PERFIL DE PRE INVERSIÓN DEL PROYECTO: CONSTRUCCIÓN DE LA PRESA SHALLAP CON FINES DE RIEGO, DISTRITO DE RESTAURACIÓN, PROVINCIA HUARAZ “
”
PREDIMENSIONAMIENTO PRESA SHALLAP
I. HIDROLOGÍA Y TOPOGRAFÍA 1.1 Ubicación Geográfica
1.2 Ubicación Política del proyecto El presente estudio a nivel de Perfil del Proyecto: “Construcción de la Presa Shallap para fines de riego y agua potable en el distrito de Huaraz ”, se encuentra ubicada en la cabecera de la quebrada del mismo nombre, a una altitud de 4,260 msnm, debajo del nevado San Juan y Tumarinaraju, en la vertiente Occidental de la Cordillera Blanca; políticamente pertenece al distrito y provincia de Huaraz, Departamento de Ancash. En el Mapa PG-01, se observa la ubicación geográfica y política. 1.3 Ubicación dentro de la Autoridad Local del Agua La ubicación dentro del ámbito jurisdiccional de la Autoridad Local de Aguas es: Región Agraria:
Huaraz
Autoridad Local de Agua:
Alto Santa
Sector de Riego:
Cordillera Blanca I
Junta de Usuarios:
Callejón Callejón de Huaylas 5
I. HIDROLOGÍA Y TOPOGRAFÍA 1.1 Ubicación Geográfica
1.2 Ubicación Política del proyecto El presente estudio a nivel de Perfil del Proyecto: “Construcción de la Presa Shallap para fines de riego y agua potable en el distrito de Huaraz ”, se encuentra ubicada en la cabecera de la quebrada del mismo nombre, a una altitud de 4,260 msnm, debajo del nevado San Juan y Tumarinaraju, en la vertiente Occidental de la Cordillera Blanca; políticamente pertenece al distrito y provincia de Huaraz, Departamento de Ancash. En el Mapa PG-01, se observa la ubicación geográfica y política. 1.3 Ubicación dentro de la Autoridad Local del Agua La ubicación dentro del ámbito jurisdiccional de la Autoridad Local de Aguas es: Región Agraria:
Huaraz
Autoridad Local de Agua:
Alto Santa
Sector de Riego:
Cordillera Blanca I
Junta de Usuarios:
Callejón Callejón de Huaylas 5
Comisión de Regantes
Quilcay
En el Mapa PG-02, se observa la ubicación dentro de la Autoridad Local del Agua.
1.4 Cartografía La información utilizada es la siguiente: - Cartas Nacionales 1/100000 - IGN Carhuaz (19-h), Huari (19-i), Huaraz (20-h), Recuay (20-i) - Cartas nacionales 1/25000 - COFOPRI 19i – III SE, 19i – III SO, 21i – IV NO, 21i – IV NE Ver Plano PG-03. - Imágenes Satelitales – Google Earth Fecha de tomas de Imagen: GeoEye 7/5/2010, SPOT Image 6/5/2005, SPOT Image 0/9/2003, LandSat 8/14/2005 - Fotografías de campo Presentadas en todo el informe
E 5 7 8
N 5 2 8
E 5 2 0 1
E 5 7 9
E 5 2 9
E 5 2 1 1
E 5 7 0 1
10 12 5 N 5 N E 5 7 0 1
P R RO T O E T EC C C CI D E E I O N O E E N NR O OC A C D O
10 0 0 2 25 N 5 N
E J J E E D E E D E ES C C AR G A
E L L . E N NT R T A R D A 4 2 2 6 60 . 0 0 0 m m .s .n. m .
C AP T TA C I IO N O 4 2 25 8 5 8. 0 m N . s .n.m .
4 2 6 0
N I V V E L L AC T TU AL D U D E L A L L AG U NA N P R RO T O E T EC C C CI I O N D O D E N N NR O R C O A E E C D O O
E S T A C I O N 0 + 0 0 0
4 2 6 5
L I IN E N A E E X XC A C V A D E C I IO N O N
10 0 07 5 N 7 5 N
0 7 2 4
N AM IN 4 I 4 2 N 26 2 6 2 m. m.s .n .m 5 7 2 4
9 9 9 7 75 N N 5 E l l . AL IV I V I I A D E 4 2 ER O 27 7 7 .6 7 O 6 m m .s .n R .m
P R RO Y O E Y C E CC I C I O ON D N D EL E AL I L IV I V I A D E ER O R O
P R R O OY E E C CC I C IO O N D C O N ON T T R E L A RO L D O D D E L L T O OR R E C O E C RE OM P E M U P E ER T R TA S
E S T A C I O N 0 + 0 6 3
0 5 4 3
R 1 4 .9
0 4 3 0 9 5 4 2
E J JE D D E E EL AL I L IV I V I A D E ER O R O
0 4 2 9
9 9 9 2 25 N N 5
10 0 02 5 N 2 5 N
4 2 7 0
P U UE N NT E P T P E E E AT D E E AR AR M ON A N L MA D O UR U A R
E L LE V E VA C IO I O N C C N 4 2 2 7 78 . 0 8 OR O O 0 m R ON A m .s .n C I .m IO N O
8 5 4 2
4 2 7 5
R 2 1 . 8
8 0 4 2
P R R O OY E E C CC I C IO O N T U N UB E B R D E E E L RI I A D E D L A E D E ES C S A C R G GA
P R RE S E SA D E R E E R E l. l. 4 2 GU G L U A 27 5 m 7 m E L 5 C I .s .n.m IO N A O AC N . C T T U UA L
P R RE S E SA S H HA L L LA P
E S T A C I O N 0 + 1 5 6
5 4 2 7
4 2 8 2 8 0
4 2 8 0
E J JE D D E E E P R RE S E SA
9 9 9 7 75 N N 5
R 1 1 . 6 N AM O 4 2 2 7 77 . 0 7 0 m m .s .n. m .
4 2 8 0
L I IN E N A E S D E X D E XC AV S E AC I IO N O
9 8 8 7 75 N N 5
0 8 0 4 2 8
4270
5 6 5 4 2 6 4 2 7 5 4 2
4 2 2 8 80 0
E 5 2 0 1
7 0 4 2
E 5 7 0 1
R 9 . 8
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA 7 5 4 2
R 6 4 2 26 0 6 0
TESIS DE GRADO :
7 0 4 2
9 8 8 2 25 N N 5 P R R O OT E T C E CC I C D E E I O N O E E N N NR O R OC A D O O
E S T A 6 0 C 4 2 I O N 0 + 3 0 1
6 5 2 6 4 2
REPRESAMIENTO A NIVEL DEPREFACTIBILIDAD DE LASLAGUNAS SHALLAPYRAJUCOLTAPARA AFIANZAR LAGENERACIONDE ENERGIA YPOTENCIADE LACENTRALHIDROELECTRICACAÑONDELPATO
9 8 87 5 N 7 N 5
PLANO:
UBICACIONPOLITICA E 5 7 8
E 5 2 9
E 5 7 9
E 5 2 0 1
E 5 7 0 1
Dpto : Ancash Prov : Huaraz Dist : Huaraz
PLANTA EMBALSE SHALLAP ESCALA :
1 : 1000 ELABORADO: Br. Fernando VegasGaldos.
FECHA :
PLANON° :
09/2000 REVISADO : Ing. Teresa VelásquezBejarano
6
P-4.1
Plano PG-03
TOPOGRAFÍA
Eje de presa Shallap
7
II. HIDROLOGÍA La oferta hídrica del proyecto está definida por la cuenca colectora de la Laguna Shallap, esta cuenca de 10.41km2, capta las aguas de la Laguna Shallap. A continuación se la Figura 1 donde se delimitan las cuencas en estudio y señalan las principales características morfológicas. Figura 1. Cuenca Colectora Laguna Shallap
Fuente: Carta Nacional
2.1 Parámetros geomorfológicos de la cuenca a. Perímetro (P) Perímetro de la cuenca Shallap: P =14.31 Km b. Área de la cuenca (A) A = 10.41 Km2 c. Coeficiente de compacidad o índice de Gravellius
Kc = 0.28 *
= 1.24,
Kc = 1.24 8
d. Factor de forma
Ff = 10.41/4.582= 0.49
e. Grado de ramificaciones Se considera un solo curso de agua, por lo tanto corresponde a orden 1.
f. Densidad de drenaje (Dd) ,
Dd = 4.58/10.41, Dd = 0.44 Km/Km2
g. Extensión media de escurrimiento superficial
= 0.57
h. Frecuencia de ríos
Fr = 1/10.41, Fr = 0. 10 ríos/Km2 i. Altitud media de la cuenca (H) 0.41*1000,
9
H = 5358 msnm j. Curva hipsométrica
10
k. Rectángulo equivalente
L = 4.68 Km l = 2.46 Km Verificando perímetro de la cuenca: (L+l)*2 = (4.68+2.46)*2 = 14.28 Km l. Pendiente media del río (Ic)
Ic = (5700‐4300)/1000x4.58, Ic = 0.38 = 38% m. Pendiente de la cuenca Pendiente media de la cuenca = 28%, que corresponde a una pendiente escarpada. Figura 2. Pendiente de la cuenca Shallap
11
2.2 Información hidrológica Se tomará la información de caudales medios del estudio hidrológica de la laguna Shallap. El caudal medio, se muestra en el cuadro 1. Cuadro 1. Caudal medio LAGUNA SHALLAP CAUDALES PROMEDIOS MENSUALES GENERADOS (m3 /s) AÑO
ENE
FEB
CUENCA: LAGUNA SHALLAP AREA: 14.98 Km2
MAR
ABR
O CT
NO V
197 0
0.73
0 .58
0.54
0.39
MAY 0.30
0.2 2
JUN
0.17
JUL
AGO 0.1 5
0.16
S ET
0.25
0.36
0.38
DIC
MEDIA 0.4
197 1
0.74
0 .79
0.94
0.56
0.24
0.2 0
0.13
0.1 1
0.15
0.23
0.25
0.46
0.4
197 2
0.52
0 .71
0.62
0.35
0.25
0.2 0
0.17
0.1 7
0.17
0.19
0.29
0.28
0.3
197 3
0.50
0 .50
0.48
0.54
0.27
0.1 8
0.13
0.1 3
0.14
0.31
0.49
0.48
0.3
197 4
0.62
0 .70
0.66
0.43
0.22
0.1 5
0.13
0.1 2
0.12
0.20
0.32
0.30
0.3
197 5
0.50
0 .47
0.71
0.46
0.32
0.1 7
0.14
0.1 4
0.15
0.19
0.31
0.29
0.3
197 6
0.43
0 .47
0.51
0.42
0.27
0.1 8
0.16
0.1 4
0.16
0.31
0.34
0.40
0.3
197 7
0.52
0 .45
0.49
0.39
0.23
0.1 3
0.15
0.1 9
0.18
0.27
0.37
0.40
0.3
197 8
0.37
0 .43
0.40
0.35
0.26
0.1 9
0.17
0.1 4
0.22
0.26
0.32
0.44
0.3
197 9
0.47
0 .56
0.76
0.38
0.25
0.1 8
0.15
0.1 7
0.19
0.24
0.30
0.40
0.3
198 0
0.39
0 .41
0.36
0.32
0.22
0.2 0
0.14
0.1 8
0.27
0.29
0.49
0.54
0.3
198 1
0.42
0 .77
0.60
0.30
0.21
0.1 7
0.18
0.1 6
0.17
0.27
0.48
0.52
0.4
198 2
0.56
0 .62
0.35
0.32
0.28
0.2 3
0.13
0.1 3
0.18
0.36
0.55
0.59
0.4
198 3
0.68
0 .58
0.54
0.44
0.26
0.1 8
0.18
0.1 5
0.20
0.32
0.43
0.41
0.4
198 4
0.33
0 .68
0.63
0.39
0.26
0.1 7
0.12
0.1 3
0.15
0.26
0.25
0.37
0.3
198 5
0.33
0 .28
0.32
0.32
0.20
0.1 2
0.08
0.1 0
0.24
0.24
0.33
0.31
0.2
198 6
0.41
0 .40
0.38
0.30
0.21
0.1 2
0.11
0.1 5
0.14
0.20
0.25
0.43
0.3
198 7
0.74
0 .60
0.50
0.41
0.35
0.1 6
0.13
0.1 7
0.19
0.33
0.42
0.60
0.4
198 8
0.54
0 .48
0.41
0.32
0.24
0.1 6
0.12
0.1 4
0.15
0.26
0.32
0.31
0.3
198 9
0.43
0 .57
0.68
0.63
0.32
0.1 4
0.08
0.1 4
0.18
0.28
0.36
0.59
0.4
199 0
0.49
0 .44
0.36
0.33
0.21
0.1 4
0.11
0.1 9
0.16
0.23
0.38
0.41
0.3
199 1
0.42
0 .43
0.58
0.36
0.29
0.2 1
0.16
0.2 0
0.20
0.22
0.27
0.42
0.3
199 2
0.46
0 .44
0.45
0.40
0.30
0.2 5
0.20
0.2 3
0.31
0.34
0.44
0.53
0.4
199 3
0.50
0 .64
0.62
0.63
0.24
0.1 0
0.07
0.0 6
0.10
0.17
0.42
0.67
0.4
199 4
0.54
0 .71
0.57
0.46
0.21
0.1 3
0.08
0.1 1
0.16
0.21
0.33
0.34
0.3
199 5
0.41
0 .45
0.76
0.78
0.27
0.1 8
0.14
0.1 5
0.18
0.27
0.38
0.45
0.4
PRO M
0.5
0.5
0.5
0.4
0.3
0 .2
0.1
0.1
0.2
0.3
0.4
0.4
0.3
MAX
0.7
0.8
0.9
0.8
0.4
0 .3
0.2
0.2
0.3
0.4
0.5
0.7
0.4
MIN
0.3
0.3
0.3
0.3
0.2
0 .1
0.1
0.1
0.1
0.2
0.2
0.3
0.2
D.S .
0.1
0.1
0.2
0.1
0.0
0 .0
0.0
0.0
0.0
0.1
0.1
0.1
0.0
C.V.
0.2
0.2
0.3
0.3
0.1
0 .2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.1
El caudal promedio de la cuenca es 0.30 m3/s. Los mayores caudales se presentan en temporada de lluvias de enero a marzo con 0.50 m3/ y los caudales mínimos durante los meses de julio y agosto con 0.10 m3/s.
12
3.
DEMANDA DE AGUA
REQUERIMIENTO DE AGUA CON PROYECTO CONSTRUCCIÓN DE LA PRESA SHALLAP, CON FINES DE RIEGO EN EL DISTRITO DE RESATAURACIÓN - HUARAZ Parámetros Ene Area (has) 470.00 320.00 Et o (mm/mes) 128.94 Kc ponderado 1.00 Et c (mm/mes) 128.45 Pe efectiva 75%(mm/mes) 68.26 Def hum (mm/mes) 60.20 3 Req. neto (m /ha/mes) 601.97 Efic. de riego (%) 0.40 Req. bruto (m3/ha/mes) 1,504.92 Dias del mes 31.00 Req. bruto (m3/ha/dia) 48.55 Tiempo (horas) 24.00 Mr (lit/seg/ha) 0.56 Q requerido (lit/seg) 179.80 Q requerido (m3/seg) 0.180 Vol. (MMC/mes) 0.48 Vol. proyecto(MMC) 6.04
Feb 320.00 128.49 1.01 130.06 58.57 71.49 714.91 0.40 1,787.27 28.00 63.83 24.00 0.74 236.41 0.236 0.57
Mar 320.00 122.51 0.87 106.66 76.59 30.07 300.66 0.40 751.65 31.00 24.25 24.00 0.28 89.80 0.090 0.24
Abr May 230.00 235.00 110.93 115.25 0.80 0.80 88.79 91.69 68.19 3.56 20.61 88.13 206.06 881.26 0.40 0.40 515.15 2,203.15 31.00 30.00 16.62 73.44 24.00 24.00 0.19 0.85 44.24 199.75 0.044 0.200 0.12 0.52
Jun Jul 280.00 280.00 107.21 107.78 0.83 0.97 88.49 104.39 8.55 0.00 79.94 104.39 799.39 1,043.91 0.40 0.40 1,998.47 2,609.77 31.00 30.00 64.47 86.99 24.00 24.00 0.75 1.01 208.92 281.92 0.209 0.282 0.56 0.73
Ago Set 280.00 245.00 120.44 117.91 0.94 0.92 112.85 108.74 5.91 2.92 106.94 105.82 1,069.39 1,058.19 0.40 0.40 2,673.47 2,645.48 31.00 31.00 86.24 85.34 24.00 24.00 1.00 0.99 279.48 241.99 0.279 0.242 0.75 0.65
Oct 305.00 129.19 0.72 92.40 33.84 58.56 585.60 0.40 1,463.99 31.00 47.23 24.00 0.55 166.71 0.167 0.45
Nov 280.00 110.00 0.73 79.75 9.83 69.92 699.15 0.40 1,747.88 31.00 56.38 24.00 0.65 182.72 0.183 0.49
Fuente: Ela boraci ón GRUPO 06
4.
VOLUMEN UTIL
Considerando los caudales medios mensuales de la cuenca y el requerimiento mensual, el volumen máximo útil del represamiento es 2.0 millones de metros cúbicos. Para garantizar la demanda de agua con fines agrícolas y persistencia al 75%; la dotación debe estar en el rango de 150 250 litros/s. En los meses de mayor requerimiento de agua (junio, julio, agosto, septiembre y octubre), la dotación será de 250 L/s. El resto de los meses del año, la dotación será de 150 L/s.
13
Dic 320.00 131.85 0.88 115.45 54.29 61.16 611.55 0.40 1,528.88 30.00 50.96 24.00 0.59 188.75 0.189 0.49
CALCULO DEL VOLUMEN UTIL MINIMO DEL EMBALSE SHALLAP - CUENCA DE L RIO SANTA QUE RESPONDE A UNA DEMANDA MENSUAL CONSTANTE DE 282 litros/seg. METODO DEL PICO SECUENTE DIAS
AÑOS
MES
Q (m3/s)
De manda (m3/s)
Vol m3 x 10** 6
De manda m3 x 10** 6
Entrada Ne ta al vaso m3 x 10** 6
Entrada Ne ta al v aso Acom m3 x 10** 6
Xi
Di
(Xi - Di)
(6)
(7)
(8)
Σ (Xi - Di) (9)
Picos Secuentes Maximos
Volume n en Vaso m3 x 10** 6
De rrame De rrame mensual total m3 x 10** 6 m3 x 10** 6
Estado del Vaso
Si = Pi - Ti (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(10)
(11)
2.4 31
E
0.73
28
F
0 .58
31
M
0.54
30
A
0 .39
31
M
0.30
30
J
0 .22
31
J
0 .17
31
A
0 .15
30
S
0 .16
31
O
0 .25
30
N
0 .36
31
D
0 .38
E
0.74
28
F
0 .79
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31
A
0 .06
30
S
0 .10
31
O
0.17
30
N
0 .42
31 31
D 1994
0 .67
E
0.54
28
F
0 .71
31
M
0 .57
30
A
0 .46
31
M
0 .21
30
J
0.13
31
J
0.08
31
A
0 .11
30
S
0 .16
31
O
0 .21
N
0 .33
D
0 .34
E
0.41
28
F
0 .45
31
M
0 .76
30 31 31
1995
30
A
0 .78
31
M
0 .27
30
J
0.18
31
J
0.14
31
A
0 .15
30
S
0 .18
31
O
0 .27
30
N
0 .38
31
D
0 .45
0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282
1.2
0.8
0.5
30.6
2.1
0.0
Lleno
1.1
0.7
0.4
30.9
2.4
0.1
Lleno
1.2
0.8
0.4
31.4
2.4
0.4
Lleno
1.0
0.7
0.3
31.7
2.4
0.3
0.8
0.8
0.0
31.7
2.4
0.0
0.7
0.7
-0.1
31.7
2.3
0.0
0.5
0.8
-0.2
31.4
2.1
0.0
0.6
0.8
-0.2
31.3
2.0
0.0
0.8
0.7
0.1
31.4
2.0
0.0
0.9
0.8
0.2
31.5
1.1
0.7
0.4
31.9
1.4
0.8
0.7
32.6
1.3
0.8
0.6
1.6
0.7
1.7
0.8
1.6
0.7
0.9
35.9
0.7
0.8
-0.1
35.8
0.3
0.7
-0.5
0.2
0.8
0.2
0.8
0.2
0.7
0.282
0.5
0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282 0.282
P23 T23
0.38
Lleno 0.9
Lleno Lleno
Lleno
Altura Util 2.2
0.0
Lleno
2.4
0.2
Lleno
2.4
0.7
Lleno
33.2
2.4
0.6
Lleno
0.9
34.1
2.4
0.9
Lleno
0.9
35.0
2.4
0.9
2.4
0.9
2.3
0.0
35.3
1.8
0.0
-0.6
34.7
1.3
0.0
-0.6
34.1
0.7
0.0
-0.5
33.6
0.2
0.0
0.8
-0.3
33.4
1.1
0.7
0.4
1.8
0.8
1.4
0.8
1.7
0.7
1.5
P24
T24
2.42
Lleno 4.1
Lleno Lleno
0.0
0.0
33.7
0.4
0.0
1.0
34.8
1.4
0.0
0.7
35.4
2.1
0.0
Lleno
1.0
36.5
2.4
0.7
Lleno
0.8
0.8
37.2
2.4
0.8
1.2
0.7
0.5
37.7
2.4
0.5
0.6
0.8
-0.2
37.5
2.2
0.0
0.3
0.7
-0.4
37.1
1.8
0.0
0.2
0.8
-0.5
36.6
1.3
0.0
0.3
0.8
-0.5
36.1
0.8
0.0
0.4
0.7
-0.3
35.8
0.5
0.0
0.6
0.8
-0.2
35.6
0.3
0.0
0.8
0.7
0.1
35.7
0.4
0.0
0.9
0.8
0.2
35.9
0.6
0.0
1.1
0.8
0.3
36.2
0.9
0.0
1.1
0.7
0.4
36.6
1.3
0.0
2.0
0.8
1.3
37.9
2.4
2.0
0.7
1.3
39.2
0.7
0.8
0.0
39.2
0.5
0.7
-0.3
0.4
0.8
0.4
0.8
0.5
0.7
0.7
P25
T25
2.10
0.2
2.4
1.3
2.4
0.0
38.9
2.1
0.0
-0.4
38.5
1.7
0.0
-0.3
38.2
1.4
0.0
-0.3
37.9
1.1
0.0
0.8
0.0
37.9
1.1
0.0
1.0
0.7
0.2
38.1
1.4
0.0
1.2
0.8
0.5
38.6
1.8
0.0
P26
Lleno 1.9
Lleno
Lleno 1.5
Lleno Lleno
Lleno
Luego de encontrar el mayor valor de Pi - Ti, esto quiere decir que históricamente, este sería el volumen máximo que requeriría la presa para poder abastecer la demanda hídrica de 282 litros/seg. Con este valor entramos a la curva de altura y volumen y determinamos la altura para entre el NAMI y EL NAMO
17
Determinándose que se requiere una elevación de 7 metros para el volumen entre el NAMI y el NAMO de la presa
4. ANALISIS EXTREMOS
DE
EVENTOS
Consideracione s Se considera el caudal máximo para un periodo de retorno de 100 años No se cuenta con información hidrométrica (data histórica de caudales máximos), para hacer uso del método estadístico. No se cuenta con información de precipitación máxima para 24 horas, para hacer uso del modelo precipitación – escorrentía Por lo se hará uso del método empírico de Mac Math, con fines de prediseño. 4.1 Coeficiente escorrentía
de
Es el cociente entre el caudal de agua que circula por una sección de una cuenca a consecuencia de un suceso lluvioso (lluvia neta), y el volumen de agua que ha precipitado sobre la misma (lluvia total). Es la proporción de lluvia real que produce escorrentía superficial. Considerando la cuenca con cobertura pobre y pendiente superior al 7%, se tiene un coeficiente de 0.55, para un periodo de retorno de 100 años .
18
Fuente: Ven Te
Chow
4.2 Tiempo de concentración (Tc) También llamado tiempo de entrada, es el tiempo que tarda una gota de agua caída en un punto de la cuenca en alcanzar a entrada al sistema de colectores (escorrentía superficial). El tiempo de concentración se calculará mediante tres métodos: Servicio de Conservación de Suelos de California, Temez y Kirpich. 4.2.1 Servicio de Conservación de Suelos de California Se relaciona con la siguiente expresión:
Dónde: L = longitud del cauce principal H = diferencia de cotas
19
Tc = 0.43 horas
20
4.2.2 R. Temez Se relaciona con la siguiente expresión:
Dónde: L = longitud del cauce principal Sj = pendiente del cauce
Tc = 0.85horas 4.3.3 Kirpich Se relaciona con la siguiente expresión:
Dónde: L = longitud del cauce principal SK= pendiente media de la cuenca
Tc = 0.36horas Según los métodos, el tiempo de concentración puede variar 0.36 a 0.85 horas, pudiendo tomar un promedio de 0.55 horas.
21
4.4 Cálculo de la intensidad Para calcular la intensidad de la precipitación, se empleará la siguiente fórmula:
Dónde: T = tiempo de retorno Tc= tiempo de concentración
I = 34.5 mm/horas Si consideramos un tiempo de concentración de 0.55 horas, la Intensidad será 34.5 mm/horas. 4.5 Cálculo del caudal máximo Se calculará mediante el método de Mac Math, tal como se indica:
Dónde: C = coeficiente de escorrentía I = intensidad (mm/hora) A = área de cuenca (ha) S = pendiente
Q = 15.00 m3/s Si consideramos una intensidad de 34.5 mm/hora, el caudal máximo será Q = 15 m3/s.
22
3.2 GEOMORFOLOGIA Regionalmente la Laguna Shallap se ubica en la unidad geomorfológica Superficie Puna la cual presenta una topografía suave y ondulada, y es reconocible en gran parte de la región, a pesar de haber sufrido una fuerte disección posterior. Esta superficie puna, por lo general se encuentra a una altitud de 4,200 – 4,400 m.s.n.m., aunque tiene variaciones locales. Las geoformas locales que caracterizan a la cordillera son los valles en U, las lagunas de origen glaciar y los depósitos tipo morrenas y fluvioglaciares. 3.3 SISMICIDAD De acuerdo al Mapa de Zonificación Sísmica del Perú, según la Norma Técnica de Construcciones E-030, 1989), el área de estudio se ubica en la Zona III (Ver Figura 4 “Zonificación Sísmica”), que se caracteriza por una actividad sísmica del tipo Alta, existiendo las posibilidades que ocurra sismos de intensidades considerables en la Escala de Mercalli modificada de VI grados de intensidad. (Ver Figura 5 “Máximas Intensidades Sí smicas” ).
Teniendo en cuenta la Norma Técnica NTE E-30 y el predominio del suelo bajo la cimentación,
se recomienda
adoptar
en los diseños
Sismo-Resistentes,
el
siguiente parámetro: Factor de Zona = 0.40 Factor (g) Si bien es cierto que en la zona de estudio, no se han detectado fallamientos superficiales del tipo activo, que este asociado a la ocurrencia de los sismos, para los
diseños de las obras y en consideración a las características sísmicas del área de estudio, se recomienda adoptar un Coeficiente sísmico para Presas de Tierra de 0.15 a 0.25 y para Presas de Enrocado de 0.10 a 0.20 (Ver Figura 6 “Coef iciente Sísmico para Presas Pequeñas y Medianas”).
23
Figura N° 6: Zonificación Sísmica
24
Figura N° 5: Máximas Intensidades Sísmicas
25
Figura N° 6: Coeficiente sísmico para presas pequeñas y medianas
26
IV. REPRESAMIENTO DE LA LAGUNA SHALLAP 4.1 Descripción y estado de la Laguna Shallap En la actualidad, la laguna ha alcanzado su máximo desarrollo longitudinal, al limitar el espejo de agua en la parte posterior con material rocoso, sobre el cual se encuentra el frente glaciar, a una distancia inclinada aproximada de 672m. Los flancos laterales, son de material morrénico, en su mayoría estable y con alta cobertura vegetal, a excepción de la zona de arranque del flanco derecho, donde se observa una área con torrenteras y de fuerte erosión, de la cual, se vienen produciendo pequeños derrumbes hacia la laguna, sin significar mayor peligro. (Ver fotos Nos 1, 2 y 3).
Foto Nº 01.- Vista general de la laguna Shallap, donde además se pueden ver, las obras civiles de seguridad en el dique frontal. Fuente:
INRENA,
Glaciología UGRH
y
Huaraz.
Unidad
Recurso
de
Hídricos
Memoria
Anual
2005
FOTO 02: Vista de la zona posterior de la laguna de material rocoso, y los flancos morrénicos, con fuerte cobertura vegetal. Fuente: INRENA, Unidad de Glaciología y Recurso Hídricos UGRH Huaraz. Memoria Anual 2005
27
FOTO 03: En la vista, la zona de arranque del flanco derecho, con torrenteras y áreas erosionadas. Fuente: INRENA, Unidad de Glaciología y Recurso Hídricos UGRH Huaraz. Memoria Anual 2005
4.2 Geomorfología Local El modelado que corresponde a la laguna y quebrada Shallap son geoformas de valles de cordilleras con precipitaciones superiores a los 400 mm. (nieve) con temperaturas mínimas entre -10º y -20º.
La quebrada se formó durante las crisis climáticas pluvio glaciares del cuaternario cuyo modelado favoreció la formación de la laguna, aguas arriba de morrenas frontales con presencia de morrenas laterales. El principal proceso geomorfológico fue la acción glaciar por limadura, corración atrición y transporte de los materiales por tracción y/o suspensión. El valle formado por la acción glaciar es de la forma típica de valles en “U”, donde la erosión glaciar actuado en rocas intrusivas y areniscas (rocas de basamento). Es notable la geoforma: Morrenas terminales y laterales; así como depósitos del cuaternario reciente o depósitos coluviales o escombros de talud y depósitos aluviales. 28
Los índices morfométricos del eje de presa de la Laguna Shallap son los que se presentan en Cuadro G-01 siguiente:
29
CUADRO Nº G - 01 " INDICES MORFOMETRICOS - EJE DE PRESA LAGUNA SHALLAP" SECTOR
PENDIENTES DE ESTRIBOS (º) ALTURA DE IZQUIERDO
EJE DE PRESA SHALLAP
DERECHO
> 45º
< 45º
LITOLOGIA CORONACION COTA LONGITUD ESTRIBO CAUCE PRESA (m.) m.s.n.m m IZQUIERDO
9.50
4279.50
45.00
ESTRIBO DERECHO
CONDICIONES GEOTECNICAS
Condiciones Depósitos Depósitos Depósitos geotécnicas favorables. Morrénicos Morrénicos Morrénicos Altura limitada por condiciones Roca Roca Roca topográficas. Intrusiva Intrusiva Intrusiva Cimentación en roca
4.3 Condiciones geológicas y geotécnicas de la zona de embalse Como roca de basamento (Formación
Chicama)
con
están presentes: excelente
la formación rocosa de areniscas
capacidad
portante
>
1000
Kg/cm 2,
efectivamente impermeables (10-9 cm/s), con morrena meteorizada y/o con espesor superior a 100 m. Cubriendo a las areniscas están las morrenas laterales y frontales y de fondo con espesor no conocido. permeabilidad
Caracterizadas
ligera a efectivamente
(> 500 Kg/cm2),
por ser resistentes impermeable
(10-9
–
10-5) y ambos
materiales (areniscas y morrenas) le confieren buenas condiciones de estanqueidad al vaso.
Estabilidad de Taludes
El estribo derecho del vaso, presenta taludes empinados
en morrenas laterales significando un relativo riesgo de remoción de material morrénicos. Los taludes del flanco izquierdo son de buena estabilidad tanto de las morrenas como de las formaciones rocosas. La parte posterior de la laguna corresponde a una zona glaciar con taludes estables y que yacen sobre rocas masivas
y de buena estabilidad. Estos glaciares se
encuentran en evidente retroceso. 4.4 Condiciones geológicas y geotécnicas de la zona de boquilla Es preciso resaltar que el nivel actual de la laguna corresponde a la cota 4285 m.s.n.m, es decir 15 m. por encima del nivel actual, habiéndose construido en el año 1974 un 30
dique de 16 m de altura, cuya densidad de compactación alcanzada es de 78 a 129%. El dique esta cimentado en morrenas frontales.
31
Litología Tal como se indicó anteriormente la zona de boquilla se caracteriza por estar compuesta de materiales morrénicos terminales caracterizados por ser de naturaleza gravo- arenosos con limos y arcillas cuyas características físicas mecánicas serían: resistencia > a 4 Kg/cm2, considerando como material duro y permeabilidad de 10 -5 a 10-9 cm/s.
Yace sobre rocas intrusivas de tipo diorítico, cuyo espesor en el eje no conoci do, indicándose que es del orden de los 100 m. Por lo que la obra de cierre se emplazaría en morrenas glaciares impermeables. La calificación geológica para la formación rocosa intrusiva es de 75, y el factor geológico es de 1.25, el detalle de la calificación se presenta en el Cuadro G-02. CUADRO Nº G-02 "CALIFICACION GEOLOGICA EJE DE PRESA LAGUNA SHALLAP" PROYECTO: REPRESAMIENTO LAGUNA SHALLAP ALTERNATIVA DE PRESA CALIFICACIÓN GEOLOGICA 1.-
IDENTIFICACION
TIPO DE OBRA
LAGUNA
DENOMINACION
ALTERNATIVA
SHALLAP
REPRESAMIENTO LAGUNA SHALLAP
I
PRESA
2.- TIPO RECOMENDADO: Tierra Sección Graduada, Enrocado y Concreto. 3.- ELEMENTO
ASPECTO
CALIFICACION F : 20.0
POTENCIA 20%
x
M : 10.0
< 5 - 20 m (valor prom edio)
D : 2.0
3.1 EXCAVACION 35% CONDICIONES 15%
DESCRIPCION < 5 m (valor prom edio) >20 m (valor prom edio )
F : 15.0
x
Con equipos convencionales
M : 7.5
x
Convencional y voladura ocas ional
D : 1.5
Con voladura
32
LITOLOGIA 10%
3.2 ESTABILIDAD DE APOYOS Y AREAS ADYACENTES 30%
F : 10.0
x
Rocas duras , is otrópicas , s anas
M : 5.0
x
Rocas m edian am ente duras , es tratificadas m edianam ente al terada s
D : 1.0
Rocas débil es , intens a y des favorablem en te es tratificadas , m uy alterad as
F : 10.0
Baja frecuencia, actitud favorable
DISCONTINUIDADES M : 5.0 10% D : 1.0 GEOMORFOLOGIA 10%
x
Alta frecu encia, actitud d es favorable
F : 10.0
v) < 30º o es calonado y con capas portantes
M : 5.0
x
D : 1.0
3.3 TECTONICA 10%
x
Indicación de fallas pero cicatrizadas
D : 0.5
Area intens am ente fallad a
x x
M : 2.5 D : 0.5
x
D : 1.5
x
PERMEABILIDAD 10% M : 5.0
Fundación m uy perm eable F: Favorable > 75
75
M: Mediano 50 - 75
100 - 80 = 25
5.- FACTOR GEOLOGICO
Fundación poco perm eable Fundación m edianam ente perm eable
D : 1.0
CALCULOS DEL FACTOR GEOLOGICO
Fundación con poco tratam iento y/o sobre excavació n Fundación con intens o tratam iento y s obre excavaci ón
F : 10.0
4.- CALIFICACION GEOLOGICA (∑ )
Medianam ente fracturado Fundación s in tratam ien to
M : 7.5
3.4 FUNDACIONES 25%
Poco fracturado Intens am ente fracturado
F : 15.0
CAPACIDAD DE SOPORTE 15%
Sin indicación de fallas en el área
M : 2.5 F : 5.0
FRACTURAS 5%
v) 30º - 50º o poco es calonado y pocas capas portantes v) > 50º o s in e s calonam iento y sin cap as portantes .
F : 5.0 FALLAS 5%
Mediana frecuenci a, actitud m edia
D: Des favorable < 50
1.25
6.- OBSERVACIONES: Cuando se cumplen dos condiciones se marcan ambas y se toman como valor de calificación el promedio.
Para la presente etapa se ha elaborado un perfil con la Sectorización Ingeniero Geológico de la Presa en la Laguna Shallap, que incluye las características geotécnicas de los diferentes tipos de materiales que serán involucrados por las obras.
La
calidad de los macizos rocosos, se han determinado mediante los siguientes
estudios: Geología
de
superficie,
clasificaciones
geomecánicas
de superficie, Investigaciones Geotécnicas ejecutadas en la Zona de Presa. Basado en los resultados de las investigaciones ejecutadas en la zona de presa, se tiene el Cuadro G-03 Zonamiento Ingeniero Geológico del Eje de Presa Shallap y el Plano PG-05, donde se detallan características geotécnicas.
33
Estudio a nivel de Perfil Proyecto: Construcción de la Presa Shallap para fines de riego y agua potable en el distrito de Huaraz “
”
Plano PG-05: Perfil Estratigráfico Presa Shallap
CUADRO Nº G-03: ZONAMIENTO INGENIERO GEOLOGICO - REPRESAMIENTO LAGUNA SHALLAP
ZONA
CARACTERISTICAS
DEPOSITOS MORRÉNICOS
Material Gravoarenos o con lim os y arcillas
Rocas m eteorizadas ROCA INTRUSIVA y fracturadas . Roca (GRANODIORITA) de m ediana calid ad.
POTENCIA (m) Est. Der.
Cauce
PERMEABILIDAD K (cm /seg) Est.Izq.
< 2.00 m . > 10.00 m . < 2.00 m .
2.00 m .
> 2.00 m .
2.00 m .
ROCA INTRUSIVA Roca s ana de buena > 50.00 m . > 50.00 m . > 50.00 m . (GRANODIORITA) calidad
RMR I II III IV
Calidad de Roca Muy Buena Buena Media Mala Muy Mala
Est. Der.
Cauce
10 -6
10 -6
10 -6
10 -4 - 10-5 10-4 - 10-5 10 -4 - 10-5
10 -5
10 -5
RMR
Est.Izq. Est. Der. Cauce Est.Izq.
10 -5
-
-
-
III
III
III
II
II
II
Rango de perme abilidad K ( cm/seg) 10 -2 a 10-3 Muy perm eable a p erm eable 10 -4 a 10-5 co per m eabl e a p rácticam ente im perm eab 10 -5 a 10-6Prácticam ente im perm eable a im perm eab
CUADRO Nº G-03: ZONAMIENTO INGENIERO GEOLOGICO - REPRESAMIENTO LAGUNA SHALLAP
ZONA
CARACTERISTICAS
DEPOSITOS MORRÉNICOS
Material Gravoarenos o con lim os y arcillas
Rocas m eteorizadas ROCA INTRUSIVA y fracturadas . Roca (GRANODIORITA) de m ediana calid ad.
POTENCIA (m) Est. Der.
Cauce
PERMEABILIDAD K (cm /seg) Est.Izq.
< 2.00 m . > 10.00 m . < 2.00 m .
2.00 m .
> 2.00 m .
2.00 m .
Calidad de Roca Muy Buena Buena Media Mala Muy Mala
Cauce
10 -6
10 -6
10 -5
10 -5
RMR
Est.Izq. Est. Der. Cauce Est.Izq. 10 -6
10 -4 - 10-5 10-4 - 10-5 10 -4 - 10-5
ROCA INTRUSIVA Roca s ana de buena > 50.00 m . > 50.00 m . > 50.00 m . (GRANODIORITA) calidad
RMR I II III IV V
Est. Der.
10 -5
-
-
-
III
III
III
II
II
II
Rango de perme abilidad K ( cm/seg) 10 -2 a 10-3 Muy perm eable a p erm eable 10 -4 a 10-5 co per m eabl e a p rácticam ente im perm eab 10 -5 a 10-6Prácticam ente im perm eable a im perm eab
Estabilidad de Taludes En la zona de boquilla, frente aguas abajo de las morrenas terminales o frontales conserva un talud de 59% lo que permite que la zona sea de una excelente estabilidad. Estanqueidad Las condiciones de estanqueidad para una obra de presa de regulación son buenas, pues se deduce una excelente impermeabilidad de las rocas de basamento y de muy buena en los materiales morrénicos en los terminales. Aliviadero y Obra de descarga Ambas estructuras
hidráulicas
se cimentarían
sobre morrenas glaciares cuyas característica físicas mecánicas se indicó para el área de la boquilla. Excavación para la Cimentación En el presente caso, para la implantación de la presa, se dan los siguientes rangos de las excavaciones : Estribo Izquierdo: Excavación mínima de 4.00 metros por debajo del relieve actual de la roca, medido normalmente al relieve del estribo. Zona entre estribos: Excavación mínima de 12.00 metros por debajo de la cota. Estribo derecho: Excavación mínima de 4.00 metros debajo del relieve actual, 33
medido normalmente al relieve del estribo.
34
Para los fines de medición y estimación de los costos de obra, las excavaciones en superficie serán clasificadas según el tipo de material a excavar de acuerdo a la siguiente descripción: Roca Fija (RF): Cuando requieren de uso sistemático de explosivos para su afloje y remoción. Roca Suelta, Fracturada
o blanda (RS): Removible con maquinaria y uso de
explosivos en menor porcentaje para su afloje y posterior remoción . Suelo (S): Material removible con medios manuales y/o mecánicos. Para el caso del movimiento de tierras durante la construcción de la Presa en la laguna Shallap, se ha de utilizar la clasificación del material de excavación que se detalla en el Cuadro G- 04 siguiente: CUADRO Nº G-04: CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL DE EXCAVACIÓN - ALTERNATIVA DE PRESA SHALLAP LITOLOGÍA SECTOR
FORMACIÓN GEOLÓGICA
PORCENTAJE DE MATERIAL POTENCIA A EXCAVAR
ROCA FIJA ROCA SUELTA (RF) (RS)
SUELO (S)
DEPÓSITO MORRÉNICO
2.00 m etros
-
45
55
ROCA INTRUSIVA
2.00 m etros
60
25
15
DEPÓSITO MORRÉNICO
10 m etros
-
35
65
ROCA INTRUSIVA
2.00 m etros
50
35
15
DEPÓSITO MORRÉNICO
2.00 m etros
-
45
55
ROCA INTRUSIVA
2.00 m etros
60
25
15
ESTRIBOS DERECHO
ZONA DE CIERRE
ZONA ENTRE ESTRIBOS(CAUCE)
ESTRIBO IZQUIERDO
Con estos rangos de excavación se trata de eliminar las zonas con material muy permeable, como los observados en la zona de estribos. Si durante el proceso constructivo, se detecta que la permeabilidad de los materiales de relleno es alta, deberán tratarse adicionalmente mediante inyecciones. 4.5 Canteras y materiales de préstamo La necesidad de roca y agregados para cubrir las demandas de construcción de las obras de presa se proveerá de las canteras que a continuación se detallan:
35
Cantera de Roca La cantera de roca para enrocado o roca fragmentada se utilizara de las inmediaciones de la boquilla o del afloramiento granítico en un radio de 500 a 800 metros. Material Fino En las cercanías de la zona de boquilla se ubican dos tipos de materiales: Depósitos Morrénicos: compuestos por materiales gravo arcillosos a areno
arcillosos con abundancia de piedras se les ubica en un radio de 500 m. Depósitos limoarcillosos y/o arenolimosos, se ubica a una distancia de 2.5 Km aguas abajo de la laguna. Agregados Los agregados para concretos se obtendrán de depósitos ubicados en la boquilla y de otros ubicados en la quebrada Shallap a una distancia de 4 Km.
V. PREDIMENSIONAMIENTO PRESA SHALLAP 1- Borde Libre Altura de resguardo, frente a altura de olas que se forman por acción del viento Velocidad viento= 20 km/h = 5.55 m/s Fetch= 0-90 km W= 0.30 km W/F= 0.3/.9 W/F= 0.33, con este dato entramos a la curva de Saville Fe/F= 0.52 Fe= 0.468
Stevenson h= 0.76 +0.34*(Fe)^0.5 – 0.26(Fe)0.25 h= 0.78 m FS= 1.5 h= 1.5* 0.78 = 1.17 m Knapen Bl= 0.75 Ho + (Vg)^2/2g Bl= 2.42
Se adopta h= 2.50 m
2- Altura de Presa De la topografía y de los datos hidrológicos, se obtienen: 36
Cota Corona NAMO Cota Excavación
= 4 279.5 msnm = 4 277.0 msnm = 4 270.0 msnm
H = NAMO – Cota Excavación H = 9.5 m.
3- Ancho de Corona La determinación del ancho de corona se obtuvo, con la aplicación de las siguientes expresiones, en función de la altura máxima de presa.
Bureau of Reclamation B= H/5 + 10(pies) B= H/5 + 3.048 m B= 9.5/5 + 3.048 B= 4.95 m Formula Italiana B= 1.4 * (H-1.5)^0.5 B= 1.4 * (9.5-1.5)^0.5 B= 3.96 m Formulas Japonesa B= 3.6*(H)^1/3 - 3 B= 3.6*(9.5)^1/3 – 3 B= 4.62 m Norma Española B= k * [3 + 1.5*(9.5-15)^1/3] B= 1.3 * [3 + 1.5*(9.5-15)^1/3] B= 0.53 m Del manual Practico W= 0,24 * H +3 (m) W= 0,24 * 9.50 +3 m W= 5.28 m Se adopta, un ancho de corona B= 6 m
4- Taludes Los taludes adoptados están en función de los materiales de cantera, así como de la estabilidad que pueda tener la presa. El Bureau o Reclamation recomienda.
Tipo de presa
Condición cimiento
Talud Aguas aguas arriba abajo 37
Homogenea Estable Escollera
Estable
3:1 - 4:1
2:1 - 2.5:1
1.7:1 - 1.5:1
> 1.5:1
Asumimos Aguas arriba: 2:1 Aguas abajo: 2.5:1 5- Perfil del Núcleo Ancho de fundación :3.00 m Talud de la Trinchera :0.5/1 (H/V) Altura de la Trinchera: 3.00 m Altura total del ancho : 9.50 Talud del núcleo : 0.3/1, (H,V) PLANO: PLANTA
TOPOGRAFÍA
Eje de presa Shallap
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