proyecto final

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES PROYECTO DE CURSO FACULTAD DE INGENIERÍA DISEÑO PRESA DE TACAGUA

CAPITULO 1 1. INTRODUCCION En ingeniería se denomina presa o represa a un muro grueso de piedra u otro material, como hormigón; material suelto o granular, colocada transversalmente aun rió que tiene el propósito de regular el caudal, para su aprovechamiento de distintos propósitos, por ejemplo dotar de riego o de agua potable, como también producir energía eléctrica. El embalse es el lago artificial que se forma detrás de una represa. En este proyecto se desarrollaran los pasos para diseñar una Presa Ubicada la Localidad de Tacagua, entre Potosí y Oruro.

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2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION 2.1.

ANTECEDENTES

Una presa es una barrera artificial que se construye en algunos ríos para embalsarlos y retener su caudal. Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río en un sitio determinado, lo que permite generar electricidad, regular el agua y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para actividades recreativas. Muchas presas desempeñan varias de estas funciones. Una presa puede ser fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río, arroyo o canal con la finalidad de contener el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas. Otra función de algunas presas es contener las avenidas producidas por lluvias torrenciales que podrían inundar áreas rurales o agrícolas aguas abajo. El principio básico es construir una estructura satisfactoria y funcional a bajo costo. Se debe dar una notable consideración para el mantenimiento, para que el costo inicial de construcción no resulte excesivo. 2.2.

JUSTIFICACION

La necesidad de la ejecución de presas de tierra en nuestro país es bastante grande para poder aprovechar los recursos hídricos provenientes de las precipitaciones pluviales en época lluviosa en la época seca. De esta manera, las presas garantizan suministros constantes a lo largo de todo el año, sea cual fuere el fin para el que fueron proyectadas. Las presas permiten por lo tanto, optimizar el uso de los recursos hídricos disponibles a lo largo del año, además, a diferencia de otras obras civiles tales como edificios u otros de esa índole, las presas cumplen una función eminentemente social pues sirven y satisfacen las necesidades de poblaciones enteras.

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CAPITULO 3 3. OBJETIVOS 3.1.

OBJETIVOS GENERALES  El objetivo que tendrá el presente proyecto es realizar el diseño de una presa de tierra para satisfacer las necesidades de riego de una población, aplicando los criterios necesarios para este fin.

3.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Aprender a procesar los datos hidrológicos, interpretarlos y aplicarlos.  Determinar la geometría de la Presa (alturas H1, H2, H3, y H4).  Dimensionar el canal y la bocatoma a partir de los datos de la geometría de la cuenca.

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CAPITULO 4 4. DISEÑO DE LA PRESA 4.1.

INFORMACIÓN BÁSICA Presa de Tacagua se constituye en el motor del desarrollo de comunidades adyacentes la misma.

En el territorio de la Provincia Eduardo Avaroa nace el río PILCOMAYO afluente de cuenca del Plata, existen también vertientes y ríos de tipo temporal: los ríos de Huancane, Ancacato, Juchuama, Pucara, Crucero y Azanaquez y los ríos permanentes están ubicados en la planicie al Norte de la Ciudad de Challapata, el río Huchusuma, Peñas y Tacagua. 4.1.1. Alcance y ubicación del proyecto. Ubicación Geográfica Se encuentra ubicada en el Municipio de Challapata, ubicado en la provincia Avaroa del Departamento de Oruro, a 124 Km al sudeste de la ciudad de Oruro. Latitud y Longitud Geográficamente el Municipio de Challapata esta ubicada entre las coordenadas: • 66°41’ latitud sur. Página | 4


• 66°53’ longitud oeste. Límites Territoriales El Municipio de Challapata limita al norte con la Provincia Poopó, al sur con la Provincia Sebastián Pagador, al este con el departamento de Potosí y al oeste con la Provincia Sur Carangas (lago Poopó). Extensión Challapata comprende la primera sección Municipal de la provincia Avaroa con una superficie aproximada de 3.014 Km2, de un total de 4.015 Km2 que corresponde a la Provincia Avaroa. Alcances En materia de agua, se encuentra el Sistema de Riego No. 2 REPRESA TACAGUA, obra que fue concluida en 1.954 por la Empresa COMBO de México, financiado por el Ministerio de Agricultura, que dio grandes connotaciones de desarrollo pecuario, inicialmente fue diseñada para 57 Millones de metros cúbicos de agua y se riega actualmente 4.400 hectáreas de terreno en las proximidades de Challapata. Actualmente, esta represa se encuentra Administrada por la Directiva de los Usuarios Regantes. 4.1.2. Hidrología El recurso hídrico más importante proviene de dos fuentes; el río Huchusuma que delimita la zona central y norte, cuyo caudal en época de estiaje es de aproximadamente 40 lt/seg., con un pH ligeramente salino, cuyas aguas son aprovechadas para riego de cultivos y consumo del ganado; y el río Tacagua que en época de estiaje su cauce es mínimo, porque sus aguas se retienen en la represa, aguas utilizadas para el riego de la pampa. Otra fuente de agua es el Lago Poopó aunque su uso agrícola es nulo. Por otra parte, en la zona existe el sistema de riego N°2 Tacagua, la segunda más grande e importante del país, cuyo estudio, diseño y la construcción se efectúo entre 1957 y 1961, inicialmente fue diseñada para una capacidad de 37 millones de metro cúbicos, en la actualidad sólo se almacenan 26 millones de metro cúbicos, Página | 5


constituyendo una obra de riego de gran magnitud con fines agrícolas; cuyo objetivo principal, fue la introducción de variedades de trigo blando. Sin embargo, con el tiempo se observa el cambio de actitud de los usuarios y se inicia la siembra de forrajes introducidos como la alfalfa, cebada y avena, para la alimentación del ganado bovino y ovino. Durante el tiempo de servicio del sistema, las acciones destinadas a garantizar la sostenibilidad han sido muy limitadas, el deterioro de la infraestructura luego de más de 35 años de operación muestran la urgente necesidad de tomar medidas de rehabilitación y el drenaje respectivo de los sedimentos del sistema en su conjunto (vaso y los canales de distribución). Precipitaciones pluviales Según datos obtenidos de la estación meteorológica de Tacagua, en el Municipio de Challapata se registra una precipitación pluvial promedio de 312,5mm/año. RESUMEN DE PRECIPITACIONES PLUVIALES

MESES Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem bre Octubre Noviemb re Diciembr e PROMED IO TOTAL

HUMEDA DIAS EVAPORACI DIAS PRECIPITACI PRECIPITACI D CON ON TOTAL CON ON mm ON Hrs. RELATIVA HELAD (mm) LLUVIA (%) AS 114,2 51,49 96,1 2,4 12,6 20,5 38,1 49 133,6 3,2 8,2 14,25 36,6 47,5 152,2 6,8 4,8 11,15 7,8 40,8 143,8 13,8 1,4 5,5 1,1 42,3 111,7 23,8 0,4 0 8,6 39,8 96,6 23 0,8 0 0 27,3 71,7 27,8 0 0 0 24 91,1 26,3 0,3 1,25 0,4 18,7

23,5 20,5

110,5 114,1

15 8,3

0,8 3

1,15 3,15

34

25

105,7

5,3

4,3

11,9

53

30,5

96,1

2,8

8

21,5

35,1

7,5

312,5

158,5

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44,6


Fuente: SENAMHI-CORDEOR. 1990-1997 Los pobladores del Municipio de Challapata se caracterizan por la dedicación a las actividades agrícola y pecuaria, la región climatológicamente corresponde a puna árida y semiárida. La precipitación anual en los últimos años según datos obtenidos de la estación meteorológica de Tacagua se registra entre 0 y 114,2 mm/año. La mayor precipitación está comprendida entre los meses de diciembre y febrero. Entre los meses de abril a octubre comprende un periodo de estiaje, totalizando a un equivalente de 44,5 días con lluvia al año.

4.1.3. Geología. Descripción Fisiográfica De acuerdo a la macro región ecológica la zona se caracteriza porque su territorio se encuentra en la región Alto Andina, fisiográficamente es un extensa planicie endóreica interrumpida por la Cordillera Oriental de los Azanaques y serranías de poca altitud.

Relieve El Municipio de Challapata presenta un relieve semi-accidentado, encontrándose en su territorio la serranía del altiplano central, que se extiende en dirección de norte a sur, esta sección se caracteriza por tener una vegetación diversa encontrándose la Th’ola, paja Brava, Página | 7


paja Huaylla, Chillca, Yareta, Queñua, Ayrampu, Taratara, Sewenka y otras especies nativas. Topografía El Municipio de Challapata tiene características topográficas de relieve plano, de suelos arcillosos con pendientes de 2 a 3% alcanzando un máximo de 7% en las faldas de los cerros. El Distrito Indígena de Qaqachaka tiene una topografía accidentada con pendientes que varían entre 45% a 60%, y los Distritos Indígenas de K’ulta y Norte Condo presentan características de terreno escasamente accidentado. El Municipio de Challapata ubicado en la región del altiplano central caracterizado por tener clima frígido y seco con temperaturas variables en diferentes estaciones del año. Temperatura Máxima y Mínima El Municipio de Challapata registra las siguientes temperaturas: • Temperatura media anual 8.5°C • Temperatura mínima promedio entre 5.9°C y –6.7 • Temperatura máxima extrema entre 17.0ºC y 23.9°C • Temperatura mínima extrema entre 1.8ºC y –11.20ºC Suelo El suelo en esta región no presenta ningún tipo de contaminación directa, el uso de fertilizantes es mínimo, por tanto los suelos aptos para la agricultura. Topográficamente la zona presenta una planicie con ligera pendiente de 1 a 3% hacia el este, hasta las laderas de la cordillera Azanaque, cuyos cerros tienen gran pendiente. La planicie de Challapata tiene una cobertura vegetal predominada por plantas invasoras, xerofíticas, tholares, pajonales y gramadales, propia de suelos salinos y arcillosos. Los suelos de la zona de Challapata presentan una formación de tipo coluvial y aluvial, consideradas como suelos profundos, presentando una textura areno-limoso y en gran parte arcilloso (suelos pesados). El pH de los suelos es de neutro a ligeramente ácido. Página | 8


Aire El aire en la región, no presenta ningún grado de contaminación, pues no se presentan reportes de enfermedades por esta causa, si bien existe contaminación por los vientos y la quema de especies forestales, no representan riesgos para la salud.

En el área rural del Municipio existen fuentes de agua que contribuyen al mejoramiento de la producción, aunque algunas fuentes no están siendo aprovechadas adecuadamente, esta agua proviene en su generalidad de ríos temporales y en menor cantidad de vertientes, cuyas fuentes están libres de contaminación. Precipitaciones Pluviales Según datos obtenidos de la estación meteorológica de Tacagua, en el Municipio de Challapata se registra una precipitación pluvial promedio de 312,5mm/año. Inclemencias Entre los fenómenos naturales negativos que afectan a las personas, al ganado y a los cultivos son: • Las descargas eléctricas (rayos), se presentan durante la época lluviosa, causando zozobra y muerte en los animales y la población. • Heladas, son las que inciden notablemente en el rendimiento de los cultivos, se presentan con mayor frecuencia y rigor en: o 30 de noviembre (San Andrés) o 4 de diciembre (Santa Bárbara) o 25 de diciembre (Navidad) Página | 9


o 6 de enero (Reyes) o 24 de enero (San Sebastián) o 2 de febrero (Candelaria) Grado de Erosión La erosión es un problema en las zonas con escasez de cobertura vegetal, ocasionada por diversos factores: sobre pastoreo, lluvias torrenciales y vientos recios en algunas épocas del año, con la consecuente pérdida de la capa arable.

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4.2.

ANÁLISIS DE LA DEMANDA ASI COMO LA DE LA OFERTA

 DEMANDA DE AGUA MENSUAL

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 DEMANDA DE CAUDALES DE AGUA

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4.3.

BALANCE OFERTA – DEMANDA A continuación se procederá a realizar la gráfica correspondiente de la Oferta vs. Demanda.

MAR

Oferta 2895264 0 2205792 0 1552608 0

ABR

6454080

MAY

3058560

JUN

1451520

JUL

777600

AGO

388800

SEP

466560

OCT

311040

NOV

1088640

DIC

6920640

ENE FEB

Deman da 229026 40 160079 20 141260 80 139074 7 200477 3 361181 3 428573 3 467453 3 459677 3 635229 3 929469 3 346269 3

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Cálculo de la altura de la presa

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Con ayuda de la gráfica pudimos obtener la cota de la altura H2 ya que obtuvimos la ecuación de la gráfica donde tenemos el NAME, por lo tanto tenemos: y = -6E-15x2 + 5E-07x + 3744

H1= Calculo de volumen muerto Para nuestro proyecto se utilizó el método de estimación en cuanto al volumen muerto o volumen de sedimentos. Su objetivo en las presas es de almacenar los sedimentos que son arrastrados por las aguas que se almacenan en el embalse y al pasar por el regulador de caudal o presa, esta agua llevan consigo partículas pequeñas llamadas sedimentos. La ausencia de información se traduce en la dificultad para decidir sobre la factibilidad de un proyecto, especialmente cuando depende de la apreciación correcta del acarreo de sedimentos al embalse. Dato estimado del proyecto H1=2.24 m. Correspondiendo a un volumen de 1.6 MMC. H2= Cálculo del volumen Útil Página | 15


·

· · ·

Para determinar el volumen útil del embalse se consideran los siguientes criterios: · Se busca tener el embalse lleno la mayor parte del año. · La operación del embalse se inicia considerándolo lleno al inicio del ciclo. · El embalse se considera lleno cuando el volumen de almacenamiento es cero y desocupado para un volumen igual al máximo valor absoluto. · Rebose solo se presenta cuando el embalse está lleno y cuando el volumen que entra al embalse sea mayor que el volumen que sale del embalse. Al finalizar la operación del embalse se debe chequear que el almacenamiento al final de la operación sea igual al almacenamiento al inicio de la operación. Este implica que se siga con la operación del embalse hasta que logre el ajuste. El volumen útil requerido es el mayor valor absoluto de la operación del embalse. El período crítico es el número de períodos de tiempo desde que el embalse está lleno hasta que se desocupa. La operación del embalse se puede hacer para períodos semanales, mensuales, anuales, o multianuales, con la limitación de que los aportes medios del río al embalse en un período dado deben superar la demanda media en el mismo período. Para el proyecto el cálculo del volumen útil se encara desde el análisis de la demanda de agua para riego para diferentes cultivos, como ser papa, cebolla, haba, zanahoria y alfalfa. Volumen déficit = Volumen útil Cota correspondiente al volumen útil NNE (Nivel normal de Aguas) o también llamado NAMO (Nivel de aguas máximas operacionales) El volumen útil= 38 MMC Para esta altura realizamos la diferencia de la cota correspondiente a esta altura de 3754.35m.s.n.m. y el mínimo de las elevaciones; por lo tanto nuestra altura es de: H2=11.35 m. H3= Cálculo del volumen de regulación de crecidas Nivel forzado de agua (NFE): se presenta temporalmente durante la creciente de los ríos dando lugar al volumen forzado del embalse, el cual puede ser

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usado en algunos casos, pero por lo general es evacuado rápidamente por medio del vertedor de demasías o rebosadero o aliviadero. El volumen de regulación de crecidas se calcula a partir de un análisis hidrológico, con datos históricos de precipitaciones de manera indirecta con lluvias máximas según curvas de intensidad, duración y frecuencia, generando hidrogramas de crecidas, determinando así el tiempo de concentración en función de la longitud del río y la altura o nivel de crecida. Para el proyecto se designó una altura de regulación de crecidas de H3 = 0.65 m. H4= Cálculo del bordo libre Para esta altura se utiliza el criterio de Stebenson donde la ecuación para este criterio es el siguiente:

H o  0.76  0.34 * ( L) 0.5  0.26 * ( L)1/ 4

Los datos a utilizar son los que se muestran a continuación:

La velocidad de la ola se determina de la siguiente forma:

V ola =1.2+2∗H O V ola =2.92 m/s Finalmente, tenemos:

H O=0.86 m. Entonces para la altura 4 se utiliza la siguiente ecuación:

V OLA 2 H 4 =0.75∗H O + 2∗g H4 = 1.08 m La altura adopta es de H4 = 1.10 m. Página | 17


La altura total es la sumatoria de las tres alturas que viene a ser: HT = 15.34 m

4.4.

CARACTERÍSTICAS DE LA PRESA

4.5.

ANALISIS DE FILTRACIÓN

4.6.

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

4.7.

DISEÑO DE OBRA DE TOMA

4.8.

DISEÑO DE VERTEDERO

5. METODOLOGIA DE CONSTRUCCIÓN 6. PRESUPUESTO 7. CRONOGRAMA

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8. FICHA AMBIENTAL

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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Al finalizar el proyecto concerniente al diseño de una presa de tierra, podemos llegar a las siguientes conclusiones:  Las presas deben tener un estudio minucioso de toda índole, tanto técnico como social y económico para llevar a cabo su realización, esto debido a la gran magnitud de obra de la que se está hablando. 

Una de las obras civiles que más repercusión tiene sobre el medio ambiente es la ejecución de presas de cualquier tipo, por esto es imprescindible un estudio de impacto ambiental y ver como se minimizarán los daños realizados al medio ambiente.



El análisis de la demanda es importante ya que de ahí saldrá el volumen que se necesita embalsar e implícitamente el área que se deberá inundar y la altura de represa que se necesitará para poder satisfacer a este volumen.



El análisis de la estabilidad de taludes es tal vez el más arduo que se hace en el momento de hacer las verificaciones concernientes a una presa, puesto que habrá que buscar diversos planos de falla y calcular su factor de seguridad correspondiente hasta encontrar uno que sea adecuado.



El solo hecho de aumentar la altura una pequeña magnitud, genera un área de embalse mucho mayor, y por lo tanto el impacto ambiental es también superior. De esta manera, el análisis de la altura de la presa debe ser cuidadoso y minucioso ya que el costo que tendrá es bastante elevado.

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