y cierre. El sistema permitirá controlar los movimientos correspondientes a desplazamientos lineales. La precisión de la medida será superior a ±0.3%.

Figura 1.34 Redes de control topográfico horizontal y vertical

Figura 1.35 Piezómetros en la fundación de la presa

Figura 1.36 Extensómetros, péndulo, acelerómetro y medidor de juntas

1.7 DISEÑO DE MEZCLA DEL CONCRETO MASIVO El objetivo del diseño de mezcla del concreto masivo es el de combinar adecuadamente los materiales constitutivos del concreto masivo, como son el cemento, puzolana, agua, agregado grueso y fino, y aditivos, de manera que la mezcla resultante no exceda el límite de temperatura determinado como permisible, y cumpla además con los requerimientos de resistencia y durabilidad establecidos. El diseño de la presa Quisco se ha realizado considerando varias mezclas referenciales de concreto masivo, en función de las condiciones de exposición de contornos de la presa. Antes de la ejecución de la obra, el Plan Meriss Inka debe realizar un programa de diseño de mezclas, que determine los distintos tipos mezclas de concreto masivo que requiera la construcción de la presa. Según se observa en la Figura 1.37, se estableció de manera preliminar, que la cantidad de cemento requerido para el paramento húmedo de la presa es de 270 kg/m3; en la base de la presa y talud de aguas abajo, se requiere la mezcla de 240 kg/m3; y en la zona superior interna del cuerpo de la presa, se requiere la mezcla de 200 kg/cm3; y en el interior central del cuerpo de la presa, se requiere la mezcla de 160 kg/m3.

Figura 1.37 Distribución de tipo de concreto dentro del cuerpo de la presa Quisco El Plan Meriss Inka debe realizar un programa de diseño de mezclas de concreto masivo para definir en función de los materiales disponibles (cemento, puzolana, agregados gruesos y finos, agua y aditivos), los efectos que ejerce la temperatura sobre las propiedades del concreto en el sitio de la obra, y establecer los distintos tipos de mezclas que requiera para la construcción de la presa.

Cuanto mayor sea la altura o espesor de la tongada de concreto, se producirá una tasa de generación de calor que excede la tasa de disipación de calor. Este fenómeno produce un ascenso en la temperatura interior del concreto, por lo que puede registrarse una diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior de la masa, o entre la temperatura máxima y la temperatura final estable, lo suficientemente grande como para inducir esfuerzos de tensión. El diferencial de temperatura entre el interior y el exterior del concreto, generado por las reducciones en las condiciones de temperatura del medio ambiente, puede causar agrietamiento en las superficies expuestas. Además, a medida que el concreto alcanza su temperatura máxima y se establece el subsecuente enfriamiento, se inducen esfuerzos de tensión debido a dicho enfriamiento, si el cambio de volumen es restringido por las conexiones con otras partes de la estructura. El agrietamiento térmico de estructuras de concreto masivo, pude reducir su vida de servicio, propiciando un deterioro prematuro o una necesidad de mantenimiento excesivo. Asimismo, se precisa que la selección de las proporciones adecuadas para la mezcla de concreto masivos es solo un medio para controlar la elevación de la temperatura, y que otros aspectos de la obra de concreto deben ser estudiados e incluidos en los requerimientos de diseño y construcción de la presa. El procedimiento para el diseño de mezclas de concreto masivo ha sido tomado de la norma ACI 211.11. Una vez determinadas las propiedades de los materiales y conociendo las propiedades del concreto, el procedimiento de proporción debe seguir una serie de pasos secuenciales, que se describen más adelante. Las proporciones deben determinarse para la temperatura máxima de colado prevista, debido a su influencia sobre la velocidad de hidratación del cemento y el calor generado. Paso 1 : Determinar todos los requerimientos relacionados con las propiedades del concreto, incluyendo: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tamaño máximo de agregado que puede emplearse. Variación del revenimiento. Limitaciones de la relación agua/cemento. Máxima temperatura de colado prevista. Variación en el contenido de aire. Resistencia y edades de prueba especificadas. Condiciones de exposición prevista. Velocidades previstas del agua, cuando el concreto va a estar expuesto al agua corriente. Requerimiento de calidad del agregado. Propiedades del cemento y/o la puzolana.

Paso 2 : Si no se dispone de suficiente información, deben determinarse las propiedades esenciales de los materiales. Deben obtenerse, en cantidades suficientes, muestras representativas de todos los materiales, a fin de poder efectuar pruebas de verificación mediante mezclas de prueba. Del material seleccionado para el programa de pruebas, determínese las siguientes propiedades: 1. Análisis granulométrico de todos los agregados. 2. Peso específico de los agregados a granel. 3. Absorción de los agregados.

4. Forma de la partícula de los agregados gruesos. 5. Módulo de finura de los agregados finos. 6. Peso específico del cemento Pórtland, de las puzolanas y del cemento mezclado. 7. Propiedades físicas y químicas del cemento de las puzolanas y del cemento mezclado, incluyendo la prueba de calor de hidratación a los 7 días. Debe tenerse disponible un registro completo de estas propiedades para utilizarlo en el campo; esta información será de gran ayuda para ajustar la mezcla si alguna de las propiedades de los materiales empleados en campo difiere de las propiedades de los materiales empleados en el programa de mezclas de prueba en el laboratorio. Paso 3 : Selección de la relación agua/cemento. Si en los datos del proyecto no se proporciona la relación agua/cemento, se debe seleccionar de la Tabla 2.1 la relación agua/cemento máxima permisible para las condiciones particulares de exposición. Comparese esta relación con la de agua/cemento máxima permisible requerida en la Tabla 2.2, para obtener la resistencia promedio que incluye la resistencia especificada mas un margen para variaciones previstas, y empléese la relación agua/cemento mas baja. La relación agua/cemento se debe reducir 0.02 para garantizar que la relación agua/cemento máxima permisible no se exceda durante los ajustes en el campo. Si es necesario esta relación se puede convertir a una relación agua/cemento más puzolana. Paso 4 : Estimación de los requerimientos de agua de mezclado. Hágase la estimación de los requerimientos de agua a partir de la Tabla 2.3 para el revenimiento especificado y el tamaño máximo nominal del agregado. La temperatura inicial del colado puede afectar este requerimiento de agua. Paso 5 : Selección del contenido de aire. Selecciónese un contenido total de aire en la mezcla, como se recomienda en la Tabla 2.4. Se puede hacer una medición exacta del contenido de aire durante los ajustes futuros de la mezcla mediante la Ecuación 1: =

(1)

donde, A = contenido de aire del total de la mezcla, expresado como porcentaje. a = contenido de aire de una fracción de la mezcla inferior a 40 mm, expresado como porcentaje. r = relación entre el volumen absoluto del agregado de más de 40 mm y el volumen absoluto de todos los demás materiales en la mezcla, excepto el aire. Si el 100 % del agregado pasa por la malla de 40 mm, r = 0 y A = a.

Paso 6 : Calcúlese el peso de cemento requerido para la relación agua/cemento seleccionada y el peso del requerimiento de agua. Paso 7 : Determínese el volumen absoluto de los materiales aglutinantes, el contenido de agua y aire y la información obtenida en los pasos cuatro, cinco y seis. Calcúlense los volúmenes absolutos individuales del cemento y la puzolana.

+

=

(

)

(2)

donde; Cw = peso del cemento portland equivalente, determinado mediante el paso seis. Gc = peso específico del cemento portland. Vc = volumen de cemento (m3). Vp = volumen de puzolana (m3). Vc + p = volumen de cemento y puzolana (m3). Fv = porcentaje de puzolana por volumen absoluto en el volumen total absoluto del cemento más la puzolana, expresado como factor decimal. Paso 8 : Selecciónese el porcentaje de agregado grueso. A partir de la Tabla 2.5, y con base en el módulo de finura del agregado fino, así como en el tipo y tamaño máximo del agregado grueso, determínese el porcentaje de este en el volumen total de agregado. Paso 9 : Determínese el volumen absoluto del agregado total, restando del volumen unitario los volúmenes absolutos de cada material, como se indica en el paso siete. Con base en la cantidad de agregado grueso, seleccionado en el paso ocho, determínese el volumen absoluto del agregado grueso. Lo que resta del volumen absoluto representa la cantidad de agregado fino en la mezcla. Paso 10: Establézcase la combinación deseada de los diferentes grupos de tamaño de agregado grueso. Utilizando las granulometrías individuales de los agregados gruesos, Combínense todos los agregados gruesos en una granulometría uniforme, aproximando las que aparecen en la Tabla 2.6 para el agregado de tamaño máximo nominal de 150 o 75 mm. El porcentaje de cada grupo de tamaño se debe redondear con el porcentaje entero más cercano. Paso 11: Conviértanse los volúmenes absolutos de todos los componentes de la mezcla a peso por volumen unitario. Paso 12: Verifíquese el contenido de mortero. A partir de los volúmenes absolutos calculados anteriormente, calcúlese el contenido de mortero y compárense los resultados con los valores proporcionados en la Tabla 2.4, los cuales proporcionarán un indicio de la trabajabilidad de la mezcla, como se ha determinado por comportamientos pasados en el campo. La Tabla 2.4 se puede consultar como auxiliar para hacer los ajustes de la mezcla en el laboratorio. Las tablas indicadas, se encuentran en la norma ACI.211.11.

1.8 ANÁLISIS TÉRMICO DE LA PRESA QUISCO a) Fenómeno térmico en la fase de construcción de la presa Quisco En principio, las tensiones térmicas son esfuerzos inducidos en un cuerpo de una presa de concreto gravedad, como resultado de cambios en la temperatura en la misma. Durante el proceso de fraguado y endurecimiento del concreto de la presa Quisco, el calor de hidratación del cemento originará un significativo incremento de temperatura en el interior de la masa de concreto del cuerpo de la presa. La distribución de temperatura obtenidas durante la hidratación del cemento, inducen a esfuerzos térmicos (en edades tempranas) que pueden ocasionar fisuración en el concreto. Por consiguiente, se hace necesario el predecir el estado de esfuerzos al que serán sometidas la presa de concreto durante toda la fase de construcción. Para eliminar o reducir la potencial fisuración ocasionada por los esfuerzos térmicos, se pueden tomar las siguientes medidas: 



Disminuir el incremento de temperatura en el interior del cuerpo de la presa de concreto, utilizando cemento de bajo calor de hidratación, y reduciendo la dosificación de cemento (sustituyendo parcialmente el cemento por puzolanas). Refrigerar la masa del concreto, ya sea mediante técnica de pre-refrigeración (refrigeración de áridos, enfriamiento del agua amasada, amasado con escamas de hielo), o mediante sistemas de post-refrigeración (red de tuberías embebida en el concreto)

En el análisis térmico o de agrietamiento del concreto por cambios volumétricos generados por la temperatura y por variaciones de humedad, es importante conocer las características de generación y transferencia del calor producidos por la hidratación del cemento. Para predecir los esfuerzos generados en el cuerpo de la presa, es necesario conocer las propiedades elásticas, la capacidad de deformación, y las deformaciones generadas por los incrementos de temperatura, conjuntamente con el conocimiento detallado del programa de construcción de la presa (incluyendo las condiciones de colocación del concreto). Esto permitirá establecer la ubicación y el tipo de juntas para reducir las posibilidades de agrietamiento. En el presente ítem, se presentan los estimados de las propiedades elásticas de las mezclas de concreto y su evolución con la edad, las cuales sirven de base para la selección de las mezclas que se utilizarán en la construcción de la presa Quisco. Las variables tomadas en cuenta para el diseño fueron: contenido de cemento, contenido de puzolana, contenido de áridos, agua de la mezcla, y la utilización de aditivos. Los parámetros elásticos a ser estudiados son: resistencia a la compresión, tensión indirecta, módulo de elasticidad, y la relación de Poisson. Además, se requirió la obtención de los parámetros climatológicos del sitio de emplazamiento de la presa. Una vez conocidos los parámetros elásticos de las mezclas, se seleccionarán las mezclas que cumplan con los parámetros elásticos requeridos en el diseño de la presa. Posteriormente, se evaluaron los cambios volumétricos generados por el aumento en la

temperatura del concreto, la predicción de los esfuerzos y deformaciones generadas por el aumento de temperatura dentro del cuerpo de la presa, así como por su posterior enfriamiento. Con el conocimiento previo de las propiedades elásticas del concreto, se pudo determinar su capacidad de deformación y su potencial de agrietamiento, permitiendo establecer la ubicación y separación de las juntas transversales de contracción, con el fin de controlarlo en caso se presenten agrietamientos. 5.4.2 Ecuaciones que rigen el fenómeno de transferencia de calor en la presa La ecuación diferencial no-lineal en derivadas parciales, que gobierna la transferencia de calor en el cuerpo y fundación de la presa, es: =

+

+

+

(1.5)

donde, temperatura (°C) en función del punto considerado (x, y, z) dentro del dominio espacial considerado, y del tiempo qv tasa de calor generado por la unidad de volumen (W/m 3) ρ densidad de la masa (kg/m 3) c capacidad del calor específico (J/kg°C), dependiente del espacio y la temperatura kx, ky, kz coeficientes de conductividad térmica específica (W/m°C), dependiente del espacio y la temperatura x, y, z coordenadas cartesianas rectangulares t tiempo T

Si la conductividad térmica es constante, y el material es isotrópico, entonces k = kx= ky = kz, y la Ec. (1.5) se reduce a la forma: =

+

+

(1.6)

+

Si el modelo del análisis térmico es lineal, las propiedades térmicas y la densidad del concreto no dependen de la temperatura. La integración numérica se realiza mediante la técnica de los elementos finitos, que permite evaluar y cuantificar el efecto del calor de hidratación o fraguado según las tres direcciones del espacio. La condición de contorno asociada a la ecuación gobernante Ec. (1.6), es la siguiente: +

+

+

( , , , )=0

(1.7)

siendo, q el flujo de calor ocasionado por los fenómenos de convección y de radiación de onda larga y onda corta. Toda estructura expuesta a la intemperie, se ve sometida a un intercambio de energía calorífica hacia o desde el entorno que la rodea, y es en dicho intercambio, en donde juegan un papel importante las condiciones ambientales existentes en el emplazamiento de la presa. El análisis térmico de la presa se realizó teniendo en cuenta las diferentes condiciones ambientales de colocación del concreto, la geometría de la presa, la dosificación de la mezcla de concreto a utilizar en su construcción, y el programa de construcción de la presa, estimado en 4 meses aproximadamente (sólo cuerpo de la presa). En este informe se presentará la metodología seguida en este análisis, así como los resultados de este análisis.

El modelo numérico para el análisis térmico 2D y 3D, se desarrolló y aplicó mediante la utilización del programa computacional FLAC 3D, versión 5.01 (Licencia 242-051-0003, key # 10170, SQ & Ingenieros CC). Para ello se tomó en cuenta la experiencia en el desarrollo y comportamiento de modelos de transferencia de calor, desarrollados en otras presas de concreto convencional y de concreto compactado con rodillo (CCR). Se analizaron modelos con dominios computaciones con alturas de 1/3 y 2/3 de la altura de la presa. Adicionalmente, se prepara un modelo de transferencia horizontal y vertical de calor en todo el cuerpo de la presa en tongadas de 2 m de espesor, constituido por 04 capas de 0.50 m de espesor. En igual forma, se desarrolló un modelo bidimensional para analizar la transferencia horizontal y vertical de calor hacia los paramentos aguas arriba y aguas abajo de la presa. En este informe, se presenta la variación de la temperatura del concreto superficial y masivo de la presa, en forma de isotermas, según avance del programa de construcción de la presa, y medido a partir del inicio de la colocación del concreto en la presa, hasta las alturas anteriormente indicadas. Igualmente, se presentará el análisis de agrietamiento del concreto superficial y masivo de la presa, teniendo en cuenta su comportamiento térmico, así como también considerando diferentes separaciones de la juntas transversales de contracción. b)

Secuencia del análisis térmico de la presa

Debido a las altas tasas de colocación del CCR, al incremento en la relación área de exposición contra el volumen de las capas de CCR y a las condiciones ambientales que normalmente se presentan durante la colocación del concreto masivo, se van a generan mayores gradientes de temperaturas por lo que es necesario realizar un análisis térmico detallado de la presa con el fin de obtener un mayor grado de confiabilidad en los resultados. La secuencia seguida en el análisis térmico incluye ocho etapas diferentes, las cuales se presentan a continuación: ¨ Determinación de las propiedades de los materiales y de la fundación. ¨ Elaboración de un programa de construcción detallado, de acuerdo con las condiciones ¨ ¨ ¨ ¨ ¨

ambientales reales del sitio de la presa. Elaboración de modelos 2D y 3D para el análisis térmico del cuerpo y fundación de la presa, con el propósito de encontrar las variaciones de temperaturas del concreto en el tiempo. Procesamiento de datos del análisis térmico para determinar el incremento de temperatura en el concreto y de su variación con el tiempo. Determinación de los esfuerzos térmicos en zonas de estudio y su variación con el tiempo. Determinación de la capacidad de deformación del concreto y de su agrietamiento potencial. Evaluación del agrietamiento

A continuación, se presenta una breve descripción de cada una de las etapas seguidas en el análisis: Determinación de las propiedades de los materiales del cuerpo y de la fundación de la presa La determinación de las propiedades elásticas y térmicas del concreto de la presa, requiere de la implementación de un programa detallado de investigación en el laboratorio, dividido en dos etapas. La primera etapa, se realizará en dos fases: en la

primera fase, se realiza un muestreo representativo del área de préstamo de los agregados, ajustándose su granulometría a la especificada mediante la trituración del material en una trituradora de mandíbulas, de cono y de bolas. La segunda fase se realizará en el Laboratorio de Concreto del Plan Meriss Cusco, donde se prepararán mezclas de concreto con diferentes dosificaciones de cemento, puzolana, contenido de humedad, contenido de áridos y contenido de aditivo retardante. Probablemente, el cemento será suministrado por la fábrica de Cementos Yura S.A. En las fase dos: se prepararon 24 cilindros por mezcla, programándose ensayar tres (03) cilindros por edad a 3, 7, 14, 28, 56, 90, 180 y 365 días, dos (02) cilindros a compresión, y uno (01) a tensión indirecta. A los cilindros ensayados a compresión, se les programó determinar la relación esfuerzo –deformación, determinándose de esta forma el módulo de elasticidad y la relación de Poisson a diferentes niveles de esfuerzo. Con base en las propiedades elásticas obtenidas en la segunda fase del programa de laboratorio, las características del cemento Yura a ser utilizado en la preparación de las mezclas, las características de los agregados, así como también las experiencias reportadas en diseño y construcción de presas de concreto, se determinarán las propiedades elásticas del concreto a largo plazo, las características de adherencia de las juntas horizontales de construcción, las características térmicas y de generación de calor del concreto a utilizar en la presa Quisco. Programa de construcción La elaboración del programa de construcción de la presa Quisco requiere de un análisis detallado, que debe considerar los siguientes factores: ¨ Condiciones climatológicas del sitio de presa ¨ Características del sitio de presa. ¨ Equipos a utilizar en la construcción de la presa. ¨ Interferencias durante la construcción de la presa.

Una descripción más detallada de la incidencia de estos factores se presenta en el siguiente Cuadro 1.27:

Cuadro 1.27 Factores intervinientes en el programa de construcción de la presa Quisco Factores

Descripción

Precipitación

Climatología del sitio de la presa Temperatura ambiente

Velocidad del viento

El análisis de la precipitación del sitio de presa, incluye la determinación de la probable intensidad, duración, frecuencia y distribución diaria de las lluvias. Dado que el concreto no puede colocarse con lluvia superior a 5 mm, este factor determina tanto el programa probable diario de colocación del concreto, así como también los días y turnos laborables a lo largo del programa de construcción propuesto. Igualmente, afectará la eficiencia en la producción de los agregados y el suministro oportuno del cemento requerido en el concreto, según el programa de construcción requerido. Será necesario conocer el número promedio de días con lluvia mes a mes, lo cual nos permite evaluar los meses más lluviosos del año y los posibles meses más ventajosos para la colocación del concreto en la presa. En el sitio de la presa, se puede observar que el periodo seco está comprendido entre los meses de abril a octubre, siendo los meses de diciembre, enero, febrero y marzo los más lluviosos del año. Ver Gráfico 5.1. En el Gráfico 6.2, se muestra las frecuencias mensuales de las lluvias del sitio de la presa con distintas intensidades. En los meses con precipitaciones mayores de 5 mm habrá interferencia en el programa de construcción de la presa Quisco. El análisis de la temperatura ambiente del sitio de la presa y su fluctuación horaria son factores importantes que definen las condiciones de colocación y de interferencia en el programa de construcción de la presa, así como también de exposición del concreto durante la construcción de la presa, las cuales van a incidir directamente en los resultados del análisis térmico, fundamentalmente en la determinación de la temperatura de colocación del concreto y en la variación de la temperatura del concreto superficial en el tiempo. La regionalización de la temperatura por altitud se expresa en una relación inversamente proporcional, donde a mayores altit udes corresponden a menores valores de temperatura en sus tres niveles: medias mensuales, máximas mensuales y mínimas mensuales. En el Cuadro 5.1, se presenta las estaciones meteorológicas utilizadas y los resultados de la regionalización de temperatura media mensual para el sitio de emplazamiento de la presa Quisco. Dado que el sitio de la presa Quisco carecía de información termográfica, se utilizó los datos de las fluctuaciones horarias de la temperatura contenidas en el Estudio Definitivo de la Presa Angostura, que se encuentra cercana y casi a la misma altitud. Ver Anexo B.2. En marzo de 1999 se instaló un Termógrafo en el sitio de presa Angostura, el cual tiene datos de las variaciones horarias de temperaturas, que serán de utilidad para la presa Quisco. También, será de utilidad la información de temperaturas de la estación meteorológica de la mina Tintaya, que permitirá verificar las tendencias de variación horaria. Con base en los valores máximos y mínimos de la temperatura ambiente del sitio de presa Quisco, y tomando en cuenta la fluctuación horaria de la temperatura de las estaciones Caylloma y Tintaya, se puede obtener la variación horaria típica de la temperatura del sitio de presa Quisco. Las temperaturas mínimas se presentan en los meses de mayo, junio, julio, agosto y septiembre, presentando valores mínimos hasta de –9 ºC a las 6 de la mañana (mes de julio), aproximadamente. Igualmente, se puede apreciar que la temperatura ambiente del sitio de presa varía hora a hora, presentándose las temperaturas máximas entre las 10 AM y 2 PM, c on temperaturas del orden de los 14 ºC en los meses s ecos del año y de hasta 15 y 17 ºC en los mes es más lluviosos. Las temperaturas mínimas se presentan entre las 8 PM y las 6 AM del día siguiente. En el período Diciembre a Marzo, la temperatura mínima es del orden de los 0 ºC a 1 ºC. La temperatura promedio del sitio de presa es de 5.2ºC, temperatura hacia la cual tenderá a estabilizarse a largo plazo la temperatura del concreto de la presa Quisco. La velocidad del viento y su fluctuación diaria es otro factor importante que define las condiciones de transferencia del calor generado en el concreto masivo y hacia el aire, las cuales van a incidir directamente en los resultados del análisis térmico al ser un factor importante en el cálculo de los coeficientes de transferencia de calor. Por ello la importancia de contar con la mayor cantidad de datos que permitirán predecir con mayor aproximación las velocidades promedios. En el Gráfico 6.3, se muestra la fluctuación promedio de la velocidad del viento en cada mes del año, donde se observa que la velocidad máxima de 8 m/s, se presentaría en el mes de Febrero.

Topografía del sitio de la presa

Producción de agregados

La topografía del sitio de presa define tanto el volumen total de la presa como el volumen de las diferentes tongadas y capas de concreto de la presa. Este último factor, junto con la capacidad y rendimiento de los diferentes equipos que intervienen en el proceso de trituración de los agregados, así como en el mezclado, transporte, colocación y compactación del concreto, define la tasa de avance en la construcción de la presa. El volumen total de la presa es del orden de los 95,000 m 3. En el Gráfico 6.9, se muestra la curva de variación del volumen acumulado de la presa con el nivel de construcción de la presa Quisco. La topografía del sitio de presa va a definir las dimensiones del área de colocación del concreto, dimensiones que por debajo de un determinado valor van a incidir en los rendimientos de colocación del concreto, de acuerdo con los equipos que se utilicen en esta actividad. Asimismo, las dimensiones de la boquilla en la cara aguas arriba, definirá el número total de bloques de la presa. Igualmente, podrá afectar la tasa de colocación del concreto por la interferencia que su colocación genera. Por último, la capacidad de almacenamiento de los agregados va a estar definida por las condiciones topográficas del área del proyecto, que para el caso de la presa Quisco, no existe limitación alguna. Debido a la que generalmente la tasa de producción de los agregados es menor respecto de l a tasa de producción de agregados requeridos para la colocación del concreto, es usual prever un stock de agregados al inicio de la construcción de la presa, que sirva como un “pulmón” que garantice la construcción de la presa de concreto en forma continua.

Mezclado del c oncreto

La planta de mezclado prevista en la construcción de la presa Quisco fue una mezcladora de tipo continuo, con la cual la producción máxima teórica se estima sea del orden de 200 m 3/hr, trabajando 18 hr/día en 2 turnos de 9 ½ horas (6 p.m. a 12 m), con la que se puede estimar una producción sostenida de 2,128 m 3/día con una eficiencia de 76%.

Transporte

Dadas las características de la presa, con una altura de 36.70 m, y teniendo en cuenta los inconvenientes que se presentan con el tránsito de volquetes sobre la superficie del concreto, el cual afecta las condiciones de adherencia entre las juntas horizontales de construcción por problemas relacionados con la contaminación y segregación del concreto, se descartó la utilización de volquetes para el transporte y colocación del concreto en el cuerpo de la presa. De esta forma, se evalúa la utilización de tubos transportadores y/o grúas con tolvas de 4 m 3 a 8 m 3, para el transporte del concreto desde una plataforma hasta la presa, previo transporte desde la planta de mezclado hasta la indicada plataforma.

Equipos de construcción

·

Precipitación: las lluvias con intensidades iguales o superiores a los 5 mm/h, producen la suspensión en la colocación del concreto.

·

Interferencia con la galería de drenaje: se estima afecta en un 50% la tasa probable de colocación.

·

Reducción de las dimensiones del área de colocación del concreto: la tasa de colocación del concreto se ve afectada cuando la dimensión mínima del área de colocación del concreto esté por debajo de los 30 m. La tasa de colocación del concreto en la cresta de la presa se reducirá hasta los 90 m 3/h

·

Aprendizaje de las actividades involucradas en la producción, transporte y colocación del concreto, las cuales serán especialmente importantes en los primeros quince (15) de colocación del concreto, en los que se espera un incremento paulatino en los rendimientos de colocación del concreto, hasta alcanzar la tasa real de colocación.

·

Jornada y duración diaria de la jornada de trabajo, la cual puede reducir la tasa de colocación hasta el 75% de la tasa probable de colocación del concreto.

Interferencias dur ante la construcción

Las condiciones climáticas en la presa Quisco son particulares debido a que su cuenca colectora se localiza en la cabecera de la cuenca, se encuentra en la intercuenca del Alto-Apurímac, perteneciente a la vertiente del Océano Atlántico; limita con la cuenca Pucará, perteneciente a la vertiente del Lago Titicaca. Por consiguiente, la variabilidad de la lluvia se encuentra influenciada por ambos sistemas climáticos. Para estimar la variabilidad espacio-temporal de la lluvia durante el proceso constructivo, se utilizó la información climatológica de la estación Yauri, la cual es la más cercana al sitio de emplazamiento de la presa Quisco. La estación Yauri se localiza en las coordenadas: 14°49’1’’ Latitud Sur, 71° 25’ 1’’ Longitud Oeste; altitud de 3927 msnm, distrito y provincia de Espinar, Región Cusco. Para realizar el análisis temporal de las lluvias, se utilizó la data de lluvias desde las 7 horas hasta las 19 horas, del periodo de años 2012 ÷ 2016. Ver Gráfico 1. Las frecuencias mensuales de las lluvias en el sitio de la presa con distintas intensidades se muestran en el Gráfico 2. En los meses con precipitaciones mayores de 5 mm habrá interferencia en el programa de construcción de la presa Quisco, que deberá ser considerado en el tiempo total de la construcción. Otra variable importante en la construcción de la presa, es la fluctuación promedio de la velocidad del viento en cada uno de los 24 periodos ambientales (quincena) en las que se ha dividido el año. Ver Gráfico 3. El comportamiento de la temperatura en el sitio de la construcción de la presa Quisco, se obtuvo mediante la información de las series de registro de estaciones meteorológicas distribuidas en el entorno de la cuenca del río Quishca, donde se localiza la presa. La regionalización de la temperatura por altitud se expresa en una relación inversamente proporcional, donde a mayores altitudes corresponden a menores valores de temperatura en sus tres niveles: medias mensuales, máximas mensuales y mínimas mensuales. PRESA QUISCO DIAS CON LLUVIA - 12 Hr (7 hr ÷ 19 hr) AÑOS 2012-2016

20 18 16 14 12 s a i 10 D 8 6 4 2 0 ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

Mes-Promedio

Gráfico 1 Número promedio de días con lluvia en cada mes del año.

A continuación, se presentan las estaciones meteorológicas consideradas para la regionalización de la temperatura por altitud (Figura 1.38), y la regionalización de la temperatura media mensual a nivel de la presa Quisco (Cuadro 1.28 y Gráfico 4). En el ítem 1.6.7 del Anexo N° 05, Tomo II, se presenta la fluctuación diaria de la temperatura de la Presa Quisco, la cual fue adoptada de los datos contenidos en el Estudio Definitivo de la Presa Angostura (1999), dado que el sitio de la presa Angostura se encuentra cercana a la presa Quisco y a similar altitud. Estos datos de temperatura horaria en el día promedio quincenal, permite conocer las fluctuaciones horarias de la temperatura durante todos los meses del año. PRESA QUISCO LLUVIAS DURANTE LA COLOCACION PROGRAMADA DEL CONCRETO

20 18 16 )14 s a í 12 D ( a i c10 n e r r 8 u c O6

4 2 0 ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

Mes-Promedio 0 a 1 mm > 5 mm

1 - 2 mm Cualquier lluvia

2 - 5mm

Gr áf ic o 2 Frecuencias mensuales de las lluvias en el sitio de la presa con distintas intensidades. En los meses con precipitaciones mayores de 5 mm habrá interferencia en el programa de construcción de la presa Quisco. PRESA QUISCO VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DE VIENTO MENSUAL 10 9 ) s 8 / m ( o7 t n e6 i v l e d5 d a4 d i c o3 l e V2

1 0

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

Mes-Promedio

Gráfico 3 Fluctuación promedio de la velocidad del viento en cada mes del año.

Con base a los registros de estaciones meteorológicas cercanas a la presa Quisco, se procedió a realizar la caracterización de la humedad relativa media, mínima y máxima, y el promedio en una correlación por altitud. Ver Gráficos 5, 6 y 7. La insolación o radiación solar de las estaciones Yauri, Kayra y Perayoc, corresponden a las horas de sol diarias. El análisis consistió en calcular los valores promedio mensuales de horas de sol para cada estación, identificando así su variabilidad temporal. Asimismo, se estimó el promedio de horas de sol para la presa Quisco. Ver Gráfico 8.

Figura 1.38 Estaciones meteorológicas consideradas en la regionalización de temperatura por altitud. Cuadro 1.28 Regionalización de temperatura media mensual a nivel de la presa Quisco NOMBRE DE LA ESTACION

ALTITUD (msnm)

CAYLLOMA LA RAYA ANGOSTURA TINTAYA YAURI POMACANCHI SICUANI PERAYOC CUSCO ACOMAYO K’AYRA URCOS PARURO

4320 4200 4155 4005 3915 3700 3574 3365 3312 3250 3219 3149 3084

Coefic. a Coefic. b Coefic. r T. Media en cota de presa

M

E

S

E

S

ENE 6.6 7.6 7.2 9.9 9.3 10.6 12.2 12.0 12.7 13.7 13.4 14.0 14.5

FEB 6.8 7.7 7.4 9.7 9.0 9.9 12.3 11.9 12.6 13.6 13.4 13.8 14.5

MAR 6.3 7.6 7.2 9.6 8.9 10.0 12.1 11.8 12.8 13.5 13.3 13.8 14.2

ABR 5.8 6.9 6.7 8.8 8.2 10.0 12.0 11.4 12.7 13.2 12.5 13.7 14.0

MAY 4.0 5.6 4.8 7.1 6.5 8.5 10.7 10.5 11.9 12.2 11.3 12.8 13.0

JUN 2.7 4.2 2.7 5.4 5.0 7.5 9.4 9.3 11.0 11.0 10.2 11.8 12.1

JUL 2.1 3.9 2.2 4.7 4.9 7.3 9.1 9.1 10.7 11.0 9.9 11.4 12.0

AGO 3.4 5.0 3.3 6.3 5.6 8.9 10.3 10.1 11.6 12.4 11.3 12.4 13.1

SET 4.7 6.3 5.6 7.8 6.9 10.3 12.0 11.2 12.5 13.8 12.7 13.7 14.2

OCT 5.7 7.3 6.8 10.1 8.6 11.1 12.9 12.3 13.4 14.7 13.9 14.9 15.2

NOV 6.5 7.8 7.6 10.1 9.4 10.7 13.0 12.6 13.6 14.7 14.2 15.1 15.3

DIC 6.7 7.7 7.6 10.0 9.5 10.8 12.5 12.4 13.2 14.2 13.8 14.4 15.0

MEDIA 5.1 6.5 5.8 8.3 7.6 9.6 11.5 11.2 12.4 13.2 12.5 13.5 13.9

33.2730 -0.0061 -0.983 8.3

32.6517 -0.0060 -0.981 6.7

33.0269 -0.0061 -0.983 6.5

33.9040 -0.0065 -0.984 5.9

35.2040 -0.0072 -0.983 4.1

36.0394 -0.0077 -0.981 2.4

36.7403 -0.0080 -0.982 1.9

37.6922 -0.0080 -0.978 3.1

37.8249 -0.0076 -0.979 4.7

37.9102 -0.0073 -0.974 6.1

36.5833 -0.0069 -0.983 6.7

34.5943 -0.0064 -0.987 6.8

35.4537 -0.0070 -0.985 5.2

) C ° (

L A U S N E M A I D E M A M I N I M A R U T A R E P M E T

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14

T° media T° Máx T° Min

Gráfico 4

REGIONALIZACION DE DATOS TERMICOS A NIVEL DE PRESA

ENE 6.7 14.4 1.1

FEB 6.7 14.1 0.8

MAR 6.5 14.2 0.6

ABR 5.9 14.7 -1.5

MAY 4.1 14.9 -5.9

JUN 2.4 14.6 -9.1

JUL 1.9 14.4 -9.1

AGO 3.1 14.9 -7.2

SET 4.7 16.1 -4.7

OCT 6.1 16.6 -2.2

NOV 6.7 16.7 -1.2

DIC 6.8 15.6 0.2

Regionalización de temperatura máxima, mínima y media a nivel de la presa Quisco HUMEDAD RELATIVA MAXIMA MENSUAL 95 90

) % ( A V 85 I T A L E R 80 D A D E M75 U H

70 65 60 ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

SICUANI

JUN

JUL

YAURI

AGO

SEP

TINTAYA

OCT

NOV

DIC

PROMEDIO

Gráfico 5 Humedad relativa (%) máxima mensual por estación, y promedio HUMEDAD RELATIVA MEDIA MENSUAL 85 80

) % ( 75 A V I T A L 70 E R D A65 D E M U60 H

55 50 45 ENE

FEB

MAR SICUANI

ABR

MAY

JUN YAURI

JUL

AGO TINTAYA

SEP

OCT

NOV

DIC

PROMEDIO

Gráfico 6 Humedad relativa (%) media mensual por estación, y promedio

HUMEDAD RELATIVA MINIMA MENSUAL 90 80

) % ( A70 V I T A L E R60 D A D E M50 U H

40 30 20 ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

SICUANI

JUN YAURI

JUL

AGO

SEP

OCT

TINTAYA

NOV

DIC

PROMEDIO

Gráfico 7 Humedad relativa (%) mínima mensual por estación, y promedio

HORAS DE SOL PROMEDIO DIARIAS 10 9 ) s a r o H ( L O S E D S A R O H

8 7 6 5 4 ENE

FEB

MAR YAURI

ABR

MAY

JUN

k’AYRA

JUL

AGO PERAYOC

SEP

OCT

NOV

DIC

Promedio

Gráfico 8 Número de horas de sol promedio diario por estación

Determinación de los esfuerzos térmicos Los cambios volumétricos del concreto debido a la variación de su temperatura generan esfuerzos de tensión con sus respectivas dimensiones, cuando son objetos de restricciones tanto internas (gradientes de temperaturas) como externas (restricción en la fundación y estribos). Si las deformaciones exceden a la capacidad de deformación del concreto, se producirá el agrietamiento de la presa. Los esfuerzos se pueden evaluar con un programa de análisis de elementos finitos, en el cuales se le asigna a los diferentes nodos del modelo la temperatura para un instante determinado del análisis, junto con las propiedades térmicas y elásticas de los materiales, teniendo en cuenta la variación de estas últimas con el tiempo.

La determinación de los esfuerzos térmicos también se puede evaluar según los métodos indicados en el ACI (Ref. ACI 207.2 R y ACI 207.4R), dados por la siguiente expresión: s

t

=Kr * Kf * Sc * DT

(5.29)

donde: Kr Factor de reducción efectiva del esfuerzo térmico debido a la restricción externa de la fundación o restricción interna del concreto debido al enfriamiento de una capa respecto a otra. Kf Factor de reducción debido a las características elásticas de la fundación. Sc Coeficiente de esfuerzo térmico, se determina a partir de ensayos de laboratorio. DT Cambio de temperatura en periodo de tiempo estudiado. El factor Kr se determina según el procedimiento indicado en las normas del ACI indicadas anteriormente. El factor Kf se determina según la siguiente expresión: 1 Kf = Ag Ec * 1+ Af Ef

(5.30)

Siendo: Ef Ec Ag Af

Módulo de elasticidad de la masa restringida Módulo de elasticidad del concreto Área de la sección transversal del concreto Área estimada de la masa restringida

Según el ACI 207.2R , Af=2.5 Ag

para concreto en excelente roca de fundación.

Se utilizó como criterio general: Rock Af (probable) Af (conserva.) Excelente 2.5 Ag 2.5 Ag Bueno 2.3 Ag 2.4 Ag Regular 2.1 Ag 2.3 Ag pobre 1.8 Ag 2.0 Ag suelo 1.5 Ag 1.8 Ag

Según el ACI 207.2R, para Af= 2.5 Ag, se tiene: Ef / Ec a

2.0 1.0 0.5 0.2 0.1

KF (Af = 2.5 Ag) 1.00 0.83 0.71 0.56 0.33 0.20

El Coeficiente de esfuerzo térmico Sc de determina según la siguiente expresión:

(1.7)

Sc =Esus * Ct

donde: Esus Esus Mo Modu dulo lo ddee elas elastitici cida dadd para para car carga ga ssos oste teni nida da.. Ct Coeficient Coeficientee de Expansió Expansiónn térmi térmico co del conc concreto reto Esus

=

1 1 Es

+

SC

(1.8)

2.5

Es Mo Modu dulo lo de elas elastitici cida dadd estát estátic ico. o. Es =

E (inicial) +E (final) 2

(1.9)

Sc = Creep específico. SC =F(k ) * Ln ( t +1)

(1.10)

siendo: F(k) depende del del material Ln loga logari ritm tmoo natu natura rall t duración de la carga Determinación de de la capacidad capacidad de deformación deformación del concreto concreto y de su agrietamiento agrietamiento potencial La capa capacida cidadd de de defor deformació maciónn del del conc concreto reto se puede puede defin definir ir como la máxi máxima ma deformaci defo rmación ón que que puede puede sopor soportar tar el el conc concreto reto sin ffalla allar. r. La falla pued puede e ser una grieta, grieta, y se manifiesta cuando la deformación por tensión producida por el incremento de la temperatur tempe raturaa del concreto concreto o por su posteri posterior or disminu disminución ción,, excede excede la capacid capacidad ad de deformación del concreto. La causa principal principal de la deformación por por tensión en el concreto son las restricciones a las que está sometida el concreto concreto durante el cambio de temperatura. En este análisis se debe tener en cuenta la relación que existe entre el cambio de la temperatura de la presa con el tiempo y la variación de las propiedades elásticas del concreto con el tiempo. La determinación determinación de la capacidad de deformación deformación del concreto, se determinará con base en los resultados de los ensayos de laboratorio. El análisis del agrietamiento de la presa, se realizará dividiéndolo en tres partes, teniendo en cuenta el tipo de agrietamiento que puede presentarse: ¨ Un aspecto importante de este análisis, es el que se relaciona con el enfriamiento

rápido rápido del del conc concreto reto próximo próximo a las caras caras agua aguass arriba arriba y aguas aguas aba abajo jo de la presa, presa, mientras mien tras que el conc concreto reto masi masivo vo (inte (interno rno o al inte interior rior del cuerpo cuerpo de la presa presa)) se mantiene a una mayor temperatura sin contraerse, dando como resultado la generación de esfuerzos de tensión, que al exceder la capacidad de deformación del concreto su agrietamiento. agrietamiento.

evaluará adicionalmente, adicionalmente, el enfriamiento enfriamiento rápido de la la cresta cresta de la la presa, presa, en su ¨ Se evaluará zona de no rebose y su potencial de agrietamiento. posibilidad de que ocurra el agrietamiento agrietamiento térmico térmico del concreto masivo ¨ Se evaluará la posibilidad con el aumento aumento de temperatura, temperatura, y con su su posterior posterior enfriamiento, enfriamiento, generándose generándose esfuerzos por contracción resultantes de las restricciones de la fundación de la presa. Para realizar el análisis del agrietamiento potencial de la presa se pueden utilizar dos metodologías diferentes las cuales están íntimamente relacionadas entre sí, obteniéndose resultados muy similares: 



Análisis en término de los esfuerzos generados por el cambio de temperatura. Análisis en término de las deformaciones inducidas por estos esfuerzos.

Es así que conocido conocido el incremento de temperatura en el concreto, las condiciones condiciones de restricción de la fundación de la presa y de la presa misma y las propiedades térmicas del concreto, tal como como lo es el coeficiente de expansión / contracción contracción térmica, se puede puede evaluar la deformación deformación producida por el cambio de temperatura. temperatura. Adicionalmente, Adicionalmente, si se conocen las propiedades elásticas del concreto, tales como el módulo de elasticidad, el creep y la resistencia a la tensión, se puede evaluar la capacidad de deformación del concreto. La diferencia entre las dos deformaciones deformaciones así así determinadas, determinadas, definirá definirá el agrietamiento agrietamiento potencial potencial del concreto. Evaluación del agrietamiento La evaluación del agrietamiento del concreto consiste en la determinación de sus caracterí característica sticass como son el anch ancho, o, espac espaciami iamiento ento y profundid profundidad; ad; así como como la defi definici nición ón del número y espaciamiento de las juntas transversales que permitan controlar las grietas que puedan presentarse. El espaciamiento de las grietas en la cara aguas arriba y aguas abajo dependerá en gran gran forma del grado de restricción del concreto masivo. c)

Mode Modelo lo bidime bidimensiona nsionall de la la transfe transfere rencia ncia de calor calor en en el el cuerpo cuerpo y funda fundación de la presa Escenarios de análisis térmico La construcción de la presa se realizará por bloques, y en cada bloque el vaciado será en tongadas de 2 m altura, altura, considerando 4 subtongada subtongadass de 0.50 m. El contenido contenido de 3 3 cemento estará por el orden de 160 kg/m a 200 kg/m en el núcleo o interior de la presa; pr esa; y en los sectores adyacentes a la cimentación y superficies externas del cuerpo de la presa, presa, el conte contenido nido de cemen cemento to estará estará entre 240 240 kg/m 3 y 270 kg/m3. Si bien la dosificación del concreto para la presa Quisco contendrá puzolana para reducir el contenido de cemento, para el presente análisis térmico la dosificación del concreto estará compuesta sólo sólo por cemento, áridos áridos finos y gruesos, y agua. Para el cuerpo cuerpo de la presa Quisco, se adoptó un valor de 2.20 w/m°C para la conductividad térmica del concreto, y un valor de 0.22 cal/gr°C para el calor específico del concreto, a partir de la base de datos de diferentes presas presas de concreto gravedad gravedad ya construidas y operativas. operativas.

El cuerpo y la fundación de la presa Quisco Quisco fue discretizado para construir construir el mallado del dominio computacion computacional al 2D, con tamaño t amaño de malla promedio de 0.844 m, y un total t otal de 35,525 nodos y 18,292 elementos. En el Gráfico 6.6, se muestra el mallado del dominio computacional de la presa Quisco. El problema del análisis térmico es evolutivo en el tiempo, pues la geometría de la presa cambia durante el proceso constructivo, la simulación numérica debe modelar el salto de una geometría a otra de la presa. La geometría de la presa en construcción Ω en un tiempo tiempo dado t, debe debe cambiar cambiar a otra nueva nueva geometría +DΩ para para el el tiemp tiempoo t+ t+ Dt, anulando las condiciones de contorno en zonas que ya no son frontera, y creando las nuevas condiciones de contorno en la parte superior de la nueva tongada.

Gráfico 9 Mallado del dominio computacional computacional de la Presa Quisco Asimismo, se debe imponer nuevas condiciones condiciones iniciales, iniciales, que coincide coincide con las condiciones finales de la tongada previa (tongada tapada por la nueva tongada de concreto). Además, como condiciones iniciales se establecieron las temperaturas iniciales del concreto y de la fundación. Para el modelamiento de la construcción continua de cada bloque conformante de la presa, se tomó en consideración el tiempo de vaciado de cada subtongada y la tongada en total. Las condiciones de contorno se definieron de la siguiente manera. Para el calor de hidrataci hidratación ón del con concreto creto,, que depe depende nde de la cantida cantidadd de ceme cemento nto de la mez mezcla, cla, se adoptó la la curva de calor calor de hidratación del concreto concreto (Gráfico 10). 10). A pa partir rtir de esta curva se generó la curva del índice de calor de de hidratación hidratación (Gráfico 11), la cual fue utilizada utilizada en el modelo numérico. Este modelo es representativo representativo del comportamiento comportamiento del del concreto en el interior interior y la parte externa de la presa presa (concreto superficial), al tener en cuenta tanto tanto la interacción del concreto conc reto con la funda fundación ción y los estribos, estribos, y la exp exposic osición ión de las las caras caras agua aguass arriba arriba y aguas abajo a las condiciones ambientales. El análisis térmico se realizará en tres niveles niv eles del del proces procesoo construc constructivo tivo de la presa: presa: a 1/3 de la altura, altura, a 2/3 de la la altura, altura, y al finalizar la la construcción construcción de la presa.

450.0 400.0 350.0

O300.0 T N E 250.0 M E 200.0 C g / J 150.0 100.0 50.0 0.0 0

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

TIEMPO (hr)

Gráfico 10 Curva del calor de hidratación del cemento

3,500 3,000

r 2,500 h O T 2,000 N M E C 1,500 g K / J 1,000 500 0 0

200

400

600

800

1000

TIEMPO (hr)

Gráfico 11 Índice del calor de hidratación del cemento Resultados del análisis térmico En los Gráficos 12 y 13, se presentan gráficamente las isotermas del modelo en dos instantes de la construcción de la presa Quisco, a 1/3 y a 2/3 de la altura de la presa. En este modelo 2D del bloque de la presa, se tuvo en cuenta para una capa o subtongada de 0.5 m de espesor y la tongada de 2 m de espesor, las condiciones ambientales a la que estará sometida a lo largo del tiempo, los paramentos de la presa. Igualmente, el día y hora de colocación de las capas deducidas del programa de construcción de la presa, y las propiedades térmicas de la mezcla del concreto utilizado. En este análisis se considera que la presa se ejecuta rápidamente, es decir la velocidad de ejecución corresponde a una “presa caliente”. Esto indica que el calor de hidratación se liberará fundamentalmente cuando la tongada ya haya sido cubierta por las siguientes tongadas, quedando una gran parte de este calor retenido en el núcleo o interior de la presa. Una vez colocada la capa de concreto, independientemente de las condiciones de colocación, se inicia simultáneamente la generación de calor por la hidratación del

cemento de la mezcla, así como la transferencia de calor desde la presa hacia las caras expuestas del modelo. De esta forma, la fundación del bloque inicia su calentamiento a una tasa diferente que depende de la edad, y en las caras expuestas se produce un enfriamiento del concreto, tal como se puede observar en los Gráficos 13 y 14. En ambos gráficos, el calor de hidratación del cemento aumenta la temperatura en el interior de la presa a más de 50°C, superando la temperatura máxima permisible de 32°C.

Gráfico 12

Distribución de temperatura de la presa Quisco, para avance de construcción de 1/3 de la altura total de la presa.

En el sector de la presa-cimentación, se observa que el calor de hidratación aumenta la temperatura entre 19°C y 30°C. En el sector de la galería de drenaje, se muestra que la temperatura alcanza entre 19°C y 40°C, y entre 7.41°C y 19.33°C. También, se observa que las superficies externas de aguas arriba y aguas abajo de la presa se enfrían bruscamente, con un gradiente térmico de aproximadamente 25°C. Obviamente, la presencia de esfuerzos térmicos y de grietas térmicas es evidente.

Gráfico 13

Distribución de temperatura de la presa Quisco, para avance de construcción de 2/3 de la altura total de la presa.

En el Gráfico 14, se muestra los resultados del análisis térmico de la presa totalmente construida, considerando la velocidad de ejecución de “presa caliente”, donde las isotermas de la presa indica que la cresta de la presa (zona que permanecerá en contacto con el ambiente) mantiene una temperatura superior a la temperatura ambiental, con un gradiente de temperatura que oscilaría entre los 10°C en verano y 17°C en invierno como mínimo, hasta valores máximos entre 28°C en verano y 33°C en invierno. Por consiguiente, gran parte del calor de hidratación quedará retenida en el interior del cuerpo de la presa. Las “presas calientes” son las que presentan mayores problemas térmicos, pero son también las que conducen a mayores rendimientos en la refrigeración, pues la bajada de temperatura inducida en el concreto antes de su colocación se transformará, en buena medida, en un descenso de la temperatura residual del núcleo. La consideración de una presa como fría o caliente depende de la velocidad de construcción de la presa, de la altura de la tongada y de las condiciones de intercambio térmico por la superficie superior de las tongadas, que pueden resumirse mediante su coeficiente de convección equivalente, no teniendo influencia apreciable ni la geometría o las condiciones ambientales, ni las propiedades del concreto utilizado. En el caso de la presa Quisco, cuya culminación de su construcción está prevista para julio del 2018, deberá ser construida rápidamente en un clima frío, esto es la construcción de una “presa caliente” en una zona de clima frío. El concreto (inicialmente frío) atrapará la mayor parte del calor de hidratación, quedando en núcleo de la presa (al terminar la construcción) con una temperatura mucho más elevada que la temperatura ambiente, y con alto riesgo de fisuración. La solución para la presa Quisco puede darse mediante la reducción de la velocidad de ejecución de la obra como mediante la pre-refrigeración del concreto, dentro de los límites de temperatura del

colocado del concreto generalmente aceptados. Asimismo, la utilización de la puzolana y la protección de las superficies superior y laterales de la tongada con mantas con aire caliente o frío, serán medidas a considerarse en la construcción de la presa Quisco.

Gráfico 14 Distribución de temperatura al final de la construcción de la presa Quisco.

Cuadro 1.29Temperatura máxima en el interior del cuerpo de la presa para distintas cantidades de cemento e intervalo de tongadas, según avance de obra – Tongada de 2 m Ava nce d e construcción

H/3

2H/3

H

Intervalo de tongadas (días)

150

200

250

300

2 días 4 días 6 días 2 días 4 días 6 días 2 días 4 días 6 días

25.26 27.14 26.93 28.54 29.12 28.62 29.65 29.78 28.52

31.71 33.97 33.58 35.99 36.58 35.8 37.46 37.45 35.62

38.16 40.79 40.22 43.44 44.04 42.97 45.27 45.12 42.73

44.61 47.63 46.86 50.89 51.51 50.14 53.09 52.79 49.84

Cantidad de cem ento (kg)

Gráfico 15

Variación de temperatura en el cuerpo de la presa según la cantidad de cemento y H/3 de avance de obra – Tongada de 2 m

Gráfico 16

Variación de temperatura en el cuerpo de la presa según la cantidad de cemento y 2H/3 de avance de obra – Tongada de 2 m

Gráfico 17

Variación de temperatura en el cuerpo de la presa según la cantidad de cemento y terminada la presa – Tongada de 2 m

En el acápite 1.6 del Anexo N° 05, Tomo II, se presenta los resultados gráficos del análisis térmico de concreto de la presa, y los esfuerzos térmicos y agrietamientos, que se producen para los distintos escenarios evaluados.

1.9

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE LA PRESA

La construcción de la presa Quisco y sus obras conexas se ejecutarán en las siguientes cinco fases:   

 

Fase I : Obras preliminares y temporales Fase II : Excavación y construcción del sistema de desvío del río Fase III : Excavación de la cimentación de la presa, consolidación e impermeabilización de la cimentación y fundación de la presa Fase IV : Construcción del cuerpo de la presa de concreto gravedad Fase V : Construcción de obras conexas (aliviadero, obra de toma de fondo y del caudal ecológico).

En la Figura 1.41, se muestra la excavación del material aluvial, coluvial y estrato rocoso Ug3a, para la construcción de las estructuras temporales del sistema de desvío, que serán los trabajos iniciales, correspondientes a la Fase I. Es necesario acotar, que los materiales de movimiento de tierras del sistema de desvío servirán para la conformación del cuerpo de las ataguías de aguas arriba y de aguas abajo de la presa. Dado que los trabajos de la ejecución de la obra se iniciarán durante el periodo de estiaje, los trabajos de excavación de la cimentación de la presa (Fase III) no están supeditados a la conclusión del sistema de desvío, y pueden iniciarse simultáneamente con las excavaciones del sistema de desvío. Considerando que el volumen del cuerpo de la presa es por el orden de 98,000 m 3 de concreto, los materiales de arenas podrían obtenerse de las excavaciones de las obras del sistema de desvío y la excavación de la cimentación de la presa. Asimismo, para alcanzar la cota de cimentación de la presa se deberá excavar en material aluvial y en roca meteorizada Ug3a, siendo estos materiales una fuente de materiales para agregados para la elaboración del concreto. Por consiguiente, la obra obtendría los materiales de construcción de los materiales del movimiento de tierras y excavación de rocas, previo procesamiento. Sin embargo, sería necesaria la explotación de las áreas de préstamos de materiales y canteras de rocas identificadas en los estudios previos del proyecto . En la Figura 1.45 y 1.46, se presenta la conformación de la presa de concreto gravedad sobre la cimentación excavada en roca. La construcción de la presa deberá realizarse por 19 bloques verticales de 15 m (16 bloques) y 10 m (03 bloques) de ancho (juntas transversales). Cada bloque deberá ser dividido en tongadas. En la Figura 1.46, se muestra la vista frontal de la presa dividida en 19 bloques verticales, así como la vista en planta de la presa dividida en bloques, con sus correspondientes numeraciones pares e impares de los bloques. La unión o empalme de la base de los bloques con la cimentación rocosa debe ser de tal forma, que la transmisión de carga de la presa hacia la fundación rocosa sea lo más uniforme posible, evitando concentración de esfuerzos que originen fisuras. Actualmente, se ha concluido el planeamiento de la ejecución de la obra con el equipo técnico del Plan Meriss, identificando las actividades críticas, siendo la principal actividad crítica el colocado de concreto en el cuerpo de la presa. 1.9.1 Fase I - Obras preliminares y temporales Esta fase comprende la construcción de las obras provisionales previas al inicio de la ejecución de la obra, como son la construcción del campamento de obra y suministro de

energía y agua, construcción de los caminos de acceso. Asimismo, comprende el traslado de las maquinarias y equipos al sitio de la obra, y su posterior desmovilización a la finalización de la obra. También, considera la actividad de montaje e instalación de la producción de áridos, montajes de la planta dosificadora de concreto masivo y los silos de almacenamiento de cemento y puzolana por separado, montaje de grúas-torre, y montaje de las instalaciones auxiliares, según los requerimientos de la obra y las especificaciones técnicas.

Figura 1.39 Plano general de obra de la presa Quisco, con caminos de acceso a los diferentes frentes de obra, incluyendo el sistema de desvío 1.9.2 Fase II - Construcción del Sistema de Desvío de Agua Comprende la ejecución de las excavaciones necesarias para la construcción de los componentes estructurales del sistema de desvío de agua del río, durante el tiempo necesario que requiera la construcción de la presa, y permita la ejecución de los trabajos en la cimentación de la presa en condiciones secas, y libres de inundaciones. El caudal de diseño es de 16 m3/s en canal de sección rectangural abierto y cerrado. El sistema de desvío tiene los componentes indicados en la Figura 1.40, y comprende los siguientes tramos: 

Tramo I: Estructura de toma del conducto de desvío (Prog. 0 ÷ Prog. 0+035), consistente en un canal cerrado rectangular de concreto armado (concreto 210 kg/cm2) de 3 m x 3 m de sección interna, 0.30 m de espesor.







Tramo II: Canal abierto (Prog. 0+035 ÷ Prog. 0+140), consistente en un canal abierto rectangular de concreto armado (concreto 210 kg/cm2) de 3 m x3 m de sección interna, 0.20 m de espesor. Pendiente de la rasante de canal de 0.001. Tramo III: Conducto cerrado de sección rectangular (Prog. 0+140 ÷ Prog. 0+172), consistente en un canal cerrado de concreto armado (concreto 280 kg/cm2) de 3 m x 3 m de sección interna, 0.35 m de espesor. Pendiente de la rasante de canal de 0.001. Este conducto será cimentado en la roca de cimentación de la presa, y posteriormente formará parte del cuerpo de la presa. Antes de finalizar la obra, el conducto será taponeado con un bloque de concreto. Tramo IV:Canal abierto de sección rectangular (Prog. 0+172 ÷ Prog. 0+240), consistente en un canal abierto rectangular perfilada en roca, de 3 m x3 m de sección. Pendiente de la rasante de canal de 0.01.

El sistema de desvío comprende también dos ataguías, localizado el primero en aguas arriba del eje de la presa, y el segundo en aguas debajo del mismo eje. Los detalles de diseño y constructivos de los componentes estructurales del sistema de desvío, se presentan desde el Plano PSD-01 al Plano PSD-13. En el acápite 4.1 y 4.2 del Anexo N° 05, Tomo II, se incluyen las memorias de cálculo hidráulico y de cálculo estructural de los componentes del sistema de desvío.

Figura 1.40 Componentes y tramos del sistema de desvío

Figura 1.41 Vista en planta de las excavaciones con banqueteo para la construcción de la obra temporal del sistema de desvío de las aguas del

río Quishca Mayo, previo a la construcción de la presa Quisco. Se muestra el emplazamiento de las ataguías de aguas arriba y de aguas abajo.

1.9.3 Fase III - Excavación de la cimentación de la presa, consolidación e impermeabilización d e la cimentación y fund ación de la presa Esta fase considera la ejecución de la excavación en suelo y en roca hasta llegar a la cota de cimentación de la presa, según se muestra en la Figura 1.41. En la cimentación de la presa, conformada por roca meteorizada Ug3a, se tiene previsto realizar trabajos de perforación e inyección de lechada de cemento, para mejorar la capacidad portante de la roca de cimentación. La consolidación de la cimentación de la presa, tienen el propósito mejorar el módulo de deformabilidad de la roca de cimentación, mediante la inyección de mezclas a presión, a través de barrenos perforados previamente en un arreglo geométrico definido, como el mallado que se muestra en la Figura 1.43. Con estas inyecciones se tratarán de sellar las fisuras o grietas existentes en la masa de roca. La profundidad de los barrenos de consolidación tendrá 5 m como mínimo, y dependerá de las condiciones geológicas de la roca excavada. La separación entre las perforaciones también depende de las condiciones geológicas de la roca de cimentación. En macizos rocosos muy fracturados, como se espera encontrar la roca Ug3a, la separación entre los barrenos se reduce a 3 metros, ya que no es posible aplicar presiones de inyecciones muy elevadas, pues se corre el riesgo de fracturar más la roca de cimentación, y generar el hidrofracturamiento. Mientras que en rocas fracturados la separación puede ser de 5 m a 6 m de separación. En la cimentación de la presa Quisco, se tiene previsto realizar perforación de taladros de ø 100 mm para la inyección de lechada para la consolidación de la cimentación. La ejecución de la perforación e inyección de los taladros se realizan por etapas con el objeto de lograr la consolidación progresiva de las fracturas en la roca de cimentación. En la primera etapa, la separación de los taladros será de aproximadamente 12 m, dependiendo de la zona donde se va a inyectar y de las características de la roca encontrada. Los taladros se inyectan en toda su longitud en tramos de 5 metro de profundidad. En la segunda etapa, los taladros se colocan entre los taladros de primera etapa, o sea que quedan la mitad entre barrenos de primera etapa de separación. La tercera etapa es de igual manera, entre barrenos de segunda y primera etapa. Por lo general esta etapa es la última que se realiza de forma sistemática. Solo se perforan e inyectan barrenos adicionales en aquellas zonas donde los consumos de mezcla hayan sido altos. En el capítulo de especificaciones técnicas consideradas en el Informe Final, se describirá con detalle esta actividad. Si bien la roca sana Ug3 de la fundación de la presa presenta baja permeabilidad, es muy probable que el macizo rocoso presente diaclasamiento y fisuración no detectadas durante las investigaciones geognósticas. Es muy probable que la permeabilidad medida en las pruebas hidráulicas Lugeon (ejecutadas en los seis taladros o perforaciones), no sean representativas para todo el dominio del macizo rocoso. Además, la roca meteorizada Ug3a, donde será cimentada la presa si presenta permeabilidades de medianas a altas, por lo que amerita realizar la impermeabilización de la roca mediante inyecciones, a través de perforaciones profundas, sellando fisuras, fracturas o discontinuidades geológicas existentes, con el propósito de reducir la permeabilidad de la roca de fundación, al formar una barrera lo suficientemente profunda para garantizar la estanqueidad del embalse. Una pantalla se forma por medio de las perforaciones e inyecciones de una serie de barrenos dispuesta en una línea. La pantalla se extiende por debajo del cuerpo de la presa, desde el fondo del cauce hasta la parte alta de las laderas de apoyo o estribos de la presa. La profundidad de las inyecciones

de impermeabilización será de 10 m, 15 m y 20 m de profundidad, con taladros de ø 100 mm espaciados cada 3 m, totalizando el metrado de perforación e inyecciones indicadas en la planilla de metrados. Ver Figura 1.43. Estas perforaciones e inyecciones de lechada de cemento se ejecutarán (con dirección inclinada hacia aguas arriba) desde la rasante de la galería de drenaje de la presa, y tendrán una profundidad vertical máxima de 20 m desde el nivel de cimentación de la presa. Para reducir la fuerza de subpresión en la cimentación de la presa, se tiene previsto la perforación de un drenaje vertical desde la rasante de la galería de inspección y drenaje, con una profundidad de 12 m desde el nivel de cimentación de la presa. Ver Planos PPI-01, PPI-01 y PPI-03 del Anexo N° 01, Tomo II. 1.9.4 Fase IV - Construcción del cuerpo de la presa de concreto gravedad 1.9.4.1Consideraciones técnicas para los materiales de los concretos del cuerpo de la presa a) Cemento El cemento que será usado en la presa de concreto gravedad tendrá que ser un cemento portland o un cemento especial que produzca un bajo calor de hidratación. Se puede aplicar un Cemento Portland Tipo I o un Cemento GU siempre que se tomen las precauciones para que no se incremente la temperatura de la mezcla. Al hacer uso de estos tipos de cementos, se recomienda emplear puzolanas ya que el calor de hidratación de estas es menor. Las puzolanas reemplazan hasta en 35% la masa del cemento, (ACI 211.1). El Cemento Portland IP es el más indicado para la aplicación en las presas de concreto gravedad. Su contenido de puzolanas debe ser de máximo 40% y debe estar acorde a la NTP 334.082 (ASTM C1157). Se recomienda almacenar por separado el cemento y la puzolana en silos metálicos con deshumedecedores y medidas de control de calidad. Las cementeras UNACEM y Cementos YURA son las productoras de Cemento Portland IP. El contenido de cemento que será utilizado en la presa de concreto deberá estar en el rango de 120 a 270 kg/m 3. El transporte y suministro de cemento y puzolana deberán realizarse en camiones con sistemas de preservación de calidad, y con sistemas de traslado por bombeo del cemento o puzolana del camión al silo de almacenamiento. b) Agregados Los agregados son la parte árida del concreto que se dividen en agregado fino (material que pasa la malla 3/8”) y el agregado grueso.

Figura 1.42 Vista en planta de las excavaciones con banqueteo hasta la cimentación de la presa Quisco, previo a las perforaciones e inyecciones

de consolidación, impermeabilización y construcción del cuerpo de la presa Quisco y sus obras conexas.

Figura 1.43 Mallado de perforaciones e inyecciones de consolidación de la cimentación de la presa Quisco

Figura 1.44 Línea de perforaciones e inyecciones de la pantalla de impermeabilización de la fundación de la presa Quisco, que se ejecutará desde la

rasante de la galería de inspección y drenaje.

Agregado fino El agregado fino es compuesto de arena fina natural o de piedra machacada o una mezcla de ambos. El agregado fino debe estar limpio de impurezas para la producción del concreto. En el caso del concreto masivo para presas, el ACI 207.1 establece unos límites de materiales que pueden ser perjudiciales para el concreto. El Cuadro 1.30, muestra las tolerancias de estos materiales en el agregado fino. Cuando el concreto está expuesto a zonas donde hay fluctuaciones del nivel del agua, el agregado fino no deberá superar los límites mínimos mostrados en el cuadro. Y cuando el concreto estará sumergido completamente en agua o en la parte maciza de la presa, los agregados finos estarán sujetos a los límites máximos mostrados en el indicado Cuadro 1.30. Cuadro 1.30 Tolerancias de materiales perjudiciales para el agregado fino Terrones de arcilla y partículas friables Material más fino que la malla N°200 Para concreto sujeto a abrasión Para otros tipos de concreto Carbón y lignito Donde la apariencia de la superficie del concreto es importante En otros concretos

1.5-4.5% 1.5-4.5% 3.5-7.5% 0.25-0.75% 0.5-1.5%

La gradación del agregado fino influye fuertemente en la trabajabilidad y asentamiento del concreto. Para obtener un concreto óptimo para la colocación en presas, el ACI 207.1 establece uno huso granulométrico al cual se debe adecuar el agregado fino que se muestra en el Cuadro 1.31. Cuadro 1.31 Huso granulométrico del agregado fino Tamiz (pulg)

Porcentaje retenido (%)

3/8

0

N4

0-5

N8

5-15

N16

10-25

N30

10-30

N50

15-35

N100

12-20

Fondo

3-7

Agregado grueso El agregado grueso está constituido por gravas y piedra chancada de tamaños mayores a la malla N°4 y menores a 6”. En algunos casos se utiliza cantos rodados o piedra redondeada para la producción del concreto. Para la producción del concreto masivo para la presa debe evitarse tener roca de las siguientes condiciones (ACI 207.1):

·

Roca friable o que tienda a degradarse durante el transporte.

·

Roca que tenga una absorción de más de 3%.

·

Gravedad específica menor a 2.5.

·

El porcentaje de sulfatos no debe ser mayor a 0.5%

El ACI 207.1 además establece límites en los materiales perjudiciales para el agregado grueso como muestra el Cuadro 1.32. . Cuadro 1.32 Tolerancias de materiales perjudiciales para el agregado grueso Material más fino que la malla N°200 0.5% Material más liviano 2.0% Terrones de arcilla 0.5% Otros materiales perjudiciales 1.0%

La gradación para que el concreto, el agregado grueso que se obtenga de la cantera deberá cumplir con los husos granulométricos presentados en el Cuadro 1.33, dependiendo del TNM (según ACI 207.1). Para la construcción de presas, se recomienda usar agregado grueso de 3 a 6” de TNM. Cuadro 1.33 Huso granulométrico del agregado grueso Porcentaje que pasa la malla establecida Tamiz (pulg)

Guijarros

7 6

100 90-100

4 3 2

20-45 0-15 0-5

1½ 1 ¾ 3/8 N4

Grueso

Medio

100 90-100 20-55

100

0-10 0-5

90-100 20-45 1-10 0-5

Fino

100 90-100 30-55 0-5

c) Agua El agua que será empleada para la elaboración de la mezcla de concreto debe ser preferiblemente agua potable para reducir la presencia de sustancias contaminantes que puedan afectar el desarrollo de la resistencia y otras propiedades del concreto. Si no hay posibilidad de usar agua potable, el agua que será destinada a la producción del concreto deberá ser analizada y que cumpla los requisitos establecidos en la norma NTP 339.088:2014 (ASTM C94).

Para el control de la elevación temperatura del concreto en los elementos encofrados de la presa, se recomienda realizar el enfriamiento del agua de la mezcla ya que es el material más práctico de reducir su temperatura. Reducir la temperatura del agua en 2°C, ayuda a reducir la temperatura de la mezcla en 0.5°C. El enfriamiento del agua reducirá la temperatura del concreto hasta en 5°C. De requerirse una reducción mayor de la temperatura, se podrá hacer uso del hielo aplicándolo en forma de nieve o escamas y siempre que este se derrita por completo en el proceso de mezclado. d) Aditivos Se debe emplear un aditivo incorporador de aire para que el concreto resista los procesos de congelamiento-deshielo. El concreto debe presentar hasta un 4.5% de aire incluido. (ACI 211.1) 1.9.4.2 Preparación d el área de trabajo Previo a la colocación del concreto sobre el área de trabajo, se deben tomar precauciones para que los efectos de la temperatura no afecten el concreto. Cuando se vaya a colocar el concreto sobre el terreno, se debe verificar si este está congelado. Si el terreno donde se va a colocar el concreto está congelado hasta una profundidad aproximada de 3 pulgadas, se debe descongelar de las siguientes maneras: ·

Aplicación directa de vapor.

·

Esparcir una capa de material caliente sobre la subrasante.

·

Remover el terreno y rellenarlo con material de reemplazo descongelado.

El encofrado de los miembros donde se colocará el concreto deberá ser metálico para permitir la liberación del calor de la mezcla. Antes de la colocación sobre las capas sucesivas, se debe verificar si hay presencia de nieve o hielo que puedan afectar al concreto. 1.9.4.3Dosificación El diseño de la mezcla del concreto deberá cumplir los siguientes requisitos según la normal ACI 211: Por las condiciones severas del ambiente y las condiciones a las que estará expuesto el concreto (sumergido en agua) la relación agua-material cementante no deberá ser más de 0.45. · El asentamiento (slump) de la mezcla de concreto debe estar en el rango de 1 ½” a 2”. · En la cantidad de agregado de la mezcla, el agregado grueso deberá estar en el rango de 70-80% del total. · Previo a cada dosificación en planta, se realizará un control del contenido de humedad del agregado para regular la cantidad de agua. ·

1.9.4.4Transporte El transporte de las mezclas de concreto para la presa estará condicionado por el tamaño nominal máximo del agregado, de las cantidades que se colocarán y de la ubicación del miembro

donde se colocará el concreto. Según el ACI 304, se pueden considerar usar los siguientes métodos de transporte: Cubas o tolvas: Ideal para la construcción de presas ya que permite una descarga limpia del concreto a diferentes capacidades (2 a 8m 3 por cuba). Se tienen que transportar haciendo uso de grúas o cable-vías directamente hacia el miembro encofrado o hacia un punto intermedio. En este caso la descarga tiene que ser controlada progresivamente. Bombas: Las bombas con el uso de las plumas telescópicas ayudan a transportar rápidamente el concreto hacia zonas de altura. Se puede considerar su uso si el Tamaño Nominal Máximo (TNM) del agregado no supera las 2”. Canalones: Cuando se tenga que colocar el concreto en puntos bajos, se hará uso de canalones. Los canalones deben ser metálicos, tendrán una sección que evite derrames y estarán fijados de tal manera que soporten el transporte del concreto en todas sus posiciones. El canalón estará fijado a una pendiente de 1V:2H, o 1V:3H para evitar problemas de segregación del concreto durante la colocación. Si el área de trabajo no permite la colocación de los canalones según las condiciones propuestas, se podrán utilizar tolvas de intercambio hasta llegar al punto de colocación. 1.9.4.5 Colocación La colocación y consolidación del concreto seguirá las condiciones establecidas en la norma ACI 207. La colocación del concreto del concreto será de tal manera que no se superen los 500 m 3 de mezcla al día. Además, la tongada o espesor de menor dimensión será de hasta de 1 m, y será colocado en capas o subtongadas de hasta 0.5 m. El vibrado interno que se utilizará para la finalización de la colocación del concreto dependerá del TNM del agregado. Si el tamaño del agregado es mayor a 4” se debe utilizar un vibrador de un diámetro de cabeza de 6”. Además, usar dos o más vibradores de este tipo permitirá consolidar de 3 m 3 a más que se haya colocado de una vez en el miembro encofrado. Cuando el tamaño del agregado es menor a 4” se puede utilizar un vibrador que tenga un diámetro menor a 6”. Permiten consolidar hasta 3 m 3 de concreto. Se utilizan para consolidar el concreto en los bordes de los miembros estructurales de la presa. Para asegurar la consolidación del concreto, el vibrador deberá penetrar hasta un máximo de 4” y un mínimo de 2”, manteniendo este en posición vertical y tomará un tiempo de hasta 1 minuto por cada metro cúbico de concreto colocado. La colocación del concreto masivo en los distintos sectores del cuerpo de la presa, será según se indica en la Figura 1.37.

1.9.4.6 Curado y protección El curado y protección del concreto se realizará de la siguiente manera de acuerdo con el ACI 306. El concreto será curado con agua de manera ligera debido a las condiciones en las que se ha colocado. Si hay presencias de bajas temperaturas (menor a 10°C) se puede curar el concreto con vapor de agua que ayudará a evitar las pérdidas de humedad además de transmitir calor a la superficie del concreto y reducir las pérdidas de calor que puedan causar agrietamiento. El concreto en bajas temperaturas debe protegerse para evitar la disipación de calor. Para esto, los miembros donde se haya colocado el concreto se cubrirán con mantas aisladoras. Las mantas aisladoras pueden ser de lona o polietileno tejido. Para aumentar la eficiencia durante las bajas temperaturas, se podrá hacer uso sistemas hidrónicos. Los sistemas hidrónicos transfieren calor a través de mangueras o tuberías sobre el terreno o el miembro cubierto. Estas mangueras transportan agua o una solución de glicol-agua.

Gráfico 18 Curva de variación del volumen acumulado de la presa con el nivel de construcción de la presa Quisco.

Figura 1.45 Vista en planta de construcción del cuerpo de la presa Quisco.

Figura 1.46 Vista frontal y en planta de la presa Quisco con la división de los 16 bloques de 15 m de ancho, y 03 bloques de 10 m de ancho (bloque

central “0” que contiene el aliviadero, y los dos bloques extremos de la presa “16” y “19”).

Figura 1.47

Diagrama de los volúmenes de colocado de concreto en los 16 Bloques (del Bloque 01 al Bloque 15, y Bloque 17) de 15 m de ancho y 03 Bloques (Bloques 00, 16 y 19) de 10 m de ancho, considerando tongada de 1 m y subtongadas de 0.50 m.

Figura 1.48 Simulación del proceso constructivo de la presa Quisco, considerando un volumen de colocado de concreto máximo de 60 m3/hr, con

tongadas de 1 m de espesor y 02 subtongadas de 0.50 m. El concreto masivo utilizado en el cuerpo de la presa: contenido de cemento de 160 kg/m3 y 160 kg/m3 en el interior del cuerpo de la presa; 240 kg/m 3 en la base de la presa y superficie externa en talud de aguas abajo de la presa; y 270 kg/m3 en el paramento de aguas arriba de la presa.

1.9.5 Fase V - Construcción de obras conexas La construcción del aliviadero escalonado se puede ejecutar conforme se ejecute el Bloque 0, pues las armaduras de acero del aliviadero escalonado deben ir empotrados dentro del cuerpo de concreto masivo del bloque. Asimismo, la poza disipadora del aliviadero es una estructura que puede ser ejecutado desde el inicio del vaciado de concreto del Bloque 0. En el caso de la estructura de la toma de fondo, el colocado del las tuberías de acero con sus anclajes de acero, y su posterior vaciado de concreto, se iniciará cuando las tongadas de concreto masivo alcancen la cota 4058 msnm en el Bloque 02. El ducto de concreto del sistema de izaje, deberá construirse una vez que el Bloque 02 haya sido terminado. La galería de inspección y drenaje se construirá según las cotas de las tongadas en los bloques lleguen a las cotas de las rasantes establecidas para cada sector y bloque de la presa. En todo caso, El Constructor deberá iniciar la ejecución de las partidas de las obras conexas de la presa Quisco, previa aprobación y autorización de la Supervisión. 2. COSTOS Y PRESUPUESTOS El presupuesto total del proyecto, ha sido calculado al mes de marzo del 2018 y considera el presupuesto requerido para la construcción de la presa Quisco. a) Costo Directo Considera el presupuesto requerido para la construcción de la presa Quisco y sus obras conexas del Proyecto “Instalación del Sistema de Riego Quisco, del Distrito de Alto Pichihua, Provincia de Espinar, Región Cusco". El Presupuesto calculado asciende a S/ 43.124.521,30 (cuarenta y tres millones ciento veinte cuatro mil quinientos veinte uno con 30/100 Soles). b) Gastos Generales Los gastos de administración directa han sido estimados en 7,52% del costo directo, que asciende a S/ 3.243.826,49 (tres millones doscientos cuarenta y tres mil ochocientos veinte seis con 49/100 ). c) Gastos Supervisión Los gastos de supervisión han sido estimados en 2,54% del costo directo, que asciende a S/ 1.093.637,86 (un millón noventa y tres mil seiscientos treinta y diste con 86/100 soles). El costo total de la infraestructura asciende al importe de S/ 47.461.985,65 (cuarenta y siete millones cuatrocientos sesenta y un mil novecientos ochenta y cinco con 65/100 Soles).

3. ANÁLISIS DE COSTOS UNITARIOS

3.1 Bases para el cálculo La determinación de los precios unitarios de cada una de las partidas, que intervienen en el proyecto, se ha realizado en base a un análisis detallado, considerando fundamentalmente lo siguiente: a) El costo de la mano de obra y sus leyes sociales correspondientes a la provincia de Espinar, donde se encuentra ubicada la obra. Se toman en cuenta factores como el tipo de trabajo. b) El costo horario de alquiler de equipos a emplear, así como su rendimiento en la zona de trabajo, costo de depreciación, operación y mantenimiento. c) Los precios de los materiales de construcción consideran el costo de adquisición, transporte, manipuleo, almacenamiento, desperdicios y/o mermas. d) Los planos de diseño. e) Las especificaciones técnicas. f) La ubicación de las canteras y áreas de préstamo de los materiales. En el Anexo 7, se muestran los análisis de costo unitario de las diferentes partidas que conforman el proyecto.

3.2 Componente de costos 3.2.1 Costo de mano de obra Para la determinación del costo de la mano de obra, se ha tenido en cuenta los siguientes conceptos: Jornal Básico. Bonificación Unificada por Construcción (BUC). Beneficios y Leyes Sociales en Construcción, que afectan al Jornal Básico.   

Para el cálculo del costo hora hombre, de las diferentes categorías (peón, oficial y operario), se ha tomado la información correspondiente al régimen de construcción civil vigente.

3.2.2 Materiales de Construcci ón En este rubro se ha determinado el costo de los materiales a emplearse en los diferentes componentes de obra, y corresponde a los precios vigentes en la zona del estudio, al 31 de julio del 2017, para lo cual se ha tomado en cuenta lo siguiente: a. La unidad del costo de los materiales es en Soles (S/.) b. El costo de adquisición en fábrica y/o centros de abastecimiento. c. El costo del transporte, desde el lugar de procedencia hasta la zona de trabajo. Los fletes han sido establecidos de acuerdo a precios de mercado. d. El costo del manipuleo y para algunos materiales, el costo de la merma o pérdida se ha considerado como un porcentaje. Estos costos, han sido determinados en base a cotizaciones, e información de los correspondientes internacionales, nacionales, y proveedores de la zona, y están referidos al mes de julio del presente año. Aquellos costos no cotizados, han sido tomados de revistas especializadas considerando el flete correspondiente.

3.2.3 Alquiler horario de equipo

Expediente Técnico de Presa Quisco

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