memoria descriptiva-presa callazas

ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION

DEL RIO CALLAZAS Informe Final

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADMICO DE HIDRULICA E HIDROLOGA

VOLUMEN I

MEMORIA DESCRIPTIVA






INDICE

RESUMEN EJECUTIVO 4

Objetivos del Estudio 4

Marco Geolgico 4

Recursos Hdricos 5

Evaluacin de Alternativas 6

Recomendaciones 6

1. INTRODUCCION 8

1.1. Antecedentes 8

1.2. Objetivos y Alcances 9

1.3. Conclusiones y Recomendaciones 10

2. INFORMACIN BSICA DEL PROYECTO 12

2.1. Ubicacin del Proyecto 12

2.2. Vas de Comunicacin 12

2.3. Topografa 13

2.4. Recursos Hdricos 14

2.4.1 Disponibilidad Hdrica 14

2.4.2 Volumen de Sedimentos 20

2.4.3 Avenidas 23






2.4.4 Calidad de Agua 28

2.5. Geologa 32

2.5.1 Geologa Regional 32

2.5.2 Geologa Local de los Ejes de Presa 34

2.5.3 Geologa Local de los Vasos de Almacenamiento 37

2.6. Geotecnia 45

2.6.1 Estudios Geotcnicos 45

2.6.2 Estudios Geofsicos 46

2.6.3 Estudios de Canteras 47

2.6.4 Ensayos y Resultados 50

2.6.5 Sismicidad 52

3. DESCRIPCIN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS 54

4. DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Y OBRAS CONEXAS 56

4.1. Alternativa 1: Presa nica 56

4.2. Alternativa 2: Presas en Serie 57

4.3. Tipos de Presas Estudiadas 58

4.4. Desvo de las Aguas de las Quebradas Azufre Grande y Chico 62

5. EVALUACIN DE ALTERNATIVAS 64

6. TIEMPO DE EJECUCIN DE OBRAS 66






RESUMEN EJECUTIVO

OBJETIVOS DEL ESTUDIO

El presente estudio a nivel de prefactibilidad analiza las posibilidades de regulacin

de las aguas del ro Callazas, aguas arriba de la bocatoma Coranchay, con fines de

aprovechamiento en el Sub Distrito de Riego Candarave, ubicado en la Provincia de

Candarave, Regin Tacna.

Los objetivos especficos del estudio, dentro del contexto general del desarrollo

socioeconmico, estn orientados a los siguientes propsitos:

Determinacin de la disponibilidad del recurso hdrico.

Identificacin y evaluacin geolgica geotcnica de los posibles ejes de presa y

sus vasos de almacenamiento.

Investigacin preliminar de la calidad del agua en el mbito del proyecto.

Formulacin de alternativas de ingeniera y desarrollo de diseos preliminares de

ingeniera de los sistemas hidrulicos propuestos.

Evaluacin tcnica econmica de las alternativas formuladas.

MARCO GEOLGICO

La caracterstica litolgica de la regin est constituida en mayor proporcin por

rocas clsticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la formacin

Capillune ubicadas en la zona inferior, media y superior del valle.






En menor proporcin se presentan afloramientos de depsitos de derrames

volcnicos y piroclstos andesiticos y traquiticos de la Formacin Barroso con una

edad Plio-Pleistocena que es la denominada unidad fisiogrfica de la cadena

volcnica del sur de los andes, destacndose en ella los volcanes Tutupaca y

Yucamane.

Adems de la condicin volcnica de la regin, tambin es notable la caracterstica

ssmica que se presenta en ella.

RECURSOS HDRICOS

La disponibilidad de los recursos hdricos de la cuenca del ro Callazas, aguas arriba

de la bocatoma Coranchay, presentan condiciones favorables para satisfacer los

requerimientos de riego de la poblacin objetivo del proyecto.

El flujo medio anual del ro Callazas, referido a la subcuenca de la bocatoma

Coranchay, es 1.86 m3/s el cul representa un volumen de aporte anual de 58.7

MMC, mayormente concentrado en los meses de lluvias, notndose que el valor

medio del caudal en la poca de estiaje es 1.3 m3/s.

Los flujos de la subcuenca del Eje N 5, propuesta como Alternativa N 1, estn en

proporcin de 65 y 85 % en relacin a los flujos en la seccin Coranchay para los

perodos de avenidas y estiaje respectivamente.






EVALUACIN DE ALTERNATIVAS

Se formularon y evaluaron 2 alternativas:

Alternativa 1: Presa nica ubicada en el Eje N 5, con capacidad de almacenamiento

til de 10 MMC.

Alternativa 2: Presas en serie ubicadas en los Ejes N 1 (Coranchay) y N 5, con

capacidad de almacenamiento til conjunto de 10 MMC.

La evaluacin tcnica econmica de las alternativas concluye que la mejor opcin

corresponde a la Alternativa N 1consistente en una Presa Mixta con ncleo

impermeable.

El embalse propuesto de 10 MMC de capacidad permitir un caudal regulado de 2.0

m3/s, lo que significa un 54 % de incremento respecto al caudal medio anual de 1.3

m3/s.

RECOMENDACIONES

Desarrollar un mayor nivel de investigacin en los estudios de factibilidad, con

especial inters en las condiciones de cimentacin profunda y permeabilidad

en los ejes de presa y los vasos respectivos de las 2 alternativas formuladas.

Actualizar la data ssmica e instalar acelermetros con registros digitales en

puntos estratgicos que permitan una mejor comprensin de la sismicidad en

el entorno geogrfico.

Desarrollar un programa de aforos de caudales, sedimentos y monitoreo de

calidad de agua a lo largo del ro Callazas y sus principales afluentes.






Recopilar una mayor informacin de variables de costos y productividad

agrcola con datos reales del rea del proyecto por medio de encuestas de

campo.






1. INTRODUCCION

La provincia de Candarave ubicada en la Regin Tacna, marco geogrfico general del

rea del estudio, sostiene su economa principalmente en la actividad agrcola,

complementndose sta con la ganadera. La agricultura en esta provincia an no ha

logrado el suficiente desarrollo que le permita mejorar los estndares de vida en la

poblacin; para lograr este preciado objetivo se requiere efectuar proyectos de inversin

que cristalicen este ansiado anhelo de los moradores del lugar.

Siendo que los objetivos trazados estn estrechamente relacionados con el manejo del

recurso hdrico, el Estudio de Pre Factibilidad de Regulacin del Ro Callazas

busca definir la VIABILIDAD TECNICA-ECONOMICA de una presa reguladora

estacional que permita alcanzar dicho fin.

Este estudio se sustenta en el anlisis de las alternativas identificadas, en concordancia

con la realizacin de los estudios bsicos desarrollados de acuerdo a las

consideraciones de capacidad del almacenamiento, caractersticas morfolgicas,

geolgicas, y geotcnicas del entorno geogrfico en complementacin con la calidad

del agua disponible.

El presente trabajo es por lo tanto uno de los planteamientos encaminados a satisfacer

las demandas hdricas de los sectores de riego de Candarave, Cairani, Quilahuani y

Huanuara , que comprende 3,099 Has de cultivo, y actualmente son servidos por la

bocatoma de Coranchay.

1.1. ANTECEDENTES

La zona del proyecto presenta como antecedente de trascendental importancia, los

estudios desarrollados por el Proyecto Especial Tacna (PET) en diciembre de 1993,

y que constituyen el documento denominado "Proyecto Candarave.

Reordenamiento de Riego y Plan de Desarrollo. Revisin del Proyecto y Evaluacin

Econmica ".






1.2. OBJETIVOS Y ALCANCES

El objetivo del presente estudio comprende la determinacin del recurso hdrico

disponible en el ro Callazas para su regulacin, con la finalidad de plantear

alternativas que permitan la ubicacin y seleccin del tipo de presa y obras

conexas, que garanticen su funcionamiento y operatividad.

El Estudio de Pre Factibilidad de Regulacin del Ro Callazas cubre los siguientes

aspectos importantes:

a) Determinacin del recurso hdrico disponible.

b) Ubicacin y seleccin de ejes de presa con sus respectivos vasos de

almacenamiento.

c) Mapeo de la geologa estructural de los ejes de presa y sus respectivos

vasos, identificndose zonas de estanqueidad, estabilidad de taludes, y

respuesta a condiciones de saturacin prolongada.

d) Anlisis de las prospecciones geofsicas estudiadas.

e) Anlisis de calidad de agua en las alternativas propuestas.

f) Desarrollo de los diseos preliminares a nivel de pre factibilidad, y estimacin

de costos de las presas alternativas y obras conexas.

g) Evaluacin econmica de las alternativas para diferentes tipos de presas

propuestas.

En correspondencia a la naturaleza de los estudios de pre-factibilidad, los alcances

del presente trabajo son de carcter preliminar, los mismos que deben ser

complementados con un mayor nivel de investigaciones en las etapas posteriores

de los estudios del proyecto.






1.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

De acuerdo a la evaluacin efectuada en el presente Estudio de Prefactibilidad de

Regulacin del Ro Callazas, se concluye lo siguiente:

El desarrollo socio-econmico de la zona, objeto del estudio, est relacionado

con impulsar la agricultura y ganadera local, lo que alienta al mejor manejo de

los recursos hdricos disponibles del ro Callazas con fines de su regulacin.

La disponibilidad hdrica del ro Callazas y las condiciones geolgicas

geotcnicas del entorno indican la posibilidad de su regulacin hasta un

volumen de almacenamiento til de 10 MMC.

Los factores geolgicos geotcnicos relacionados a la caracterstica ssmica y

volcnica del rea del estudio no indican al presente una amenaza activa a la

viabilidad del proyecto.

Las canteras de materiales de construccin identificadas en las cercanas al

rea del proyecto, a pesar de presentar ciertas caractersticas desfavorables a

su durabilidad, se consideran aceptables para su utilizacin por las propiedades

fsicas que presentan y la suficiente disponibilidad volumtrica.

El Estudio de Prefactibilidad de la Regulacin del Ro Callazas, presenta como

mejor opcin la Alternativa N 1: Presa Mixta de Enrocado con Ncleo

Impermeable emplazada en el Eje N 5 con volumen til de 10 MMC.






RECOMENDACIONES

En otro aspecto, tomando en consideracin los factores naturales y la evaluacin

efectuada en el presente estudio, se presentan las siguientes recomendaciones:

Desarrollar un mayor nivel de investigacin geolgica geotcnica, por medio de

perforaciones y una mayor densidad de prospecciones geofsicas, para lograr la

adecuada caracterizacin de los estratos y las condiciones de cimentacin

profunda en los ejes de presa y los vasos respectivos de las 2 alternativas

formuladas.

Investigar con pruebas especiales de campo las condiciones de permeabilidad

de los vasos de almacenamiento y los ejes de presa de cada alternativa

propuesta.

Actualizar la data ssmica e instalar acelermetros con registros digitales en

puntos estratgicos que permitan una mejor comprensin de la sismicidad en el

entorno geogrfico.

Desarrollar un programa de aforos de caudales y sedimentos a lo largo del ro

Callazas y sus principales afluentes, en secciones estratgicas relacionadas a

las alternativas formuladas, durante diferentes pocas del ao, especialmente

en das lluviosos.

Monitorear la calidad del agua, en diferentes pocas del ao, en los puntos de

inters al planteamiento de los embalses reguladores, donde se detectaron

parmetros fsico-qumicos cercanos a los lmites tolerables, con el propsito de

investigar el efecto de dilucin de los contaminantes.

Recopilar una mayor informacin de variables de costos y productividad

agrcola con datos reales del rea del proyecto por medio de encuestas de

campo.






2. INFORMACIN BSICA DEL PROYECTO

2.1. UBICACIN DEL PROYECTO

La zona materia del estudio se ubica polticamente en la regin Tacna, Provincia de

Candarave.

Geogrficamente el rea del estudio se encuentra comprendida en el cuadrngulo

delimitado por las coordenadas 16 50- 17 10 de Latitud Sur y 70 08 - 70 20

de Longitud Oeste; y la cuenca se desarrolla altitudinalmente entre las cotas 4,275

y 4,800 msnm.

2.2. VAS DE COMUNICACIN

La zona de estudio cuenta con vas de comunicacin principalmente terrestre, que

permiten el desplazamiento y accesibilidad en la mayora de su recorrido.

La principal accesibilidad hacia la zona se efecta siguiendo el recorrido descrito a

continuacin:

Partiendo desde Lima hacia la ciudad de Tacna por va area, o la va

terrestre a travs de la Carretera Panamericana Sur.

A partir de Tacna, seguir el recorrido terrestre hacia la ciudad de

Candarave, a travs de la Carretera Tacna - Tarata - Candarave, que es un

camino principalmente afirmado y con duracin de viaje aproximado de 5

horas.

El rea del proyecto cuenta con medios de comunicacin bsica, como una

estacin radial con frecuencia modulada, servicios de telefona fija y correo

terrestre.






2.3. TOPOGRAFA

Despus de un diagnstico bsico de la zona del proyecto a partir de la informacin

existente, como la carta nacional, fotografas areas, imgenes satelitales, y

registros de variables hidrometeorolgicas, se procedi a hacer una evaluacin

inicial de campo con el fin de identificar preliminarmente las zonas adecuadas para

el almacenamiento de las aguas del ro Callazas.

Como resultado de esta actividad se identificaron seis posibles zonas de ubicacin

de ejes de presa, los cuales se muestran en el Plano IA-01 en el Anexo E del

Volumen IV y cuyas coordenadas de ubicacin se presentan a continuacin.

CUADRO N 2.1

ZONAS DE POSIBLE UBICACIN DE EJES DE PRESA

Ejes

Margen Izquierda Margen Derecha

Norte Este Altitud

( msnm ) Norte Este

Altitud

( msnm )

Eje 1 8107303.955 363044.625 4082.988 8107271.000 362770.000 4100.000

Eje 2 8107769.001 363047.563 4095.750 8107782.448 362832.170 4096.672

Eje 3 8108215.811 363038.028 4100.060 8108210.298 362880.072 4113.403

Eje 3 A 8109879.348 363501.136 4282.981 8110300.708 363010.508 4280.237

Eje 4 8113255.608 365054.936 4316.796 8113172.944 364741.716 4304.419

Eje 5 8114435.371 364887.695 4298.970 8114382.396 364648.507 4298.860

En estos seis ejes se efectuaron los correspondientes trabajos de las

especialidades comprometidas en el proyecto como son topografa, geologa,

geotecnia, hidrologa e hidrulica.






Los trabajos de campo de la topografa se adecuaron a las caractersticas del

terreno y a las necesidades del proyecto, trazndose 2 poligonales cerradas,

enlazadas con una poligonal abierta, y el control planimtrico de las poligonales se

realiz mediante trilateraciones.

En cada eje identificado se hizo el levantamiento del vaso de almacenamiento

correspondiente para una altura de presa de 50 m en promedio, cubriendo reas

suficientes para la ubicacin de las obras temporales, auxiliares o complementarias

a la estructura de la presa.

Como resultados de estos estudios se concluye que las zonas ms adecuadas para

la construccin de una presa de almacenamiento son los Ejes N 1 y 5. Sobre la

base de estos dos ejes se han formulado dos alternativas de almacenamiento que

son el resultado del estudio de prefactibilidad.

2.4. RECURSOS HDRICOS

2.4.1 DISPONIBILIDAD HDRICA

La evaluacin de los recursos hdricos se orient a los siguientes objetivos:

Evaluacin de las variables hidrolgicas que sirven como elementos de

comparacin de las alternativas formuladas: flujos del ro Callazas y sus

tributarios importantes, volmenes tiles, volmenes de sedimentacin,

caudales pico de avenidas, y calidad de agua.

Determinacin de las magnitudes de diseo de los volmenes muertos, flujos

pico laminados, e ndices de funcionamiento.

Previo al empleo de la informacin hidrolgica, se efectu el anlisis de

tendencias en las series histricas de las 5 estaciones disponibles, Coranchay

y Vilacota de tipo hidromtrica, y Tacalaya, Suches y Candarave de tipo

pluviomtrica.






El anlisis visual de las series de tiempo presentan una aparente tendencia

decreciente en algunas de las estaciones investigadas; sin embargo, las

pruebas estadsticas a las que se sometieron descartan tal fenmeno

En base a los registros pluviomtricos de las estaciones Suches y Tacalaya,

consideradas las ms representativas por la compatibilidad altitudinal, se

hicieron las estimaciones de las precipitaciones medias sobre las cuencas de

inters, definidas por la ubicacin de los ejes de las alternativas propuestas, los

valores obtenidos se muestran en el cuadro a continuacin.

CUADRO N 2.2

CUENCA ALTA DEL RO CALLAZAS

PRECIPITACIONES MEDIAS

Lmite de Subcuenca Precipitacin media anual

(mm)

Eje N 1 421

Eje N 3 A 419

Eje N 5 417

La relativa uniformidad de las precipitaciones medias anuales en cada

subcuenca de los ejes alternativos, permite suponer que la extrapolacin de las

magnitudes de las descargas en la seccin de dichos ejes a partir de los

registros de la estacin Coranchay, guardan proporcionalidad a la relacin de

las superficies de las subcuencas correspondientes.

Para la estimacin de los flujos en las Quebradas Azufre Grande y Azufre

Chico se aplica el mismo criterio de proporcionalidad de reas para la

escorrenta directa, y en proporcin a los aforos en estiaje para definir los flujos

en estiaje o caudal base. El cuadro siguiente presenta la estimacin de los

flujos en dichas quebradas.

CUADRO N 2.3

CAUDALES TPICOS MENSUALES






QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO

Quebrada Azufre Grande Quebrada Azufre Chico

Mes Promedio

(l/s)

Mximo

(l/s)

Mnimo

(l/s)

Promedio

(l/s)

Mximo

(l/s)

Mnimo

(l/s)

Enero 70 169 36 42 116 18

Febrero 94 221 35 65 165 17

Marzo 93 318 39 64 259 19

Abril 63 127 38 36 75 18

Mayo 53 99 38 26 48 18

Junio 49 78 36 24 38 18

Julio 49 103 36 24 51 18

Agosto 48 79 35 23 38 17

Septiembre 48 75 34 23 36 17

Octubre 47 69 35 23 33 17

Noviembre 48 70 34 23 34 17

Diciembre 53 87 38 26 42 18

Analizando los aforos en las quebradas Azufre Grande y Azufre Chico, ambas

de reas similares, se observa que la relacin de flujos de estiaje (caudal base)

es de 2:1 para Azufre Grande; este efecto se explica por la mayor intercepcin

de los flujos subsuperficiales que corren de Norte a Sur y se encuentran

primero con el curso de la quebrada Azufre Grande.

La coincidencia del Eje N 1 con el emplazamiento de la estacin limnigrfica

Coranchay, analizando los datos del volumen medio anual, permite la

estimacin del coeficiente de escorrenta medio de la cuenca equivalente a

0.33.






Con los registros histricos de la estacin Coranchay, se elabor los

hidrogramas tpicos de los caudales mensuales medios, mximos y mnimos

que se presentan en la Figura 2.1.

CAUDALES MENSUALES

Medios, Mximos y Mnimos histricos (l/s)

Estacin Coranchay - Ro Callazas

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

9,000

10,000

11,000

12,000

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

MES

CA

UD

AL

(l/

s)

PROMEDIO

Maximo

Minimo

Figura 2.1

Los aportes volumtricos anuales del ro Callazas, en la estacin Coranchay,

fluctan de 40 a 107 MMC, con una media de 58.7 MMC.

Del estudio de los caudales, referidos a la estacin Coranchay, se pudo

observar que los flujos medios mensuales durante el perodo de lluvias

nicamente un 25 % superan los 4 m3/s; y durante el perodo de estiaje un 90






% de los caudales estn comprendidos entre 1.0 y 2.0 m3/s, no habindose

registrado magnitudes menores ni en el ao ms seco.

La estimacin del caudal regulado, en concordancia con la capacidad del

embalse, se realiz aplicando la curva de duracin de caudales y la simulacin

de rangos. Cabe indicar que el caudal disponible regulado en la toma de

Coranchay se ha considerado igual al caudal regulado por el rango en el eje

respectivo ms el caudal mnimo del aporte intermedio.

Los resultados de los mtodos aplicados indican que con embalses de 5, 10 y

15 millones de m3, segn se aprecia en las Figuras 2.2 y 2.3, se consiguen

caudales regulados del orden de 1.8, 2.0 y 2.3 m3/s respectivamente. Con

respecto al flujo medio anual garantizado sin embalse, 1.3 m3/s, implican un

incremento de la oferta aprovechable del orden de 38 %, 54 % y 77 %

respectivamente.

VOLUMEN DE EMBALSE SEGN EL CAUDAL REGULADO

A partir de la Curva de duracin

Seccin Coranchay - Eje 1

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 5 10 15 20 25 30

Volumen de Embalse [MMC]

Ca

ud

al

Re

gu

lad

o [

m3

/s]






Figura 2.2

Volumen de Embalse de Regulacin Estacional Vs Caudal Regulado

Ejes 1, 3A y 5

Segn simulaciones de rango usando la serie histrica 1956-2000

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 5 10 15 20 25 30

Volumen de embalse (MMC)

Cau

dal

Reg

ula

do

(m

3/s

)

Eje 1

Eje 3A

Eje 5

Eje 5 lnea de ajuste

Eje 3A linea de ajuste

Eje 1 linea de ajuste

Figura 2.3

La capacidad del reservorio con nivel de garanta del 75 % para la regulacin

de los flujos del ro Callazas en la seccin de la toma Coranchay, utilizando el

mtodo de rangos, es de 10 MMC tal como se muestra en la Figura 2.4. Dado

que los caudales regulados en Coranchay respecto al volumen de embalse

necesario en todos los ejes alternativos son prcticamente los mismos, se

considera que el volumen de garanta del 75%, 10 MMC, es el mismo en los

ejes alternativos 1, 3A y 5.






Frecuencia de Rangos

Seccin Coranchay

Usando la serie histrica 1956-2000

1

10

100

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Garanta

Ra

ng

os

(M

MC

)

Figura 2.4

2.4.2 VOLMEN DE SEDIMENTOS

Para la comprensin del mecanismo de produccin de sedimentos, en la

cuenca del ro Callazas, es necesario observar que durante el periodo de

estiaje la mayor parte del flujo en el ro, del orden de 1.1 a 1.7 m3/s, proviene

de aportes de manantiales cuya carga de sedimentos es bajsima, y en forma

de suspensin, sin casi arrastre de fondo.

Las grandes cargas de sedimentos slo ocurren en los das de lluvias donde se

producen escorrentas importantes en las quebradas tributarias, arrastrando

consigo arenas y limos, almacenados en las laderas y cauces de las

quebradas de rgimen efmero. Por inspecciones visuales de campo, las

quebradas de rgimen permanente o intermitente, no crecen apreciablemente

su proporcin de aporte slido como lo hacen las efmeras. Las quebradas

tributarias en su mayora son de flujo efmero, con excepcin de las quebradas






Azufre Chico, Azufre Grande, en la margen derecha, y Matazas, Larjanco y

Aguas Calientes en la margen izquierda.

El aporte slido mayor en el ro Callazas ocurre durante pocos das al ao en

ocasin de lluvias fuertes que producen escorrentas en sus quebradas de flujo

efmero. Esta situacin puede establecerse en los casos en que el ro

transporta flujos mayores de 2 m3/s.

La produccin de sedimentos ha sido evaluada mediante la aplicacin de la

ecuacin universal de la prdida de suelo, y otros mtodos empricos (ver

Cuadro N 2.4). El clculo de volumen muerto considera las eficiencias de

retencin. Las predicciones de volumen de sedimentos retenidos alcanza el

orden de 1.2 MMC; sin embargo, existe una amplia incertidumbre en esta

estimacin, tal como puede verse en el clculo detallado del Cuadro B.11 en el

Anexo B, Hidrologa, del Volumen IV, siendo recomendable que en estudios

posteriores se implementen campaas de medicin de transporte de

sedimentos en das de lluvias fuertes.






CUADRO N 2.4

RESUMEN DE CLCULOS DEL VOLUMEN MUERTO

Descripcin Unidad Eje N 1 Eje N 3A Eje N 5

rea de cuenca Km2 420 404 359

Precipitacin efectiva anual Mm 140 137 112

Caudal medio anual m3/s 1.85 1.75 1.27

Peso especfico de sedimentos t/m3 1.4 1.4 1.4

Vida til Aos 50 50 50

Capacidad de presa (*) MMC 5.1 3.5 10.1

Aporte promedio en la seccin MMC 58.7 53.7 38.2

Eficiencia de retencin % 87% 80% 94%

Volumen de sedimentos retenidos MMC 1.3 1.2 1.0

(*) Para alturas comunes de presa de 40 m en cada eje alternativo.

Para las 2 alternativas de los esquemas hidrulicos de regulacin formulados,

la Alternativa 1 con presa nica en el Eje N 5 y la Alternativa 2 con presas en

serie en los Ejes N 1 y 5, se estimaron los volmenes de sedimentos tomando

en consideracin la disposicin espacial de los almacenamientos, los

resultados se muestran en el cuadro siguiente.






CUADRO N 2.5

ESQUEMAS HIDRULICOS ALTERNATIVOS

RESUMEN DE CLCULO DE VOLUMEN MUERTO

Descripcin Unidad

Alternativa 1 Alternativa 2

Eje N 5 Eje N 1 Eje N 5

rea de cuenca Km2 359 61 359

Precipitacin efectiva anual Mm 112 140 112

Caudal medio anual m3/s 1.27 0.58 1.27

Peso especfico de sedimentos t/m3 1.4 1.4 1.4

Vida til aos 50 50 50

Capacidad de presa MMC 11.2 4.3 6.9

Volumen til MMC 10.0 4.0 6.0

Aporte promedio en la seccin MMC 38.2 58.7 38.2

Eficiencia de retencin % 94 80 90

Volumen de sedimentos retenidos

MMC 1.0 0.3 0.9

2.4.3 AVENIDAS

Las precipitaciones mximas en 24 horas correspondientes a las estaciones

Suches y Tacalaya se analizaron con diferentes leyes de probabilidades,

encontrndose que no hay diferencia significativa entre los estimados al

utilizar cualquiera de estas distribuciones.

En el siguiente cuadro se muestran las precipitaciones mximas en Suches y

Tacalaya ajustada a la ley de distribucin Generalizada de Valor Extremo

(GEV) para diferentes periodos de retorno.






CUADRO N 2.6

PRECIPITACIONES MXIMAS EN 24 HORAS (mm)

DISTRIBUCIN GEV

Periodo de Retorno

Tr (aos)

Estacin

Suches Tacalaya

2 26.4 23.6

5 32.0 28.9

10 34.7 32.3

20 36.9 35.4

25 37.4 36.3

50 39.0 39.2

100 40.2 42.0

200 41.2 44.6

500 42.3 48.0

El estudio de avenidas se efectu con los datos de flujos mximos (caudal

pico instantneo) registrados en la estacin Coranchay, para el perodo del

ao 1964 al 2001.

El anlisis estadstico permite observar que los ajustes con cada una de las

distribuciones de frecuencia utilizadas, producen resultados muy divergentes

para periodos de retorno altos (ver Figura 2.5).

En la bsqueda de un criterio para la seleccin de la distribucin ms

adecuada se contrastaron, en trminos adimensionales respecto a las

cantidades promedio, las distribuciones de frecuencia de caudales, con las

distribuciones de frecuencia de precipitaciones (ver Figura B.3 en el Anexo B,

Hidrologa, del Volumen IV).

Los caudales mximos instantneos de diseo en los dems ejes fueron

obtenidos extrapolando los de Coranchay en proporcin a las reas de






drenaje. El Cuadro N 2.7 muestra los flujos pico instantneos para cada uno

de los ejes alternativos.

Siendo las alternativas consideradas del orden de presas medianas, se ha

escogido como evento de diseo el correspondiente a 500 aos de periodo

de retorno.

Caudales Pico InstantneosRo Callazas - Estacin Coranchay

1

10

100

1 10 100 1000

Periodo de Retorno (aos)

Ca

ud

ale

s P

ico

(m

3/s

)

GU

GEV

LN2

LN3

LP3 (mv)

LP3 (mo)

P3

Datos

Figura 2.5






CUADRO N 2.7

FLUJOS PICO INSTANTNEOS

Periodo de

Retorno

Tr (aos)

Caudales Pico

Eje N 1

(m3/s)

Eje N 3

(m3/s)

Eje N 5

(m3/s)

2 10 9 8

5 16 16 14

10 21 20 18

20 26 25 22

25 27 26 23

50 33 31 28

100 38 37 33

200 45 43 38

500 54 52 46

Los caudales mximos en las Quebradas Azufre Grande y Azufre Chico

fueron calculados mediante el mtodo del hidrograma unitario, con similar

metodologa que la empleada para calcular los flujos en los ejes alternativos.

El parmetro de sustraccin hidrolgica CN es el mismo estimado para la

cuenca del Callazas. No se emple factor de reduccin por distribucin

espacial de la lluvia, por tratarse de cuencas pequeas. El Cuadro N 2.8

presenta los resultados obtenidos.






CUADRO N 2.8

CAUDALES MXIMOS

QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO

Periodo de Retorno

Tr (Aos)

Quebradas

Azufre Chico

(m3/s)

Azufre Grande

(m3/s)

2 0.75 0.80

5 2.4 2.6

10 3.3 3.6

25 5.7 6.3

50 7.1 7.7

100 8.4 9.1

500 11.3 12.4

Se hicieron simulaciones hidrolgicas de trnsito de avenidas para determinar

los caudales pico laminados que saldrn por los vertederos de alivio de las

alternativas consideradas, consistiendo la Alternativa 1 en un embalse nico

con Presa en el Eje N 5, y la Alternativa 2 consiste en 2 embalses en serie

con Presas en los Ejes N 1 y 5.

La calibracin del modelo se realiz con la tormenta de 500 aos y el caudal

pico correspondiente pronosticado en Coranchay. Los clculos respectivos

fueron implementados con el programa HEC-HMS v2.1.3 cuyos resultados se

presentan en las Figuras B.5 al B.8 en el Anexo B, Hidrologa, del Volumen

IV.

El Cuadro N 2.9 muestra los resultados de la simulacin.






CUADRO N 2.9

TRANSITO DE AVENIDAS EN LOS EMBALSES

Unidad Alternativa 1 Alternativa 2

Reservorio 5

Caudal Pico de entrada m3/s 46.0 46.0

Ancho de vertedero M 10 10

Caudal Pico Laminado m3/s 16.9 18.1

Nivel de agua sobre la cresta del vertedero M 0.9 1.0

Reservorio 1

Caudal Pico de entrada m3/s - 20.9

Ancho de vertedero M - 10

Caudal Pico laminado m3/s - 20.1

Nivel de agua sobre la cresta del vertedero M - 1.1

2.4.4 CALIDAD DE AGUA

Dentro de las consideraciones del proyecto, se analiz la influencia de la

regulacin del ro Callazas y sus obras complementarias en el mejoramiento

de la calidad del agua para fines de riego, teniendo en consideracin que

actualmente presentan un alto contenido de sales y sustancias disueltas.

Se estudi la variabilidad de la calidad del agua del ro Callazas a lo largo de

su recorrido, desde la cercana a su naciente hasta la seccin de la bocatoma

Coranchay; asimismo se investig la influencia de las quebradas tributarias

Azufre Chico y Azufre Grande con la posibilidad de desviarlas para evitar que

descargue en la seccin Coranchay.






La toma de muestras para el anlisis de calidad de agua se realizaron con

flujos de estiaje, cuando se espera tener las mayores concentraciones en el

ao, pues es cuando el flujo es prcticamente el flujo base proveniente de los

flujos subsuperficiales del valle que arrastran las sales disueltas del suelo. Se

espera que en la poca de lluvias los mayores flujos de escorrenta originen

la disminucin de las concentraciones por efectos de dilucin con las aguas

de escorrentas.

Los Cuadros B.12 y B.13 del Anexo B, Hidrologa, del Volumen IV presenta

los anlisis de agua de las muestras tomadas a lo largo del ro Callazas y sus

afluentes.

En general, en el tramo del ro cercano a Coranchay las concentraciones de

sustancias disueltas son mucho mayores que en la zona alta; sin embargo,

son pocos los parmetros y sustancias que exceden los lmites permisibles,

tales son la conductividad, el sodio, el arsnico, y el boro. Tres de estas

sustancias se manifiestan en concentraciones excesivas slo cerca a

Coranchay, aguas abajo del Eje N 5.

La evidencia de que el ingreso de altas concentraciones de sustancias

disueltas ocurre aguas arriba de las quebradas Azufre, es reforzada si se

toma en cuenta que mediante un balance de masas las concentraciones en el

ro Callazas aguas abajo de las quebradas Azufre, no se explican nicamente

con el aporte de sustancias de stas, dado el poco caudal de las quebradas

respecto al ro Callazas.

Los contenidos de sulfatos y cloruros disueltos aunque van aumentando en el

recorrido del ro, no exceden los lmites para que el agua pueda usarse en

mezclas de concreto.

En cuanto al sodio, la concentracin de esta sustancia en la seccin

Coranchay slo excede ligeramente las especificaciones para agua potable






segn la norma ITINTEC 214.03; pero cae dentro de lo aceptable en la norma

de la OMS.

El arsnico es el mayor problema, pues excede desde la zona alta de la

cuenca los lmites para agua potable, y en la seccin Coranchay apenas

puede ser considerada como agua de clase 4, que segn la Ley de Aguas es

slo apta para cultivos de tallo largo.

Los lmites admisibles del boro dependen de la tolerancia del cultivo a este

elemento. Las concentraciones halladas en la seccin Coranchay se

encuentran en el borde de los lmites admisibles para cultivos tolerantes como

la alfalfa; pero excediendo los lmites para cultivos menos tolerantes como la

papa y el maz. Sin embargo, otras referencias tcnicas indican que existen

cultivos cuyos lmites de tolerancia estn por encima de las concentraciones

medidas, abrindose un campo donde la investigacin agronmica debe

intervenir para indicar el lmite apropiado de los cultivos en Candarave.

En la seccin Coranchay el agua tiene alto peligro de salinidad, de acuerdo al

parmetro de conductividad indicado en la clasificacin para agua de

irrigacin del US Department of Agricultura, esta situacin se observa

tambin en la seccin inmediata aguas arriba de las quebradas Azufre Chico

y Azufre Grande. En el Eje N 5 el peligro de salinidad es moderado, y aguas

arriba es bajo.

En resumen puede establecerse que el agua en el Eje N 5 y aguas arriba de

ella es de buena calidad; y en la seccin antes del ingreso de las quebradas

Azufre Chico y Azufre Grande los parmetros que exceden los lmites

permisibles son la concentracin de arsnico, boro y la conductividad,

inconvenientes para la actividad pecuaria y de irrigacin, es decir que el

ingreso de tales concentraciones adversas no se debe exclusivamente al

ingreso de las aguas de las quebradas Azufre Chico y Azufre Grande, sino

tambin a aportes intermedios en forma de manantiales aguas arriba del

Callazas entre las quebradas Azufre y el Eje N 5.






Puesto que no se considera hacer una obra de desvo desde el Eje N 5

hasta Coranchay, la diferencia entre situar los ejes de los embalses en

Coranchay o en el Eje N 5, no es significativa en cuanto a la calidad de

agua, pues las aguas descargadas desde este eje, donde s se almacenan

con mayor calidad, pierden esta condicin al combinarse con los flujos

intermedios en su recorrido por el ro hacia la bocatoma en Coranchay.






2.5. GEOLOGA

2.5.1 GEOLOGA REGIONAL

La caracterstica litolgica de la regin est constituida en mayor proporcin

por rocas clsticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la

formacin Capillune ubicadas en la zona inferior, media y superior del valle;

en una menor proporcin se identifican rocas andesticas, traquticas y prfido

traqutico del Volcnico Barroso las cules se ubican en la zona superior del

valle.

Estructuralmente las masas rocosas de ambas formaciones fueron afectadas

por estructuras geolgicas menores como planos de estratificacin

concordantes, discordancias angulares, fracturas y grietas en forma aislada,

las que se presentan mayormente en las rocas volcnicas de la Formacin

Barroso que aflora aguas abajo de los Ejes N 3 y 5.

En la Formacin Barroso se identificaron tres sistemas principales y tres

sistemas secundarios de discontinuidades y por su parte las grietas se dan en

forma aislada y en dos sistemas principales, en el cuadro siguiente se

detallan los alineamientos de estos sistemas.






CUADRO N 2.10

ESTRUCTURA GEOLGICA REGIONAL

RIO CALLAZAS

Discontinuidades Grietas

Sistema Principal Sistema Secundario Sistema Principal

Rumbo Buzamiento Rumbo Buzamiento Rumbo Buzamiento

1 N 06 W 07 E N 35 E 57 SE N 11 W 79 SE

2 N 15 W 73 NE N 39W 51 SW N 17 W 70 NE

3 N 09 E 06 E .N 25 E 67 SE - -

La unidad fisiogrfica caracterstica del rea del proyecto, es la cadena

volcnica del sur de los andes con rumbo NO-SE; la sucesin de conos

volcnicos que la conforman se han formado durante el Terciario Superior y

Cuaternario dentro de los cuales destacan los volcanes Tutupaca, Yucamane.

Los conos volcnicos han sufrido un proceso de erosin por la glaciacin

pleistocnica, el mismo que ha originado un modelado del paisaje actual

donde se observan valles amplios y algo planos, observndose en algunos

sectores los valles tpicos en U, y los caractersticos depsitos morrnicos,

depsitos fluvioglaciares los mismos que dan una superficie casi plana y muy

extensa las llamadas altiplanicies andinas.

La estratigrafa de las formaciones y los afloramientos de los mantos de Sills

de andesitas se intercalan entre los seudo estratos volcnicos (Formacin

Capillune), que forman horizontes muy permeables y otros impermeables que

ser necesario identificar dentro del vaso en estudios de mayor investigacin.






Aparte de las manifestaciones propias de una zona volcnica no existe

ninguna estructura geolgica de importancia que pueda afectar la estabilidad

de la presa.

Los Depsitos fluvioglaciares litolgicamente estn constituidas por guijarros

y gravas andesticas, porfido andesitico y traquitas, presentndose

intercaladas con arenas y arcillas en una estratificacin gruesa de espesores

variables.

Los Depsitos morrnicos en las laderas del valle, litolgicamente estn

compuestos por fragmentos de roca gruesa de andesita, traquiandesita,

porfido andesitico y traquitas, de forma angulosa de matriz areno arcillosa de

compacidad suelta a media.

Los Depsitos Coluviales ubicados en las laderas del valle, estn constituidos

por acumulaciones de fragmentos de roca andesitica y porfido andesitico en

mayor proporcin, de matriz areno limoso, de compacidad suelta.

Los procesos de erosin son activados por escorrentas superficiales,

originado por agua de lluvia y de los deshielos, propiciando la ruptura del

material superficial en los taludes y el movimiento de masas rocosas.

2.5.2 GEOLOGA LOCAL DE LOS EJES DE PRESA

Las unidades litoestratigrficas que afloran en las inmediaciones de las zonas

de posible ubicacin de los ejes de presa, estn constituidas

mayoritariamente por rocas sedimentarias clsticas de la formacin Capillune,

seguido por rocas volcnicas de la formacin Barroso y en menor proporcin

por depsitos de sedimentos fluviales; stos ltimos ubicados a lo largo y

fondo del valle del ro Callazas.






Las edades de las formaciones geolgicas, van desde el Plioceno superior,

Plio-pleistoceno y Cuaternario Reciente. Los eventos tectnicos ocurridos en

diferentes pocas geolgicas han formado estructuras orientadas en

direccin Noroeste-Sureste, mapeadas en las fracturas principales de las

masas rocosas, ubicadas en el rea de estudio. La actividad magmtica tuvo

su manifestacin en la formacin y posterior intrusin de rocas volcnicas

principalmente.

En el emplazamiento de los Ejes N 1, 2, y 3, la masa rocosa mas antigua

que aflora en el rea del eje de la presa, corresponde a la formacin

Capillune. Estn constituidas por una serie de rocas sedimentarias clsticas,

estratificadas en forma sub horizontal, de diferente espesor, compuesta por

arenisca arcsica, arenisca tufcea, conglomerado fino, conglomerado

grueso y piroclsticos; que se presentan en forma de estratos. Los estratos

tienen un rumbo general de Sur a Norte y buzamiento de 2 a 3 tanto en la

margen derecha con una orientacin hacia el Oeste y en la margen izquierda

hacia el Este con el mismo buzamiento.

En el mismo emplazamiento de los Ejes N 1, 2, y 3 el volcnico Barroso,

descansa en discordancia angular sobre la formacin Capillune; el miembro

inferior est formado por lavas andesticas, emplazados como un Sills en las

rocas de la formacin Capillune y se encuentran intemperizadas, el miembro

Superior est formado por derrames de prfido traqutico

Se concluye que las rocas interestratificadas de la formacin Capillune y

Barroso, se encuentran aflorando superficialmente en moderada cantidad, y

de acuerdo a la evaluacin de sus caractersticas geolgicas se asume que

tiene gran profundidad.

En el Eje de presa N 3 A, la Formacin Capillune aflora en la margen

izquierda del ro, y presenta las mismas caractersticas estratigrficas y

litolgicas que los Ejes N 1, 2 y 3 as como los mismos depsitos del

Cuaternario reciente fluvioglaciar y aluvional.






En las inmediaciones del Eje N 4 se observan las mismas caractersticas

estratigrficas y litolgicas de la Formacin Capillune anteriormente descritas

en los Ejes N 1, 2, 3 y 3A y la masa rocosa de la Formacin Baroso, se

encuentra ubicada en la zona superior del talud del cerro de la margen

izquierda del ro Callazas, Litolgicamente fue identificado como una roca

andesita, est moderadamente intemperizada, muy fracturada, diaclasada,

rugosa; las fracturas de este afloramiento se presentan a manera de pilares

bien definidos y con una persistencia alta (20 a 25 m verticalmente), presenta

permeabilidad por la presencia de fracturas y diaclasas, de una textura

porfiritica, masiva, de color gris oscuro a marrn rojizo. Las estructuras

geolgicas que afectan la masa rocosa de la formacin Capillune, est

constituido por fracturas, diaclasas e intrusin de flujos de andesita.

En las inmediaciones del Eje N 5, la masa rocosa que aflora en superficie,

est ubicada en ambas mrgenes del ro Callazas y corresponde a la

formacin Capillune, est constituida por una serie de rocas sedimentarias

clsticas, de origen lacstrico, estn estratificadas en forma sub-horizontal,

son de espesor variable, as los depsitos tienen un rumbo general de Sur a

Norte, con buzamiento suave, de 1-3, hacia el Oeste en el margen derecha

y al Este, en el margen izquierda con 2-3 de inclinacin.

En el rea de estudio del Eje N 5, el volcnico Barroso, descansa en

discordancia angular sobre las rocas clsticas de la formacin Capillune,

litolgicamente las rocas fueron identificadas como andesitas y escorias

andesticas.






2.5.3 GEOLOGA LOCAL DE LOS VASOS DE ALMACENAMIENTO

La diferente naturaleza de las rocas que conforman los macizos rocosos

existentes en los vasos de almacenamiento en estudio, determinan un

conjunto de caractersticas propias que inciden en el comportamiento de la

estabilidad de sus taludes.

De acuerdo a la evaluacin geolgica efectuada en los diferentes vasos de

almacenamiento de las alternativas estudiadas, se encuentra que la

orientacin, rumbo y pendiente de los taludes en ambas mrgenes del ro as

como de los estratos de rocas de las formaciones Capillune y Volcnico

Barroso, en general son favorables para la estabilidad.

El anlisis efectuado en los vasos, presentan generalmente las siguientes

caractersticas:

La direccin de los taludes es predominantemente Norte Suroeste (caso

del vaso 3A); la inclinacin del talud por la margen izquierda del ro

Callazas es de 21 - 30 hacia el Oeste, y la inclinacin del talud en la

margen derecha del mismo ro es de 19 - 28 hacia el Este, las que

presentan una mayor estabilidad relativa al caso de la verticalidad de los

taludes donde la erosin y la socavacin seran mayores por tratarse de

tufos volcnicos.

El rumbo de los estratos es predominantemente Norte Sur y Noroeste

Sureste en correspondencia al desarrollo del cauce del ro.

En general la altura del nivel de embalse de agua podra reactivar antiguos

depsitos Coluviales ubicados en el vaso de la presa, especialmente en el Eje

N 4, ocasionando su desestabilizacin en direccin de la pendiente de talud

hacia la zona inferior del vaso de presa por tratarse de un talud

aproximadamente vertical.






La dinmica del ro se caracteriza por el transporte y acumulacin de

sedimentos, cuya actividad en el pasado fue alta originando terrazas de

gravas, arenas y limos; en la actualidad es de baja intensidad producindose

muy poco transporte y acumulacin de sedimentos.

Las acumulaciones de sedimentos se encuentran ubicadas en ambas

mrgenes del ro, principalmente en el vaso del Eje de presa N 5, llegando

aproximadamente hasta 3 m de desnivel, respecto al nivel actual del ro, y en

menor magnitud en el Eje N 1.

Las unidades litoestratigrficas que afloran en las reas de los ejes de

presas, estn constituidas en mayor proporcin por rocas sedimentarias

clsticas de la formacin Capillune, se encuentra en menor proporcin rocas

volcnicas de la formacin Barroso, siguiendo los depsitos de sedimentos

del Q-re aluvional; estos ltimos ubicados a lo largo y fondo del valle del ro

Callazas; las edades de las formaciones geolgicas van desde el Plioceno

Superior al Cuaternario Reciente aluvional (Q-re).

La geologa de la zona de estudio, tanto el Eje N 1 y Eje N 5 con sus

respectivos vasos, presentan la misma litologa, habindose observado en el

rea del estudio a lo largo de las paredes verticales de las rocas la presencia

de crcavas y deslizamientos, as como intrusiones gneas a manera de Sills,

pertenecientes a la Formacin Barroso, que data de una edad desde el Plio

Pleistoceno hasta el Cuaternario reciente.

Es tambin observable el afloramiento de la Formacin Capillune como

depsitos de arenisca tufcea y conglomerados tufceos, las areniscas

tufceas estn presentes a manera de 5 fases los cuales se distinguen ya

sea por el tamao de su granulometra, composicin o por la coloracin.

En cuanto a la formacin Barroso est aflora a manera de Sills a una altura

de 10 m medidos en el talud del cerro, tenemos tres tipos de rocas

volcnicas: escoria andestica, roca andestica y brecha andestica.






Debido a la naturaleza de las rocas se supone que esta zona estuvo afectada

por dos tipos de fases de diferentes emisiones magmticas una de roca

andestica a escoria volcnica andesitica y otra fase de brecha volcnica.

El tercer tipo de roca, la brecha andestica, aflora en ciertos sectores del ro

Callazas, mostrndose poco alterada y cubiertas por depsitos del

cuaternario reciente, con presencia de xenolitos de rocas de composicin

andestica y traquiandesitica que estn englobados en su matriz; esta brecha

volcnica no presenta fracturas y se estima que tiene un espesor de 5 a 8 m

en el vaso N5; en algunos sectores esta brecha aflora tanto en el eje como

en el vaso de la presa infrayaciendo a los depsitos de roca andestica de

estructura masiva.

Los depsitos volcnicos estn cubiertos por una cobertura fluvioglaciar que

se encuentran afectados por crcavas que alcanzan profundidades de 5 m.

En el rea de estudio, el volcnico Barroso, descansa en discordancia

angular sobre los clstos Capillune aprecindose mejor en el vaso del Eje N

1.

En la formacin volcnico Barroso afloran las aguas termales, como en el

caso de lo observado en las Quebradas Azufre Chico y Grande y los

diferentes ojos de aguas termales que afloran en otros sectores.

Cabe resaltar que en el campo no se pudo determinar un indicio de falla por

lo que se puede inferir que por el afloramiento de aguas termales puede

tratarse de una zona de debilidad, ya sean fracturas o diaclasas, cuestin que

no se pudo determinar en las investigaciones de campo.

El sector inferior del volcnico Barroso est formado por lavas andesticas,

que se encuentran interestratificadas con las rocas de la formacin Capillune

y tiene un espesor variable, presentando color gris oscuro a marrn rojizo, en

el lecho del ro el afloramiento es a manera de Sills.

En el lecho de la Quebrada Azufre Chico se mape el afloramiento de roca






andesita con fracturas muy aisladas y de superficie rugosa, aparentemente

impermeable, de rumbo Sur Norte y buzamiento de 2 a 3 hacia el Este.

El sector superior del volcnico Barroso, est formado por derrames de

prfido andestico, ubicado en la zona superior del talud de los cerros, en

ambas mrgenes del ro Callazas; la roca de textura porfiritica con coloracin

gris oscuro a marrn rojizo, est moderadamente intemperizada, fracturada, y

permeable, con superficie rugosa, notndose que las discontinuidades estn

rellenadas de material limo arenoso que es el mismo depsito superficial que

lo cubre; asimismo, la roca tiene una estructura masiva a compacta,

ligeramente oxidada, ubicndose en forma de bancos, estos depsitos se

encuentran a manera de derrames volcnicos y Sills.

El rea del estudio est conformado por dos tipos de geoformas, las

altiplanicies y los valles, notndose la predominancia de las primeras.

Las altiplanicies estn compuesto por material limo arenoso de naturaleza

fluvioglaciar, y presentan una superficie suavemente ondulada de inclinacin

general hacia el sur y pendientes que varan de 3 a 4; en esta zona se

originan los diferentes cursos de agua que conforman la cuenca hidrogrfica

del Ro Callazas.

En la zona de los valles se observan pequeos cursos de agua que no estn

completamente definidos, por tratarse de valles relativamente jvenes; se

aprecia una mayoritaria existencia de los valles tipo V.

Es tambin notable la existencia de reas pantanosas, llamadas bofedales,

las que son importantes en el sector del vaso de almacenamiento del Eje N

5.

Los rasgos mas importantes de la regin se deben a la influencia de las

estructuras geolgicas provocadas por el tectonismo y vulcanismo regional, la

misma que da los rasgos de altiplanicies andinas en cuyo sector se

desarrollan quebradas, colinas onduladas, farallones, etc. donde las






caractersticas climticas dan el esculpido final, la evolucin debido a los

contrastes de temperatura (calentamiento, enfriamiento, heladas) completan

el paisaje actual de la zona.

El patrn de drenaje es el reflejo de los rasgos estructurales regionales y

locales de la zona y de la caracterizacin de su litologa.

La erosin predominante es de tipo laminar, donde el escurrimiento de las

aguas pluviales al adquirir mayor velocidad en las pendientes fuertes

propician la formacin de crcavas que afectan en gran parte a la zona del

estudio.

En la zona de crcavas, el permanente lavado de los sedimentos aunados a

la condicin de fracturacin de las rocas, facilitan los procesos de erosin e

infiltracin, trayendo como consecuencia la dificultad en la formacin de

suelos residuales considerables.

La fuerte variacin de temperatura entre el da y la noche produce un

alternante ciclo de dilatacin y contraccin de la roca, la que a su vez produce

el fracturamiento y desprendimiento de stas, las que al disgregarse van

depositndose en taludes, efecto fsico que gradualmente va debilitando la

resistencia mecnica de las rocas hasta producir los derrumbes por

gravedad, descubriendo las rocas de mayor resistencia como las andesitas y

traquitas que se encuentran cubiertos por los depsitos fluvioglaciares.

En cuanto a los depsitos sedimentarios de la formacin Capillune por ofrecer

menor resistencia a los agentes erosivos, el agua de lluvia al caer forma

canales que se convierten en crcavas y originan la disgregacin de los

guijarros que se encuentran formando parte de su matriz, depositndose

stos como pequeos conos u abanicos que se encuentran en la base de los

taludes.

El manto fluvioglaciar se extiende desde Candarave hasta la Laguna de






Suches, a lo largo de todo el recorrido del ro Callazas los depsitos del

Cuaternario Reciente aluvional (Qr.-al) estn integrado en su mayora por

fragmentos de rocas de origen glaciar y fluvial que son rocas intrusivas en

gran escala, y sedimentaria en menor proporcin; estos depsitos son

producto de los derrumbes por gravedad y por el arrastre del ro y sus

tributarios.

Las reas bajas en su proximidad al ro presentan la existencia de bofedales,

notndose a las orillas del ro la formacin de pequeos conos o abanicos de

deposicin producto del proceso de erosin y sedimentacin; tambin se

observa el abarrancamiento digitiforme como fase intermedia entre la erosin

y la formacin de barranco, este fenmeno es aleccionado por la naturaleza

arenosa tufcea e inconsolidada de los depsitos del cerro.

El ro Callazas en el estado juvenil en que se encuentra, se caracteriza por

presentar laderas fluviales donde las divisorias son poco notables, la red

hidrogrfica presenta una reducida cantidad de afluentes y la gradiente fluvial

es moderada (3%).

En la parte baja de la cuenca en estudio el curso de agua ocupa casi todo el

fondo del valle, sin embargo, en la parte alta de la cuenca el ro se desarrolla

por la margen izquierda del valle; casi toda la superficie est sometida a

procesos erosivos, originando crcavas en los tufos y areniscas tufceas

como se observa en el vaso de almacenamiento del Eje N 5, el curso

ligeramente sinuoso del ro origina la profundizacin del valle y la erosin

lateral significativamente como en el caso del vaso de almacenamiento del

Eje N 4 formando depsitos con delgadas zonas con gravas y pocas barras

arenosas en el cauce.

Los rasgos estructurales mas saltantes estn constituidos por discordancias

angulares, plano de estratificacin, fracturas, diaclasas y por intrusin de

flujos de andesita y prfido traqutico de la Formacin Barroso a manera de

Sills; en los cuadros siguientes se muestran las fracturas principales en los






vasos de almacenamiento de los Ejes N 1, 3 y 5.

CUADRO N 2.11

CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D.

VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N 1

Fracturas

Principales Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicacin

8 verticales N 270 81 NW 0.5 1cm Limo

arenoso

10 M

verticalmente Rugosa

Frente Qda.

Huaral Huarane

5 Horizontales N 153 64 NE 0.5 1 cm Limo

arenoso

11 m

Horizontales

Rugosa

algo

alterada

Frente Qda.

Huaral Huarane

CUADRO N 2.12



Fracturas


1 vertical N 86 84 SW 0.5-1 cm Limo

arenoso

13 m

verticalmente Rugosa Eje N 3

2 Horizontales N 146 56 NE 0.5-1 cm Limo

arenoso

18 m

Horizontales

Rugosa

poco

alterada

Eje N 3






CUADRO N 2.13



Fracturas


7 verticales N 43 18 SW 0.2-0.5 cm Limo

arenoso

12 m

verticalmente Rugosa Eje N 5

4

Horizontales N 44 16 NE 0.2-0.5 cm

Limo

arenoso

15 m

Horizontales

Rugosa

poco

alterada

Eje N 5

La erosin por efecto de las aguas pluviales y escorrenta en el valle es

bastante acentuada en el Eje N 5 y su vaso, como se puede observar en las

crcavas y quebradas que existen en la zona, este efecto se debe al

predominio de la Formacin Capillune, que est compuesta de arenisca

tufceas y tufos de ms de 12 m, cubiertas por los depsitos fluvioglaciares,

este tipo de material da lugar a abarrancamientos y a la formacin de

crcavas como los que se pueden observar en el vaso de almacenamiento

del Eje N 5 frente a la quebrada Vallecito y en la misma quebrada.

Los procesos geodinmicos estn condicionados por factores naturales como

la pendiente moderada a fuerte de las laderas y las precipitaciones propias de

la regin, las que contribuyen a reblandecer y saturar el suelo y subsuelo, con

el consiguiente aumento de la fuerza hidrosttica que al complementar la

accin de la gravedad ocasionan la consecuente remocin de masas de los

suelos a manera de deslizamientos y crcavas.

El suelo del valle por su naturaleza areno tufcea es bastante permeable y

permite la infiltracin de las aguas de lluvias; entre los factores artificiales o

antrpicos que ayudan a la erosin se puede considerar la quema de pastos

por parte de los pobladores, as como el excesivo pastoreo de ganando que

se observan en esta zona, propiciando una mayor erosin por la inexistencia






de cobertura vegetal.

En el caso especfico del vaso de almacenamiento del Eje N 5 existen

fenmenos de deslizamiento, crcavas y remocin de masas importantes; y

en el caso del vaso de almacenamiento del Eje N 1 no se ha determinado

deslizamientos importantes pero s pequeas crcavas.

2.6. GEOTECNIA

2.6.1 ESTUDIOS GEOTCNICOS

El estudio geotcnico y las investigaciones de campo estuvieron orientado a

determinar las caractersticas de la cimentacin y de los materiales de

canteras a ser utilizados en el proyecto.

Los trabajos de campo se efectuaron por medio de trincheras y la excavacin

de pozos de exploracin o calicatas para la extraccin de muestras, y luego

realizar los ensayos de laboratorio, a fin de obtener las principales

caractersticas fsicas y mecnicas del suelo, as como el rendimiento de

canteras, que nos permitan seleccionar las mejores alternativas de ubicacin

y aseguren el diseo de toda la presa o presas; adicionalmente estos trabajos

se complementaron con ensayos de prospeccin geofsica.

Se realiz la investigacin de las 6 alternativas de ejes de presa y sus

correspondientes variantes, totalizando 11 ejes de exploracin geotcnica

que suman 22 trincheras y 55 calicatas efectuadas hasta una profundidad de

2.00 m.

Como parte de la investigacin de campo se efectuaron pruebas in situ,

habindose determinado las densidades de campo y permeabilidad,

asimismo se realizaron prospecciones geofsicas con sondajes elctricos

verticales; los registros detallados de estas pruebas se encuentran en el

Anexo C del Volumen IV.






De las pruebas de permeabilidad se observa que la mayora de los valores

oscilan entre N* 10-2 y 10-3 cm/s, lo que indica la significativa permeabilidad

que presentan los sedimentos superficiales; esta caracterstica de los

materiales es una condicin desfavorable para el represamiento, debiendo

ser eliminados de la base de impermeabilizacin en el eje de la presa.

Las caractersticas de permeabilidad de estos materiales, por su composicin

predominantemente arenosa, pueden originar problemas de estabilidad en el

caso de encontrarse en la condicin de saturacin como se produce al llenar

el vaso de una presa; esta circunstancia induce a la posibilidad de

movilizacin, falla y arrastre del material con la consecuente deposicin en el

fondo del vaso de la presa.

2.6.2 ESTUDIOS GEOFSICOS

Con el propsito de complementar la informacin de las excavaciones y las

pruebas in situ, se efectuaron prospecciones geofsicas por medio de

sondajes elctricos verticales.

La interpretacin de los sondajes nos permiten proyectar los estratos

superficiales identificados e inferir la profundidad de ubicacin del macizo

rocoso, el mismo que se observa en la mayora de las secciones aflorando en

las partes altas con una cobertura mnima en buena parte de cada eje

investigado.

Las caractersticas de los horizontes elctricos investigados se presentan en

los registros de campo se incluyen en el Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV.

Los resultados obtenidos se pueden organizar en cinco grupos, siendo stos

los siguientes:






El grupo N 1 es correlacionable a suelos superficiales de origen aluvional,

glacial elico.

El grupo N 2 es correlacionable con formaciones de roca volcnica.

El grupo N 3 es correlacionable con formaciones de roca fisurada.

El grupo N 4 es correlacionable con formaciones de roca fisurada muy

permeable.

El grupo N 5 es correlacionable con formaciones con presencia de aguas

con contenido de sales.

Es de especial consideracin los horizontes elctricos de baja resistividad a

profundidades mayores de 30 m y que en algunos casos manifiestan la

posibilidad de discontinuidades y/o zonas de gran permeabilidad; esta

situacin singular exige un mayor nivel de investigaciones (sondajes o

perforaciones) en los estudios de factibilidad y definitivo con el propsito de

confirmar o descartar esta presuncin, que se presenta desfavorable al

desarrollo del proyecto.

2.6.3 ESTUDIOS DE CANTERAS

Se identificaron un total de 11 canteras con la finalidad de determinar la

cantidad y tipo de materiales disponibles para construir la presa, en el cuadro

siguiente se presenta la relacin de ellas.






CUADRO N 2.14

CANTERAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIN

Canteras Material Volumen (MMC)

C-1 Agregados para Filtro y

Concreto

2.40

C-1 A 1.74

C-2

Afirmado

3.84

C-2 A 2.70

C-3

Roca

4.55

C-4 2.50

C-4 A 2.10

C-5 Arcilla 0.30

C-6 Hormign 0.03

C-7 Grava 2.70

C-8 Roca 5.40

Los materiales de impermeabilizacin del ncleo estn definidos por suelos

arcillosos, o limo arcillosos en los casos mas crticos, la cantera identificada

para este propsito es la C-5 que dista aproximadamente 25.5 Km del rea

del proyecto, ubicada en el Alto Cairani; este material necesita ser mejorado

con un material granular en 40 a 60 % que le d soporte a la estructura.

El material para filtros pueden utilizarse de las canteras C-1, C-2 A, C-8.

El material para el cuerpo de la presa se ha definido a partir de la

granulometra del filtro y se tiene el siguiente huso granulomtrico para su

especificacin:






CUADRO N 2.15

MATERIAL DEL CUERPO DE LA PRESA

HUSO GRANULOMETRICO

Tamiz Mnimo (%) Mximo (%)

4

3 100 100

2 96 100

2 90 100

1 60 100

1 14 100

13 95

12 92

3/8 11 90

10 80

N 4 9.50 41

N 10 7 14

N 20 6 12

N 30 5 11

N 40 4 10

N 50 3 9

N 60 2.5 8

N 80 1.5 7

N 200 0.0 5

El material de proteccin del talud de aguas arriba de la presa se efecta con

una capa de enrocamiento colocada a mano o volteo.

El cuadro siguiente resume los criterios recomendados para el diseo de la

proteccin de enrocamiento de presas de tierra y enrocamiento.






CUADRO N 2.16

PROTECCIN DE ENROCAMIENTO

CRITERIOS DE DISEO

Altura mxima

de olas

(pies)

Mnimo tamao medio

(D50)

(pulgadas)

Espesor del

estrato

(pulgadas)

0-2

2-4

4-6

6-8

8-10

10

12

15

18.

21

12

18

24

30

36

En cuanto al espesor de la capa de enrocamiento necesaria para lograr una

proteccin eficiente, sta debe ser tal que permita alojar el tamao mximo

de roca incluido, as como una transicin gradual hasta la capa de filtro, un

espesor de capa entre 1.5 y 2 veces el dimetro de las rocas mayores en

general es suficiente para llenar ambos requisitos

El material de proteccin de los taludes de la futura presa podrn ser

preparados con la roca de la cantera C-8.

Los materiales seleccionados para los agregados, tanto grueso como fino, la

cantera C-6 de hormign y la cantera C-7 de grava.

2.6.4 ENSAYOS Y RESULTADOS

Con las muestras obtenidas en las excavaciones de campo se efectuaron los

ensayos estndar para la clasificacin de suelos, y los ensayos de Corte

Directo de acuerdo a las normas de la American Society for Testing and

Materials (A.S.T.M.), los reportes de los anlisis de laboratorio se presentan

en el Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV.






Con los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio se han clasificado

quince (15) tipos de suelos de acuerdo a su textura y caractersticas

principales, las mismas que se detallan a continuacin.

CUADRO N 2.17

CLASIFICACIN DE SUELOS

Tipo Clasificacin Denominacin

I GW Grava uniformemente graduada

II GP Grava mal graduada

III GW-GM Grava bien graduada limosa

IV GP-GM Grava mal graduada limosa

V GM Grava limosa

VI SW-SM Arena bien graduada limosa

VII SP-SM Arena mal graduada limosa

VIII SP-SM Arena mal graduada limosa

IX SM Arena limosa

X SP Arena mal graduada

XI SW Arena bien graduada

XII GC Grava arcillosa

XIII ML Limo de baja plasticidad

XIV MH Limo de alta plasticidad

XV CL Arcilla de media plasticidad

De acuerdo a los trabajos de campo de geologa y geotecnia efectuados, en

complementacin con los ensayos de laboratorio, se procedi a la evaluacin

del macizo rocoso y la clasificacin de las rocas identificadas en el entorno

del rea del estudio, los registros de exploracin se pueden apreciar en el

Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV.

Se identificaron 6 tipos de rocas siendo estas tufos de matriz arenosa, brecha

tufcea, arenisca tufcea, escoria volcnica andestica, roca andestica, y






conglomerado volcnico andestico

2.6.5 SISMICIDAD

Segn el mapa de zonificacin ssmica, y de acuerdo a las Normas Sismo -

Resistente E-030 del Reglamento Nacional de Construcciones, a la localidad

de Candarave le corresponde una Sismicidad alta de intensidad media de VII

a IX en la Escala Mercall modificado.

Para el estudio de la zona se tienen los siguientes factores ssmicos.

CUADRO N 2.18

FACTORES SISMICOS

Factores Roca Zona Aluvial Tufos

Zona 3 Z 0.40 g

Uso U 1.30 1.50 1.30 1.50 1.30 - 1.50

Suelo S 1.00 1.00 1.20

Ssmico C 2.50

Periodo Predominante TP 0.40 seg. 0.40 seg. 0.60 seg.

La distribucin en la vertical de los epicentros de los eventos ssmicos

registrados presentan una gran concentracin de la ocurrencia de eventos

con epicentros hasta 250 Km de profundidad, disminuyendo con mayores

profundidades.

La distribucin en planta de los epicentros ssmicos ocurridos hasta el ao

2001, presentan la zona de mayor actividad ssmica aparentemente

coincidente con el eje de alineamientos a los volcanes Tutupaca, Yucamane y

Tacora y luego las zonas de fondo marino y los ligados al lago Titicaca, y la

zona Arequipa Puno; este aspecto es de mucha importancia, porque si bien

no existe actividad volcnica por emisiones de lava, su actividad ssmica es

continua.






Al analizar la distribucin de los sismos de magnitudes mayores de 4 y

menores a 5, se observa la importante actividad ssmica en el rea

circundante al proyecto, aspecto que indica la posibilidad de ocurrencia de un

evento ssmico de tales magnitudes en el entorno del rea del estudio.

Parece ser que el principal factor de origen de los sismos mayores en la zona

del estudio es la actividad volcnica.






3. DESCRIPCIN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS

De las seis posibles ubicaciones para la construccin de presas de almacenamiento en

el ro Callazas, en base a las investigaciones de los estudios de geologa, geotcnia, de

capacidades de almacenamiento de los vasos, y de los efectos negativos que tendran

los niveles de agua almacenada en la estabilidad de los taludes de los reservorios, se

ha seleccionado dos ejes de presa que renen las mejores condiciones, y son los Ejes

N 1 y 5.

De acuerdo a lo anterior mencionado, se han formulado dos alternativas del sistema

hidrulico de la regulacin, las cuales servirn como base de la siguiente fase de los

estudios a nivel de factibilidad. Estas alternativas propuestas son:

ALTERNATIVA 1: PRESA NICA

Consiste en la construccin de una sola presa de regulacin en el ro Callazas en el

emplazamiento del Eje N 5, con capacidad de almacenamiento total de 11.0 MMC,

volumen muerto 1.0 MMC, y volumen til de 10 MMC.

ALTERNATIVA 2: PRESAS EN SERIE

Consiste en la construccin de dos presas en serie a lo largo del eje del ro Callazas,

teniendo una capacidad de almacenamiento conjunto equivalente al de la alternativa 1,

de acuerdo a la siguiente distribucin:

Una presa en el Eje N 1 para el almacenamiento de un volumen til de 4 MMC,

siendo el volumen total de 4.3 MMC y el volumen muerto de 0.3 MMC.

Una presa en el Eje N 5 para el almacenamiento de un volumen til de 6 MMC,

donde el volumen total es 6.9 MMC y el volumen muerto es 0.9 MMC.






En el Cuadro No 3.1 se muestra con fines comparativos los valores de volmenes de

almacenamiento del reservorio y volmenes del cuerpo de presa de tierra o enrocado,

asumiendo una altura comn de presa de 40 m en cada uno de los ejes de mejores

caractersticas.

CUADRO N 3.1

CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO Y VOLUMEN DE PRESA

(ALTURA DE PRESA : 40 m)

Eje

Volumen total del

reservorio

(MMC)

Volumen Total de Cuerpo de Presa Volumen Muerto

(MMC) Presa de Tierra

(m3)

Presa de Enrocado

(m3)

Eje 1 5.1 631 18 520 11 1.2

Eje 5 10.2 484 66 399 38 1.2






4. DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Y OBRAS CONEXAS

4.1 ALTERNATIVA 1: PRESA NICA

En el dimensionamiento de la estructura se considera la avenida de diseo para un

perodo de retorno de 500 aos, equivalente a 42.5 m3/s.

Teniendo en consideracin los datos bsicos de diseo, y en base a la curva

altura volumen del vaso analizado, se encuentra que la cota de inicio de la rpida

del vertedero de demasas es 4289.54 msnm

La altura de la presa es de 45.3 m, que corresponde a una cota de corona de

4293.8 msnm, siendo el nivel del cauce del ro en el eje de la presa de 4248.5

msnm.

El vertedero de demasas se ubica en la margen derecha, y est diseado para un

caudal de 16.9 m3 / s, obtenida en base a un estudio de trnsito de la avenida de

diseo a travs del embalse.

Para desviar las aguas del ro Callazas, durante el proceso constructivo de la

presa, se propone construir un tnel de desvo de seccin en herradura, en la

margen derecha, de longitud de 274.42 m y para un caudal de 18 m3/s (Tr = 10

aos), cuyas cotas de entrada y salida son respectivamente 4251.0 y 4248.5

msnm. Este tnel posteriormente ser usado para conducir las aguas de captacin

durante la operacin del reservorio.

La captacin de las aguas almacenadas en el reservorio se propone se efecte

mediante un tnel de seccin circular de 1.8 m de dimetro, que posteriormente se

conecta con el tnel de desvo ya construido. La cota de entrada del tnel de

captacin es de 4263 msnm.






4.2 ALTERNATIVA 2: PRESAS EN SERIE

En el dimensionamiento de las estructuras, se considera en el Eje N 5 una avenida

de diseo de 42.5 m3/s, que corresponde a un periodo de retorno de 500 aos, y en

el Eje N 1 una avenida de diseo de 20.3 m3/s, la cul es definida tomando en

memoria descriptiva-presa callazas

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