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ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS Informe Final 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA VOLUMEN I MEMORIA DESCRIPTIVA

Estudio Prefactibilidad Represa Callazas

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VOLUMEN I

MEMORIA DESCRIPTIVA

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INDICE

RESUMEN EJECUTIVO 4

Objetivos del Estudio 4

Marco Geológico 4

Recursos Hídricos 5

Evaluación 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. INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO 12

2.1. Ubicación del Proyecto 12

2.2. Vías de Comunicación 12

2.3. Topografía 13

2.4. Recursos Hídricos 14

2.4.1 Disponibilidad Hídrica 14

2.4.2 Volumen de Sedimentos 21

2.4.3 Avenidas 24

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2.4.4 Calidad de Agua 29

2.5. Geología 33

2.5.1 Geología Regional 33

2.5.2 Geología Local de los Ejes de Presa 35

2.5.3 Geología Local de los Vasos de Almacenamiento 38

2.6. Geotecnia 46

2.6.1 Estudios Geotécnicos 46

2.6.2 Estudios Geofísicos 47

2.6.3 Estudios de Canteras 48

2.6.4 Ensayos y Resultados 51

2.6.5 Sismicidad 53

3. DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS 55

4. DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Y OBRAS CONEXAS 57

4.1. Alternativa 1: Presa Única 57

4.2. Alternativa 2: Presas en Serie 58

4.3. Tipos de Presas Estudiadas 60

4.4. Desvío de las Aguas de las Quebradas Azufre Grande y Chico 64

5. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS 66

6. TIEMPO DE EJECUCIÓN DE OBRAS 68

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RESUMEN EJECUTIVO

OBJETIVOS DEL ESTUDIO

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

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

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

Candarave, Región Tacna.

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

socioeconómico, están orientados a los siguientes propósitos:

Determinación de la disponibilidad del recurso hídrico.

Identificación y evaluación geológica geotécnica de los posibles ejes de presa y

sus vasos de almacenamiento.

Investigación preliminar de la calidad del agua en el ámbito del proyecto.

Formulación de alternativas de ingeniería y desarrollo de diseños preliminares de

ingeniería de los sistemas hidráulicos propuestos.

Evaluación técnica económica de las alternativas formuladas.

MARCO GEOLÓGICO

La característica litológica de la región está constituida en mayor proporción por

rocas clásticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la formación

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

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En menor proporción se presentan afloramientos de depósitos de derrames

volcánicos y piroclástos andesiticos y traquiticos de la Formación Barroso con una

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

volcánica del sur de los andes, destacándose en ella los volcanes Tutupaca y

Yucamane.

Además de la condición volcánica de la región, también es notable la característica

sísmica que se presenta en ella.

RECURSOS HÍDRICOS

La disponibilidad de los recursos hídricos de la cuenca del río Callazas, aguas arriba

de la bocatoma Coranchay, presentan condiciones favorables para satisfacer los

requerimientos de riego de la población objetivo del proyecto.

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

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

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

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

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

proporción de 65 y 85 % en relación a los flujos en la sección Coranchay para los

períodos de avenidas y estiaje respectivamente.

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EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS

Se formularon y evaluaron 2 alternativas:

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

útil de 10 MMC.

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

capacidad de almacenamiento útil conjunto de 10 MMC.

La evaluación técnica económica de las alternativas concluye que la mejor opción

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

impermeable.

El embalse propuesto de 10 MMC de capacidad permitirá 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 investigación en los estudios de factibilidad, con

especial interés en las condiciones de cimentación profunda y permeabilidad

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

Actualizar la data sísmica e instalar acelerómetros con registros digitales en

puntos estratégicos que permitan una mejor comprensión de la sismicidad en

el entorno geográfico.

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

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

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Recopilar una mayor información de variables de costos y productividad

agrícola con datos reales del área del proyecto por medio de encuestas de

campo.

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1. INTRODUCCION

La provincia de Candarave ubicada en la Región Tacna, marco geográfico general del

área del estudio, sostiene su economía principalmente en la actividad agrícola,

complementándose ésta con la ganadería. La agricultura en esta provincia aún no ha

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

población; para lograr este preciado objetivo se requiere efectuar proyectos de inversión

que cristalicen este ansiado anhelo de los moradores del lugar.

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

recurso hídrico, el “Estudio de Pre Factibilidad de Regulación del Río Callazas”

busca definir la VIABILIDAD TECNICA-ECONOMICA de una presa reguladora

estacional que permita alcanzar dicho fin.

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

con la realización de los estudios básicos desarrollados de acuerdo a las

consideraciones de capacidad del almacenamiento, características morfológicas,

geológicas, y geotécnicas del entorno geográfico en complementación con la calidad del

agua disponible.

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

las demandas hídricas 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. Revisión del Proyecto y Evaluación

Económica ".

1.2. OBJETIVOS Y ALCANCES

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El objetivo del presente estudio comprende la determinación del recurso hídrico

disponible en el río Callazas para su regulación, con la finalidad de plantear

alternativas que permitan la ubicación y selección del tipo de presa y obras

conexas, que garanticen su funcionamiento y operatividad.

El “Estudio de Pre Factibilidad de Regulación del Río Callazas” cubre los siguientes

aspectos importantes:

a) Determinación del recurso hídrico disponible.

b) Ubicación y selección de ejes de presa con sus respectivos vasos de

almacenamiento.

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

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

respuesta a condiciones de saturación prolongada.

d) Análisis de las prospecciones geofísicas estudiadas.

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

f) Desarrollo de los diseños preliminares a nivel de pre factibilidad, y estimación

de costos de las presas alternativas y obras conexas.

g) Evaluación económica 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 carácter preliminar, los mismos que deben ser

complementados con un mayor nivel de investigaciones en las etapas posteriores

de los estudios del proyecto.

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1.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

De acuerdo a la evaluación efectuada en el presente “Estudio de Prefactibilidad de

Regulación del Río Callazas”, se concluye lo siguiente:

El desarrollo socio-económico de la zona, objeto del estudio, está relacionado

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

los recursos hídricos disponibles del río Callazas con fines de su regulación.

La disponibilidad hídrica del río Callazas y las condiciones geológicas

geotécnicas del entorno indican la posibilidad de su regulación hasta un

volumen de almacenamiento útil de 10 MMC.

Los factores geológicos geotécnicos relacionados a la característica sísmica y

volcánica del área del estudio no indican al presente una amenaza activa a la

viabilidad del proyecto.

Las canteras de materiales de construcción identificadas en las cercanías al

área del proyecto, a pesar de presentar ciertas características desfavorables a

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

físicas que presentan y la suficiente disponibilidad volumétrica.

El “Estudio de Prefactibilidad de la Regulación del Río Callazas”, presenta como

mejor opción la Alternativa N° 1: Presa Mixta de Enrocado con Núcleo

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

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RECOMENDACIONES

En otro aspecto, tomando en consideración los factores naturales y la evaluación

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

Desarrollar un mayor nivel de investigación geológica geotécnica, por medio de

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

adecuada caracterización de los estratos y las condiciones de cimentación

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 sísmica e instalar acelerómetros con registros digitales en puntos estratégicos que permitan una mejor comprensión de la sismicidad en el entorno geográfico.

Desarrollar un programa de aforos de caudales y sedimentos a lo largo del río Callazas y sus principales afluentes, en secciones estratégicas relacionadas a las alternativas formuladas, durante diferentes épocas del año, especialmente en días lluviosos.

Monitorear la calidad del agua, en diferentes épocas del año, en los puntos de interés al planteamiento de los embalses reguladores, donde se detectaron parámetros físico-químicos cercanos a los límites tolerables, con el propósito de investigar el efecto de dilución de los contaminantes.

Recopilar una mayor información de variables de costos y productividad

agrícola con datos reales del área del proyecto por medio de encuestas de

campo.

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2. INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO

2.1. UBICACIÓN DEL PROYECTO

La zona materia del estudio se ubica políticamente en la región Tacna, Provincia de

Candarave.

Geográficamente el área del estudio se encuentra comprendida en el cuadrángulo

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

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

y 4,800 msnm.

2.2. VÍAS DE COMUNICACIÓN

La zona de estudio cuenta con vías de comunicación principalmente terrestre, que

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

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

continuación:

• Partiendo desde Lima hacia la ciudad de Tacna por vía aérea, o la vía

terrestre a través de la Carretera Panamericana Sur.

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

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

principalmente afirmado y con duración de viaje aproximado de 5 horas.

El área del proyecto cuenta con medios de comunicación básica, como una

estación radial con frecuencia modulada, servicios de telefonía fija y correo

terrestre.

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2.3. TOPOGRAFÍA

Después de un diagnóstico básico de la zona del proyecto a partir de la información

existente, como la carta nacional, fotografías aéreas, imágenes satelitales, y

registros de variables hidrometeorológicas, se procedió a hacer una evaluación

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

el almacenamiento de las aguas del río Callazas.

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

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

Volumen IV y cuyas coordenadas de ubicación se presentan a continuación.

CUADRO N° 2.1

ZONAS DE POSIBLE UBICACIÓN DE EJES DE PRESA

Margen Izquierda Margen Derecha Ejes

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 topografía, geología,

geotecnia, hidrología e hidráulica.

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Los trabajos de campo de la topografía se adecuaron a las características del

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

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

realizó 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 áreas

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

a la estructura de la presa.

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

la construcción 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 HÍDRICOS

2.4.1 DISPONIBILIDAD HÍDRICA

La evaluación de los recursos hídricos se orientó a los siguientes objetivos:

Evaluación de las variables hidrológicas que sirven como elementos de

comparación de las alternativas formuladas: flujos del río Callazas y sus

tributarios importantes, volúmenes útiles, volúmenes de sedimentación,

caudales pico de avenidas, y calidad de agua.

Determinación de las magnitudes de diseño de los volúmenes muertos, flujos

pico laminados, e índices de funcionamiento.

Previo al empleo de la información hidrológica, se efectuó el análisis de

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

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

pluviométrica.

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

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

pruebas estadísticas a las que se sometieron descartan tal fenómeno

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

consideradas las más representativas por la compatibilidad altitudinal, se

hicieron las estimaciones de las precipitaciones medias sobre las cuencas de

interés, definidas por la ubicación de los ejes de las alternativas propuestas, los

valores obtenidos se muestran en el cuadro a continuación.

CUADRO N° 2.2

CUENCA ALTA DEL RÍO CALLAZAS

PRECIPITACIONES MEDIAS

Límite de Subcuenca Precipitación 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 extrapolación de las

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

registros de la estación Coranchay, guardan proporcionalidad a la relación de

las superficies de las subcuencas correspondientes.

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

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

escorrentía directa, y en proporción a los aforos en estiaje para definir los flujos

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

flujos en dichas quebradas.

CUADRO N° 2.3 CAUDALES TÍPICOS MENSUALES

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QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO

Quebrada Azufre Grande Quebrada Azufre Chico

Mes Promedio (l/s)

Máximo (l/s)

Mínimo (l/s)

Promedio (l/s)

Máximo (l/s)

Mínimo (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 áreas similares, se observa que la relación de flujos de estiaje (caudal base)

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

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 estación limnigráfica

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

estimación del coeficiente de escorrentía medio de la cuenca equivalente a

0.33.

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Con los registros históricos de la estación Coranchay, se elaboró los

hidrogramas típicos de los caudales mensuales medios, máximos y mínimos

que se presentan en la Figura 2.1.

CAUDALES MENSUALESMedios, Máximos y Mínimos históricos (l/s)

Estación Coranchay - Río 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)

PROMEDIOMaximoMinimo

Figura 2.1

Los aportes volumétricos anuales del río Callazas, en la estación Coranchay,

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

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

observar que los flujos medios mensuales durante el período de lluvias

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

% de los caudales están comprendidos entre 1.0 y 2.0 m3/s, no habiéndose

registrado magnitudes menores ni en el año más seco.

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

embalse, se realizó aplicando la curva de duración de caudales y la simulación

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 más el caudal mínimo del aporte intermedio.

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

15 millones de m3, según 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 SEGÚN EL CAUDAL REGULADOA partir de la Curva de duración

Sección 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]

Cau

dal R

egul

ado

[m3/

s]

Figura 2.2

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Volumen de Embalse de Regulación Estacional Vs Caudal ReguladoEjes 1, 3A y 5

Según simulaciones de rango usando la serie histórica 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 R

egul

ado

(m3/

s)

Eje 1

Eje 3A

Eje 5

Eje 5 línea de ajuste

Eje 3A linea de ajuste

Eje 1 linea de ajuste

Figura 2.3

La capacidad del reservorio con nivel de garantía del 75 % para la regulación

de los flujos del río Callazas en la sección de la toma Coranchay, utilizando el

método 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 prácticamente los mismos, se

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

ejes alternativos 1, 3A y 5.

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Frecuencia de RangosSección Coranchay

Usando la serie histórica 1956-2000

1

10

100

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

Garantía

Ran

gos

(MM

C)

Figura 2.4

2.4.2 VOLÚMEN DE SEDIMENTOS

Para la comprensión del mecanismo de producción de sedimentos, en la

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

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

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

de suspensión, sin casi arrastre de fondo.

Las grandes cargas de sedimentos sólo ocurren en los días de lluvias donde se

producen escorrentías importantes en las quebradas tributarias, arrastrando

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

quebradas de régimen efímero. Por inspecciones visuales de campo, las

quebradas de régimen permanente o intermitente, no crecen apreciablemente

su proporción de aporte sólido como lo hacen las efímeras. Las quebradas

tributarias en su mayoría son de flujo efímero, con excepción de las quebradas

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

Aguas Calientes en la margen izquierda.

El aporte sólido mayor en el río Callazas ocurre durante pocos días al año en

ocasión de lluvias fuertes que producen escorrentías en sus quebradas de flujo

efímero. Esta situación puede establecerse en los casos en que el río

transporta flujos mayores de 2 m3/s.

La producción de sedimentos ha sido evaluada mediante la aplicación de la

ecuación universal de la pérdida de suelo, y otros métodos empíricos (ver

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

retención. Las predicciones de volumen de sedimentos retenidos alcanza el

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

estimación, tal como puede verse en el cálculo detallado del Cuadro B.11 en el

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

posteriores se implementen campañas de medición de transporte de

sedimentos en días de lluvias fuertes.

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CUADRO N° 2.4

RESUMEN DE CÁLCULOS DEL VOLUMEN MUERTO

Descripción Unidad Eje N° 1 Eje N° 3A Eje N° 5

Área de cuenca Km2 420 404 359

Precipitación efectiva anual Mm 140 137 112

Caudal medio anual m3/s 1.85 1.75 1.27

Peso específico de sedimentos t/m3 1.4 1.4 1.4

Vida útil Años 50 50 50

Capacidad de presa (*) MMC 5.1 3.5 10.1

Aporte promedio en la sección MMC 58.7 53.7 38.2

Eficiencia de retención % 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 hidráulicos de regulación formulados,

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

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

en consideración la disposición espacial de los almacenamientos, los

resultados se muestran en el cuadro siguiente.

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CUADRO N° 2.5

ESQUEMAS HIDRÁULICOS ALTERNATIVOS

RESUMEN DE CÁLCULO DE VOLUMEN MUERTO

Alternativa 1 Alternativa 2 Descripción Unidad

Eje N° 5 Eje N° 1 Eje N° 5

Área de cuenca km2 359 61 359

Precipitación efectiva anual Mm 112 140 112

Caudal medio anual m3/s 1.27 0.58 1.27

Peso específico de sedimentos t/m3 1.4 1.4 1.4

Vida útil años 50 50 50

Capacidad de presa MMC 11.2 4.3 6.9

Volumen útil MMC 10.0 4.0 6.0

Aporte promedio en la sección MMC 38.2 58.7 38.2

Eficiencia de retención % 94 80 90

Volumen de sedimentos retenidos MMC 1.0 0.3 0.9

2.4.3 AVENIDAS

Las precipitaciones máximas en 24 horas correspondientes a las estaciones

Suches y Tacalaya se analizaron con diferentes leyes de probabilidades,

encontrándose que no hay diferencia significativa entre los estimados al

utilizar cualquiera de estas distribuciones.

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

Tacalaya ajustada a la ley de distribución Generalizada de Valor Extremo

(GEV) para diferentes periodos de retorno.

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CUADRO N° 2.6

PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN 24 HORAS (mm)

DISTRIBUCIÓN GEV

Estación Periodo de Retorno

Tr (años) 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 efectuó con los datos de flujos máximos (caudal

pico instantáneo) registrados en la estación Coranchay, para el período del

año 1964 al 2001.

El análisis estadístico 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 búsqueda de un criterio para la selección de la distribución más

adecuada se contrastaron, en términos 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,

Hidrología, del Volumen IV).

Los caudales máximos instantáneos de diseño en los demás ejes fueron

obtenidos extrapolando los de Coranchay en proporción a las áreas de

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

de los ejes alternativos.

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

escogido como evento de diseño el correspondiente a 500 años de periodo de

retorno.

Caudales Pico InstantáneosRío Callazas - Estación Coranchay

1

10

100

1 10 100 1000

Periodo de Retorno (años)

Cau

dale

s Pi

co (m

3/s)

GU

GEV

LN2

LN3

LP3 (mv)

LP3 (mo)

P3

Datos

Figura 2.5

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CUADRO N° 2.7

FLUJOS PICO INSTANTÁNEOS

Caudales Pico Periodo de Retorno Tr (años) Eje N° 1

(m3/s) Eje N° 3ª

(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 máximos en las Quebradas Azufre Grande y Azufre Chico

fueron calculados mediante el método del hidrograma unitario, con similar

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

El parámetro de sustracción hidrológica CN es el mismo estimado para la

cuenca del Callazas. No se empleó factor de reducción por distribución

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

presenta los resultados obtenidos.

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CUADRO N° 2.8

CAUDALES MÁXIMOS QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE CHICO

Quebradas Periodo de Retorno Tr (Años) 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 hidrológicas de tránsito de avenidas para determinar

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

alternativas consideradas, consistiendo la Alternativa 1 en un embalse único

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 calibración del modelo se realizó con la tormenta de 500 años y el caudal

pico correspondiente pronosticado en Coranchay. Los cálculos 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, Hidrología, del Volumen

IV.

El Cuadro N° 2.9 muestra los resultados de la simulación.

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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 analizó la influencia de la

regulación del río Callazas y sus obras complementarias en el mejoramiento

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

actualmente presentan un alto contenido de sales y sustancias disueltas.

Se estudió la variabilidad de la calidad del agua del río Callazas a lo largo de

su recorrido, desde la cercanía a su naciente hasta la sección de la bocatoma

Coranchay; asimismo se investigó la influencia de las quebradas tributarias

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

descargue en la sección Coranchay.

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

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

año, pues es cuando el flujo es prácticamente el flujo base proveniente de los

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

espera que en la época de lluvias los mayores flujos de escorrentía originen la

disminución de las concentraciones por efectos de dilución con las aguas de

escorrentías.

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

los análisis de agua de las muestras tomadas a lo largo del río Callazas y sus

afluentes.

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

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

son pocos los parámetros y sustancias que exceden los límites permisibles,

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

sustancias se manifiestan en concentraciones excesivas sólo cerca a

Coranchay, aguas abajo del Eje Nº 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

río Callazas aguas abajo de las quebradas Azufre, no se explican únicamente

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

respecto al río Callazas.

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

recorrido del río, no exceden los límites para que el agua pueda usarse en

mezclas de concreto.

En cuanto al sodio, la concentración de esta sustancia en la sección

Coranchay sólo excede ligeramente las especificaciones para agua potable

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

de la OMS.

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

cuenca los límites para agua potable, y en la sección Coranchay apenas

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

sólo apta para cultivos de tallo largo.

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

elemento. Las concentraciones halladas en la sección Coranchay se

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

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

papa y el maíz. Sin embargo, otras referencias técnicas indican que existen

cultivos cuyos límites de tolerancia están por encima de las concentraciones

medidas, abriéndose un campo donde la investigación agronómica debe

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

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

parámetro de conductividad indicado en la clasificación para agua de

irrigación del US Department of Agricultura, esta situación se observa también

en la sección inmediata aguas arriba de las quebradas Azufre Chico y Azufre

Grande. En el Eje Nº 5 el peligro de salinidad es moderado, y aguas arriba es

bajo.

En resumen puede establecerse que el agua en el Eje Nº 5 y aguas arriba de

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

Azufre Chico y Azufre Grande los parámetros que exceden los límites

permisibles son la concentración de arsénico, boro y la conductividad,

inconvenientes para la actividad pecuaria y de irrigación, 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

también a aportes intermedios en forma de manantiales aguas arriba del

Callazas entre las quebradas Azufre y el Eje Nº 5.

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Puesto que no se considera hacer una obra de desvío desde el Eje Nº 5 hasta

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

en el Eje Nº 5, no es significativa en cuanto a la calidad de agua, pues las

aguas descargadas desde este eje, donde sí se almacenan con mayor

calidad, pierden esta condición al combinarse con los flujos intermedios en su

recorrido por el río hacia la bocatoma en Coranchay.

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2.5. GEOLOGÍA

2.5.1 GEOLOGÍA REGIONAL

La característica litológica de la región está constituida en mayor proporción

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

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

en una menor proporción se identifican rocas andesíticas, traquíticas y pórfido

traquítico del Volcánico Barroso las cuáles se ubican en la zona superior del

valle.

Estructuralmente las masas rocosas de ambas formaciones fueron afectadas

por estructuras geológicas menores como planos de estratificación

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

las que se presentan mayormente en las rocas volcánicas de la Formación

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

En la Formación 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.

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CUADRO N° 2.10

ESTRUCTURA GEOLÓGICA 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 39°W 51° SW N 17° W 70° NE

3 N 09° E 06° E .N 25° E 67° SE - -

La unidad fisiográfica característica del área del proyecto, es la cadena

volcánica del sur de los andes con rumbo NO-SE; la sucesión de conos

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

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

Los conos volcánicos han sufrido un proceso de erosión por la glaciación

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

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

sectores los valles típicos en “U”, y los característicos depósitos morrénicos,

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

extensa las llamadas altiplanicies andinas.

La estratigrafía de las formaciones y los afloramientos de los mantos de “Sills”

de andesitas se intercalan entre los seudo estratos volcánicos (Formación

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

será necesario identificar dentro del vaso en estudios de mayor investigación.

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Aparte de las manifestaciones propias de una zona volcánica no existe

ninguna estructura geológica de importancia que pueda afectar la estabilidad

de la presa.

Los Depósitos fluvioglaciares litológicamente están constituidas por guijarros

y gravas andesíticas, porfido andesitico y traquitas, presentándose

intercaladas con arenas y arcillas en una estratificación gruesa de espesores

variables.

Los Depósitos morrénicos en las laderas del valle, litológicamente están

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 Depósitos Coluviales ubicados en las laderas del valle, están constituidos

por acumulaciones de fragmentos de roca andesitica y porfido andesitico en

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

Los procesos de erosión son activados por escorrentías 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 GEOLOGÍA LOCAL DE LOS EJES DE PRESA

Las unidades litoestratigráficas que afloran en las inmediaciones de las zonas

de posible ubicación de los ejes de presa, están constituidas

mayoritariamente por rocas sedimentarias clásticas de la formación Capillune,

seguido por rocas volcánicas de la formación Barroso y en menor proporción

por depósitos de sedimentos fluviales; éstos últimos ubicados a lo largo y

fondo del valle del río Callazas.

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

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

diferentes épocas geológicas han formado estructuras orientadas en dirección

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

rocosas, ubicadas en el área de estudio. La actividad magmática tuvo su

manifestación en la formación y posterior intrusión de rocas volcánicas

principalmente.

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

aflora en el área del eje de la presa, corresponde a la formación Capillune.

Están constituidas por una serie de rocas sedimentarias clásticas,

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

arenisca arcósica, arenisca tufácea, conglomerado fino, conglomerado grueso

y piroclásticos; 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 orientación 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 volcánico Barroso,

descansa en discordancia angular sobre la formación Capillune; el miembro

inferior está formado por lavas andesíticas, emplazados como un “Sills” en las

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

Superior está formado por derrames de pórfido traquítico

Se concluye que las rocas interestratificadas de la formación Capillune y

Barroso, se encuentran aflorando superficialmente en moderada cantidad, y

de acuerdo a la evaluación de sus características geológicas se asume que

tiene gran profundidad.

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

izquierda del río, y presenta las mismas características estratigráficas y

litológicas que los Ejes N° 1, 2 y 3 así como los mismos depósitos del

Cuaternario reciente fluvioglaciar y aluvional.

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En las inmediaciones del Eje N° 4 se observan las mismas características

estratigráficas y litológicas de la Formación Capillune anteriormente descritas

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

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

izquierda del río Callazas, Litológicamente fue identificado como una roca

andesita, está 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 marrón rojizo. Las estructuras

geológicas que afectan la masa rocosa de la formación Capillune, está

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

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

está ubicada en ambas márgenes del río Callazas y corresponde a la

formación Capillune, está constituida por una serie de rocas sedimentarias

clásticas, de origen lacústrico, están estratificadas en forma sub-horizontal,

son de espesor variable, así los depósitos tienen un rumbo general de Sur a

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

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

En el área de estudio del Eje N° 5, el volcánico Barroso, descansa en

discordancia angular sobre las rocas clásticas de la formación Capillune,

litológicamente las rocas fueron identificadas como andesitas y escorias

andesíticas.

2.5.3 GEOLOGÍA 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 características propias que inciden en el comportamiento de la

estabilidad de sus taludes.

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De acuerdo a la evaluación geológica efectuada en los diferentes vasos de

almacenamiento de las alternativas estudiadas, se encuentra que la

orientación, rumbo y pendiente de los taludes en ambas márgenes del río así

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

Barroso, en general son favorables para la estabilidad.

El análisis efectuado en los vasos, presentan generalmente las siguientes

características:

La dirección de los taludes es predominantemente Norte Suroeste (caso

del vaso 3A); la inclinación del talud por la margen izquierda del río

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

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

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

taludes donde la erosión y la socavación serían mayores por tratarse de

tufos volcánicos.

El rumbo de los estratos es predominantemente Norte – Sur y Noroeste –

Sureste en correspondencia al desarrollo del cauce del río.

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

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

N° 4, ocasionando su desestabilización en dirección de la pendiente de talud

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

aproximadamente vertical.

La dinámica del río se caracteriza por el transporte y acumulación de

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

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

muy poco transporte y acumulación de sedimentos.

Las acumulaciones de sedimentos se encuentran ubicadas en ambas

márgenes del río, principalmente en el vaso del Eje de presa N° 5, llegando

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ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS Informe Final

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

menor magnitud en el Eje Nº 1.

Las unidades litoestratigráficas que afloran en las áreas de los ejes de presas,

están constituidas en mayor proporción por rocas sedimentarias clásticas de

la formación Capillune, se encuentra en menor proporción rocas volcánicas

de la formación Barroso, siguiendo los depósitos de sedimentos del Q-re

aluvional; estos últimos ubicados a lo largo y fondo del valle del río Callazas;

las edades de las formaciones geológicas van desde el Plioceno Superior al

Cuaternario Reciente aluvional (Q-re).

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

respectivos vasos, presentan la misma litología, habiéndose observado en el

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

de cárcavas y deslizamientos, así como intrusiones ígneas a manera de Sills,

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

Pleistoceno hasta el Cuaternario reciente.

Es también observable el afloramiento de la Formación Capillune como

depósitos de arenisca tufácea y conglomerados tufáceos, las areniscas

tufáceas están presentes a manera de 5 fases los cuales se distinguen ya sea

por el tamaño de su granulometría, composición o por la coloración.

En cuanto a la formación Barroso está aflora a manera de Sills a una altura de

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

escoria andesítica, roca andesítica y brecha andesítica.

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

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

andesítica a escoria volcánica andesitica y otra fase de brecha volcánica.

El tercer tipo de roca, la brecha andesítica, aflora en ciertos sectores del río

Callazas, mostrándose poco alterada y cubiertas por depósitos del

cuaternario reciente, con presencia de xenolitos de rocas de composición

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andesítica y traquiandesitica que están englobados en su matriz; esta brecha

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

en el vaso N°5; en algunos sectores esta brecha aflora tanto en el eje como

en el vaso de la presa infrayaciendo a los depósitos de roca andesítica de

estructura masiva.

Los depósitos volcánicos están cubiertos por una cobertura fluvioglaciar que

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

En el área de estudio, el volcánico Barroso, descansa en discordancia angular

sobre los clástos Capillune apreciándose mejor en el vaso del Eje N° 1.

En la formación volcánico 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, cuestión que no se

pudo determinar en las investigaciones de campo.

El sector inferior del volcánico Barroso está formado por lavas andesíticas,

que se encuentran interestratificadas con las rocas de la formación Capillune

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

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

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

andesita con fracturas muy aisladas y de superficie rugosa, aparentemente

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

El sector superior del volcánico Barroso, está formado por derrames de

pórfido andesítico, ubicado en la zona superior del talud de los cerros, en

ambas márgenes del río Callazas; la roca de textura porfiritica con coloración

gris oscuro a marrón rojizo, está moderadamente intemperizada, fracturada, y

permeable, con superficie rugosa, notándose que las discontinuidades están

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

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ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS Informe Final

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

ligeramente oxidada, ubicándose en forma de bancos, estos depósitos se

encuentran a manera de derrames volcánicos y Sills.

El área del estudio está conformado por dos tipos de geoformas, las

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

Las altiplanicies están compuesto por material limo arenoso de naturaleza

fluvioglaciar, y presentan una superficie suavemente ondulada de inclinación

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

originan los diferentes cursos de agua que conforman la cuenca hidrográfica

del Río Callazas.

En la zona de los valles se observan pequeños cursos de agua que no están

completamente definidos, por tratarse de valles relativamente jóvenes; se

aprecia una mayoritaria existencia de los valles tipo “V”.

Es también notable la existencia de áreas pantanosas, llamadas bofedales,

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

5.

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

estructuras geológicas 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

características climáticas dan el esculpido final, la evolución debido a los

contrastes de temperatura (calentamiento, enfriamiento, heladas) completan

el paisaje actual de la zona.

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

locales de la zona y de la caracterización de su litología.

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

aguas pluviales al adquirir mayor velocidad en las pendientes fuertes

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ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD DE REGULACION DEL RIO CALLAZAS Informe Final

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propician la formación de cárcavas que afectan en gran parte a la zona del

estudio.

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

la condición de fracturación de las rocas, facilitan los procesos de erosión e

infiltración, trayendo como consecuencia la dificultad en la formación de

suelos residuales considerables.

La fuerte variación de temperatura entre el día y la noche produce un

alternante ciclo de dilatación y contracción de la roca, la que a su vez produce

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

depositándose en taludes, efecto físico que gradualmente va debilitando la

resistencia mecánica 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 depósitos fluvioglaciares.

En cuanto a los depósitos sedimentarios de la formación Capillune por ofrecer

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

canales que se convierten en cárcavas y originan la disgregación de los

guijarros que se encuentran formando parte de su matriz, depositándose

éstos como pequeños 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 río Callazas los depósitos del

Cuaternario Reciente aluvional (Qr.-al) están integrado en su mayoría por

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

gran escala, y sedimentaria en menor proporción; estos depósitos son

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

tributarios.

Las áreas bajas en su proximidad al río presentan la existencia de bofedales,

notándose a las orillas del río la formación de pequeños conos o abanicos de

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deposición producto del proceso de erosión y sedimentación; también se

observa el abarrancamiento digitiforme como fase intermedia entre la erosión

y la formación de barranco, este fenómeno es aleccionado por la naturaleza

arenosa tufácea e inconsolidada de los depósitos del cerro.

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

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

hidrográfica 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 río se desarrolla

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

procesos erosivos, originando cárcavas en los tufos y areniscas tufáceas

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

ligeramente sinuoso del río origina la profundización del valle y la erosión

lateral significativamente como en el caso del vaso de almacenamiento del

Eje N° 4 formando depósitos con delgadas zonas con gravas y pocas barras

arenosas en el cauce.

Los rasgos estructurales mas saltantes están constituidos por discordancias

angulares, plano de estratificación, fracturas, diaclasas y por intrusión de

flujos de andesita y pórfido traquítico de la Formación 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 Ubicación

8 verticales N 270° 81° NW 0.5 – 1cm Limo

arenoso

10 M

verticalmente Rugosa

Frente Qda.

Huaral Huarane

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5 Horizontales N 153 ° 64° NE 0.5 –1 cm Limo

arenoso

11 m

Horizontales

Rugosa

algo

alterada

Frente Qda.

Huaral Huarane

CUADRO Nº 2.12 CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D.

VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N° 3 Fracturas

Principales Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicación

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

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CUADRO Nº 2.13 CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES PARA DETERNIMAR EL R.Q.D.

VASO DE ALMACENAMIENTO EJE N° 5 Fracturas

Principales Rumbo Buzamiento Abertura Relleno Persistencia Superficie Ubicación

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 erosión por efecto de las aguas pluviales y escorrentía en el valle es

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

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

predominio de la Formación Capillune, que está compuesta de arenisca

tufáceas y tufos de más de 12 m, cubiertas por los depósitos fluvioglaciares,

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

cárcavas 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 geodinámicos están condicionados por factores naturales como

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

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

el consiguiente aumento de la fuerza hidrostática que al complementar la

acción de la gravedad ocasionan la consecuente remoción de masas de los

suelos a manera de deslizamientos y cárcavas.

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

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

antrópicos que ayudan a la erosión se puede considerar la quema de pastos

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

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

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de cobertura vegetal.

En el caso específico del vaso de almacenamiento del Eje N° 5 existen

fenómenos de deslizamiento, cárcavas y remoción de masas importantes; y

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

deslizamientos importantes pero sí pequeñas cárcavas.

2.6. GEOTECNIA

2.6.1 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

El estudio geotécnico y las investigaciones de campo estuvieron orientado a

determinar las características de la cimentación y de los materiales de

canteras a ser utilizados en el proyecto.

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

de pozos de exploración o calicatas para la extracción de muestras, y luego

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

características físicas y mecánicas del suelo, así como el rendimiento de

canteras, que nos permitan seleccionar las mejores alternativas de ubicación

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

se complementaron con ensayos de prospección geofísica.

Se realizó la investigación de las 6 alternativas de ejes de presa y sus

correspondientes variantes, totalizando 11 ejes de exploración geotécnica que

suman 22 trincheras y 55 calicatas efectuadas hasta una profundidad de 2.00

m.

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

habiéndose determinado las densidades de campo y permeabilidad, asimismo

se realizaron prospecciones geofísicas con sondajes eléctricos verticales; los

registros detallados de estas pruebas se encuentran en el Anexo C del

Volumen IV.

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De las pruebas de permeabilidad se observa que la mayoría 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 característica de los

materiales es una condición desfavorable para el represamiento, debiendo ser

eliminados de la base de impermeabilización en el eje de la presa.

Las características de permeabilidad de estos materiales, por su composición

predominantemente arenosa, pueden originar problemas de estabilidad en el

caso de encontrarse en la condición de saturación como se produce al llenar

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

movilización, falla y arrastre del material con la consecuente deposición en el

fondo del vaso de la presa.

2.6.2 ESTUDIOS GEOFÍSICOS

Con el propósito de complementar la información de las excavaciones y las

pruebas in situ, se efectuaron prospecciones geofísicas por medio de

sondajes eléctricos verticales.

La interpretación de los sondajes nos permiten proyectar los estratos

superficiales identificados e inferir la profundidad de ubicación del macizo

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

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

investigado.

Las características de los horizontes eléctricos 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 éstos

los siguientes:

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

glacial eólico.

El grupo N° 2 es correlacionable con formaciones de roca volcánica.

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 consideración los horizontes eléctricos 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

situación singular exige un mayor nivel de investigaciones (sondajes o

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

confirmar o descartar esta presunción, 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 relación de ellas.

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CUADRO N° 2.14

CANTERAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Canteras Material Volumen (MMC)

C-1 2.40

C-1 A

Agregados para Filtro y

Concreto 1.74

C-2 3.84

C-2 A Afirmado

2.70

C-3 4.55

C-4 2.50

C-4 A

Roca

2.10

C-5 Arcilla 0.30

C-6 Hormigón 0.03

C-7 Grava 2.70

C-8 Roca 5.40

Los materiales de impermeabilización del núcleo están definidos por suelos

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

para este propósito es la C-5 que dista aproximadamente 25.5 Km del área

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

con un material granular en 40 a 60 % que le dé 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

granulometría del filtro y se tiene el siguiente huso granulométrico para su

especificación:

CUADRO Nº 2.15

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MATERIAL DEL CUERPO DE LA PRESA

HUSO GRANULOMETRICO Tamiz Mínimo (%) Máximo (%)

4 ”

3 ” 100 100

2 ½ ” 96 100

2 ” 90 100

1 ½ ” 60 100

1 ” 14 100

¾ ” 13 95

½ “ 12 92

3/8 ” 11 90

¼ ” 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 protección del talud de aguas arriba de la presa se efectúa con

una capa de enrocamiento colocada a mano o volteo.

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

protección de enrocamiento de presas de tierra y enrocamiento.

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CUADRO Nº 2.16

PROTECCIÓN DE ENROCAMIENTO

CRITERIOS DE DISEÑO

Altura máxima

de olas

(pies)

Mínimo tamaño 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

protección eficiente, ésta debe ser tal que permita alojar el tamaño máximo de

roca incluido, así como una transición gradual hasta la capa de filtro, un

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

general es suficiente para llenar ambos requisitos

El material de protección de los taludes de la futura presa podrán 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 hormigón 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 estándar para la clasificación 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 análisis de laboratorio se presentan

en el Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV.

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

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

principales, las mismas que se detallan a continuación.

CUADRO N° 2.17

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

Tipo Clasificación Denominación

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 geología y geotecnia efectuados, en

complementación con los ensayos de laboratorio, se procedió a la evaluación

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

del área del estudio, los registros de exploración se pueden apreciar en el

Anexo C, Geotecnia, del Volumen IV.

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

tufácea, arenisca tufácea, escoria volcánica andesítica, roca andesítica, y

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conglomerado volcánico andesítico

2.6.5 SISMICIDAD

Según el mapa de zonificación sísmica, 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 Mercallí modificado.

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

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

Sísmico C 2.50

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

La distribución en la vertical de los epicentros de los eventos sísmicos

registrados presentan una gran concentración de la ocurrencia de eventos

con epicentros hasta 250 Km de profundidad, disminuyendo con mayores

profundidades.

La distribución en planta de los epicentros sísmicos ocurridos hasta el año

2001, presentan la zona de mayor actividad sísmica 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 volcánica por emisiones de lava, su actividad sísmica es

continua.

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

menores a 5, se observa la importante actividad sísmica en el área

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

evento sísmico de tales magnitudes en el entorno del área del estudio.

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

del estudio es la actividad volcánica.

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3. DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS

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

el río Callazas, en base a las investigaciones de los estudios de geología, geotécnia, de

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

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

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

N° 1 y 5.

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

hidráulico de la regulación, las cuales servirán como base de la siguiente fase de los

estudios a nivel de factibilidad. Estas alternativas propuestas son:

ALTERNATIVA 1: PRESA ÚNICA

Consiste en la construcción de una sola presa de regulación en el río Callazas en el

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

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

ALTERNATIVA 2: PRESAS EN SERIE

Consiste en la construcción de dos presas en serie a lo largo del eje del río Callazas,

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

de acuerdo a la siguiente distribución:

• Una presa en el Eje N° 1 para el almacenamiento de un volumen útil 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 útil de 6 MMC,

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

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

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

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

características.

CUADRO N° 3.1

CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO Y VOLUMEN DE PRESA

(ALTURA DE PRESA : 40 m)

Volumen Total de Cuerpo de Presa Eje

Volumen total del reservorio

(MMC) Presa de Tierra (m3)

Presa de Enrocado (m3)

Volumen Muerto (MMC)

Eje 1 5.1 631 18 520 11 1.2

Eje 5 10.2 484 66 399 38 1.2

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4. DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA Y OBRAS CONEXAS

4.1 ALTERNATIVA 1: PRESA ÚNICA

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

período de retorno de 500 años, equivalente a 42.5 m3/s.

Teniendo en consideración los datos básicos de diseño, y en base a la curva

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

del vertedero de demasías 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 río en el eje de la presa de 4248.5

msnm.

El vertedero de demasías se ubica en la margen derecha, y está diseñado para un

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

diseño a través del embalse.

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

se propone construir un túnel de desvío de sección en herradura, en la margen

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

cotas de entrada y salida son respectivamente 4251.0 y 4248.5 msnm. Este túnel

posteriormente será usado para conducir las aguas de captación durante la

operación del reservorio.

La captación de las aguas almacenadas en el reservorio se propone se efectúe

mediante un túnel de sección circular de 1.8 m de diámetro, que posteriormente se

conecta con el túnel de desvío ya construido. La cota de entrada del túnel de

captación es de 4263 msnm.

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4.2 ALTERNATIVA 2: PRESAS EN SERIE

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

de diseño de 42.5 m3/s, que corresponde a un periodo de retorno de 500 años, y en

el Eje N° 1 una avenida de diseño de 20.3 m3/s, la cuál es definida tomando en

cuenta la influencia de la presa en el Eje N° 5.

Tomando en consideración los datos básicos de diseño y en base a las curvas

altura – volumen de los vasos analizados, se encuentra que las cotas del inicio de

las rápidas de los vertederos de demasías son en el Eje N° 5 de 4283.16 msnm, y

en el Eje N° 1 de 4087.03 msnm.

Las alturas totales de las presas son, en el Eje N° 5 es 39.4 m, que corresponde a

una cota de corona de 4287.9 msnm, siendo la cota del cauce en el eje de presa

4248.5 msnm; y en el Eje N° 1, la altura total de presa es 41.9 m, que corresponde

a una cota de corona de 4091.3 msnm y la cota del cauce en el eje de presa es de

4049.4 msnm.

En el Eje N° 5, correspondiente a la Alternativa N° 2, el vertedero de demasías se

ubica en la margen derecha, y está diseñado para un caudal de 16.9 m3/s, obtenida

en base a un estudio de transito de la avenida de diseño a través del embalse. La

cota de inicio de la rápida es de 4283.16 msnm

En el Eje N° 1 el vertedero de demasías se ubica en la margen derecha, y está

diseñado para un caudal de 20.1 m3/s, obtenida en base al caudal máximo que sale

por el vertedero de demasías de la presa en el Eje N° 5, al aporte de caudales entre

ambos ejes, y a un estudio del tránsito de este caudal a través del embalse 1. La

cota de inicio de la rápida es de 4087.03 msnm.

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

presas, se propone construir en la margen derecha túneles de desvío, de sección

en herradura, con las siguientes características:

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En el Eje N° 5, la misma correspondiente a la Alternativa N° 1

En el Eje N° 1, el desvío de las aguas del río Callazas, durante el proceso

constructivo de la presa, se propone se haga mediante un túnel construido en la

margen derecha de 327.0 m de longitud y caudal de 18 m3/s (Tr = 10 años);

siendo las cotas de entrada y salida 4055.0 y 4047.65 msnm respectivamente.

Este túnel posteriormente será usado para conducir las aguas de captación

durante la operación del reservorio.

La captación de las aguas almacenadas en el reservorio se efectúa mediante un

túnel de sección circular de 1.8 m de diámetro, que posteriormente se conecta con

el túnel de desvío ya construido, la cota de entrada del túnel en el Eje N° 5 es

4263.0 msnm, y en el Eje N° 1 la cota de entrada es 4057.6 msnm.

4.3 TIPOS DE PRESAS ESTUDIADAS

a) PRESA MIXTA

La presa mixta propuesta tiene un núcleo de arcilla impermeable, un material de

filtro tanto aguas arriba como aguas abajo, y luego material de roca y boleo agua

arriba y aguas abajo.

Las características de la presa mixta para ambas alternativas, se muestran en la

figura y cuadro siguiente.

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N.A.m.i.n.

DEL CUERPO DE PRESANIVEL DE CIMENTACIÓN

1:0.5

DE CEMENTOPANTALLA DE INYECCIONES

N.A.M.EN.A.M.O.

ROCA Y BOLEOFRAGMENTOS DE

1:0.2 1:0.5

H1:2

AR

CIL

LA

NUCLEO DE ARCILLA

FILTROCUERPO DE PRESA

b

1:2.5 1:0.2

TERRENO NATURAL

Fig. Nº 4.1 Presa Mixta con núcleo impermeable

CUADRO NO 4.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS MIXTAS

Alternativa 1 Alternativa 2 Elemento

Eje 5 Eje 5 Eje 1

Cota del cauce del río Callazas (msnm) 4248.5 4248.5 4049.4

Altura de la presa H (m) 45.3 39.4 41.9

Ancho de la corona b (m) 10.0 10.0 10.0

Ancho de la cresta del núcleo impermeable (m) 2.0 2.0 2.0

Ancho total de la base (m) 213.85 87.3 198.55

Talud de aguas arriba (V : H) 1 : 2.5 1 : 2.5 1 : 2.5

Talud de aguas abajo (V : H) 1 : 2.0 1 : 2.0 1 : 2.0

Talud de aguas arriba y aguas abajo del material del filtro (V : H) 1 : 0.5 1 : 0.5 1 : 0.5

Talud de aguas arriba y aguas abajo del núcleo impermeable (V : H) 1 : 0.2 1 : 0.2 1 : 0.2

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b) PRESA DE ENROCADO

La presa está formada por fragmentos de roca de varios tamaños, y por una

membrana impermeable de concreto en el talud de aguas arriba. En el talud de

aguas arriba, antes de colocar la membrana impermeable de concreto se coloca un

capa de 5 m. de espesor de material permeable bien graduado de menor tamaño,

de 1 a 3 pulgadas.

Se debe construir un cierre hermético a lo largo del contacto de la membrana

impermeable con la cimentación y los estribos, en el talón de aguas arriba de la

presa.

Las características de la presa de enrocado, para ambas alternativas, se muestran

en la figura y el cuadro siguiente.

PANTALLA DEINYECCIONES DE CEMENTO

CUERPO DE ROCA

DENTELLÓN

TERRENO NATURAL

MEMBRANADE CONCRETO

N.A.m.i.n.

N.A.M.EN.A.M.O.

MATERIAL PERMEABLE BIENGRADUADO DE 1" A 3" b

1:2 1:1.5

H

Fig. Nº 4.2 Presa de Enrocado

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CUADRO NO 4.2

CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS DE ENROCADO

Alternativa 1 Alternativa 2 Elemento

Eje 5 Eje 5 Eje 1

Cota del cauce del río Callazas (msnm) 4248.5 4248.5 4049.4

Altura de la presa H (m) 45.3 39.4 41.9

Ancho de la corona b (m) 10.0 10.0 10.0

Ancho total de la base (m) 213.85 87.3 198.55

Talud de aguas arriba (V : H) 1 : 2.0 1 : 2.0 1 : 2.0

Talud de aguas abajo (V : H) 1 : 1.5 1 : 1.5 1 : 1.5

c) PRESA DE CONCRETO ROLADO

Se propone en la alternativa de construcción de presas en serie, el estudio de

presas de concreto de gravedad, construidas con concretos compactados por

rodillado, o concretos CCR.

Este tipo de proceso constructivo de presas de concreto gravedad es más barato

con respecto a otros procesos constructivos, y tienen una mayor rapidez en su

construcción

Las características de la presa de concreto rolado, para ambas alternativas, se

muestran en la figura y el siguiente cuadro.

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N.A.m.i.n. 1:0.2

N.A.M.EN.A.M.O.

TERRENO NATURAL

1:0.7

CUERPO DE PRESA

b

DE CEMENTOPANTALLA DE INYECCIONES

Fig. Nº 4.3 Presa de Concreto tipo gravedad

CUADRO NO 4.3

CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS DE CONCRETO ROLADO

Alternativa 1 Alternativa 2 Elemento

Eje 5 Eje 5 Eje 1

Cota del cauce del río Callazas (msnm) 4248.5 4248.5 4049.4

Altura de la presa H (m) 45.3 39.4 41.9

Ancho de la corona b (m) 4.0 4.0 4.0

Ancho total de la base (m) 213.85 87.3 198.55

Talud de aguas arriba (V : H) 1 : 0.2 1 : 0.2 1 : 0.2

Talud de aguas abajo (V : H) 1 : 0.7 1 : 0.7 1 : 0.7

4.4 DESVIO DE LAS AGUAS DE LAS QUEBRADAS AZUFRE GRANDE Y AZUFRE

CHICO

Con el propósito de controlar las aguas contaminadas de las quebradas Azufre

Grande y Azufre Chico, ubicadas cerca de la toma Coranchay, se propone

investigar en los estudios definitivos la posibilidad de desviar las aguas de ambas

quebradas, mediante canales de conducción, de tal manera que estas no discurran

por el canal Coranchay.

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Se ha efectuado un prediseño de las bocatomas para las dos alternativas, así como

el trazo preliminar de los canales de derivación.

En la Alternativa No 1, el canal deriva las aguas de la quebrada Azufre Grande

hacia la quebrada Azufre Chico, transportando un caudal de 0.8 m3/seg, aguas

abajo en Azufre Chico capta los flujos de ambas quebradas y transporta 1.55

m3/seg que finalmente entrega al río Callazas, con una estructura de cruce sobre el

canal Coranchay, en una zona ubicada aguas abajo de la toma Coranchay.

En la Alternativa N° 2, el canal transporta las aguas de la quebrada Azufre Grande

a la quebrada Azufre Chico, luego se captan las aguas de ambas quebradas en la

quebrada Azufre Chico y son transportadas por el canal de desvío y entrega estas

aguas al vertedero de demasías de la presa en el Eje N° 1.

La estructura de la captación es una bocatoma estándar de barraje fijo, y tiene las

mismas características para las dos alternativas.

En la Alternativa N° 1, la bocatoma N° 3 capta las aguas de la quebrada Azufre

Grande, la avenida de diseño es 7.7 m3/seg, correspondiente a un periodo de

retorno de 50 años. El canal de conducción ABD desemboca aguas arriba de la

bocatoma N° 1, ubicada en la quebrada Azufre Chico. La bocatoma N° 1, diseñada

también con una avenida de diseño de 7.1 m3/seg, correspondiente a un periodo de

retorno de 50 años, capta las aguas de las dos quebradas, y entrega el caudal de

captación al canal GH que desemboca en el río Callazas aguas abajo de la toma

Coranchay.

En la Alternativa N° 2, la bocatoma N° 3 capta las aguas de la quebrada Azufre

Grande. El canal ABC desemboca aguas arriba de la bocatoma N° 2, ubicada en la

quebrada Azufre Chico. La bocatoma N° 2 capta las aguas de las dos quebradas, y

entrega el caudal de captación al canal EF que desemboca en el vertedero de

demasías de la presa situada en el Eje N° 1.

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5. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS

Los criterios asumidos para seleccionar la alternativa más adecuada son los siguientes:

Las condiciones Geológicas-Geotécnicas favorables

La relación Volumen de Presa / Volumen de Almacenamiento

Los costos de inversión en consideración con el tipo de presa.

En el Cuadro No 5.1 se presentan las principales características técnicas de las

alternativas propuestas.

CUADRO NO 5.1

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Elemento Alternativa No 1 Alternativa No 2

Altura de la presa H, para todos

los tipos de presa Eje Nª 5 : 45.3 m

Eje N° 5 : 39.4 m

Eje N° 1 : 41.9 m

Volumen total de presa (m3)

Presa mixta

Presa de enrocado

Presa de concreto rolado

523, 860

418, 791

90, 409

1’ 800, 318 Total 1 y 5

701, 026 Total 1 y 5

149, 714 Total 1 y 5

Volumen total de almacenamiento 11.0 MMC 11.2 MMC

Relación Vol. de presa / Vol. de

almacenamiento

Presa mixta

Presa de enrocado

Presa de concreto rolado

0.0476

0.0381

0.0082

0.1610

0.0626

0.0133

Si se considera que los beneficios obtenidos con ambas alternativas propuestas

son las mismas, debido a que el caudal garantizado es prácticamente el mismo,

se puede asumir que la viabilidad del proyecto está relacionado con los costos

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de las obras, el cuadro siguiente presenta la estimación de los costos implicados

en cada una de las alternativas formuladas.

CUADRO NO 5.2

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS COSTOS DE OBRAS

Alternativa Costo total ( * )

(U.S. Dólares)

Alternativa No 1

Presa mixta Presa de enrocado Presa de concreto rolado

4’ 634, 449 5’ 486, 245 9’ 054, 853

Alternativa No 2

Presa mixta Presa de enrocado Presa de concreto rolado

9’ 784, 776 (las dos presas) 10’ 021, 716 (las dos presas) 15’ 606, 972 (las dos presas)

( ∗) Precios a Agosto del 2003, incluye 19 % IGV

De acuerdo a los resultados de las evaluaciones anteriores se considera, a nivel de los

estudios de pre factibilidad, que la Alternativa No 1 con una Presa Mixta de Enrocado

con núcleo impermeable, construida en el Eje N° 5, es la más recomendable.

Al evaluar la rentabilidad del proyecto, por medio de la Alternativa N° 1, para un

horizonte de 50 años y 7 % de tasa de descuento, los indicadores económicos son los

siguientes:

VAN = 3.359 (106 U.S. Dólares)

B/C = 1.62

TIR = 12.4 %

El análisis de sensibilidad permite visualizar el grado de dispersión de los resultados

obtenidos, y al mismo tiempo indica hasta que grado el proyecto soporta los cambios en

costos e ingresos.

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Considerando un mayor monto de inversión, del orden del 20% debido a las

incertidumbres acerca de las cimentaciones, los indicadores económicos resultan ser:

VAN = 2.268 (106 U.S. Dólares)

B/C = 1.35

TIR = 10.1 %

El resultado indica que el proyecto no es sensible a cambios desfavorables.

6. TIEMPO DE EJECUCIÓN DE OBRAS

El tiempo estimado de la ejecución de las obras de regulación del río Callazas es de 18

meses (año y medio).