UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINAFACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

DEPARTAMENTO DE ORDENAMIENTO TERRITORIAL Y DESARROLLO SOSTENIBLEGEOLOGÍA Y GEOTECNIA

DISEÑO DE PRESA DE TIERRA EN EL DISTRITO - OCROS

INFORME FINAL

SILVA RAMIREZ, MIGUEL ANGELRAMIREZ AVALOS, RICARDO

JAUREGUI JAUREGUI, BRUNOHUERTA VALDIVIA, RODRIGOGUTIERREZ REYNAGA, MAX

20/07/2015

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1. INTRODUCCIÓN

El proyecto que se desarrollará se encuentra en la Cuenca del río COMPLETAR . es una presa de tierra, esta consta de un diseño donde nos hemos validos de la geología del lugar tales como las canteras de roca, depósitos coluviales, suelos finos encontrados y presencia de morrenas que es un material con propiedades altamente impermeables. En Hidrología hemos encontrado tres lagunas a distinto nivel de elevación, entre otras características. Contamos con la topografía en la boquilla y en los estribos. Sin embargo no debe olvidarse que este proyecto tiene como objetivo una población beneficiado, en este caso es el Distrito de Ocros, también debemos tener en cuenta consideraciones en el aspecto ambiental.Ubicación y accesibilidad El área del Proyecto, se localiza en el distrito de Ocros, Localidad ubicada en el extremo sureste de la provincia de Huamanga, región yacucho.El acceso desde la ciudad de Lima se Realiza un Través de la carretera Panamericana Sur, Hasta el sector denominado San Clemente (3 horas), desde el cual parte la carretera Libertadores Hacia la ciudad de Ayacucho (5h 30 min). A partir de esta, se adhieran por la carretera Ayacucho Andahuaylas Hasta el kilómetro 461 de Dicha vía (1 h 30 min), encontrándonos enel área del Proyecto, Tabla 01, Figura01,T r a m o D i s t a n c i a T i e m p o a p r o x i m a d oLima - San Clemente 239 km 3 hSan Clemente – Ayacucho 370 km 5 h 30 minAyacucho – Ocros 1 10 km 1 h 30 min

t a b l a 0 1 : e l l a p s o d e t i e m p o d e s d e l a c i u d a d d e l i m a a l a z o n a d e l p r o y e c t o e s d e 1 0 h o r a s y s e r e c o r r e u n a d i s t a n c i a d e 7 1 9 k i l ó m e t r o s a p r o x i m a d a m e n t e . F u e n t e g o o g l e m a p s .

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A s p e c t o s g e n e r a l e s .C l i m aEl clima del área de estudio es frío y seco. DEBIDO a la no existencia de una estación pluviométrica que Pueda brindar Información de precipitación en la zona de estudio, de Podemos mencionar SEGÚN el piso ecológico en el que se encuentra, la precipitación Promedio es de 600 a 800 mm / año aproximadamente Hidrografía Destacan la Presencia de lagunas Permanentes y estacionales, Principalmente originadas Por Las precipitaciones pluviales, destacando por su Extensión la laguna Parionacocha (Foto 01) Ser y por junto con las Demás lagunas, lanaciente del río Ventanillayoc, quien Presenta en el área del Proyecto Una Dirección WE Cambiando aguas abajo una ANU Dirección NE Hasta vertir SUSaguas en el rio Quishuarmayo,

P l a n o P - 0 2 .

2. ALCANCES DEL PROYECTO

2.1. TOPOGRAFÍA

No hicimos un levantamiento topográfico, se contó con un material otorgado por el Ing. Malaga (entregado como parte de los datos del proyecto), se determina que la boquilla estrecha, ubicada en el rebose del vaso, es de solo 400.0 m de longitud. Ello permite definir en primera instancia la zona como apropiada para proyectar una Obra de Regulación económica y de fácil construcción.

Una de las posibilidades es diseñar una presa de tierra sobre la boquilla donde los estribos son de material morrenico, otra sería proyectar un rajo. Esta última posibilidad permitiría una regulación aprovechando la conformación original del vaso. Así, se aseguraría una estabilidad de los taludes correspondientes a la zona ubicada bajo la misma.

2.2. HIDROLOGÍA

De los estudios realizados insitu y por la información destacada de SENAMHI obtenida por las coordenadas del proyecto “Construcción de la presa con fines de riego, distrito de Ocros, provincia Huamanga”, se obtiene el siguiente resumen hidrológico de la oferta hídrica de la cuenca completar calculado por distintos métodos.

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2.3. GEOLOGÍA Y GEOMORFOLOGÍA

La interpretación morfológica del vaso, como es natural encontramos morrena en las laderas y en el borde de las lagunas, nos indica diferentes procesos de retroceso glaciar; etapas que han originado embalses escalonados, delimitados por diques morrénicos.

En el vaso encontramos roca volcánica (diorita) por afloramiento y por rodadura, estas rocas tienen como principal propiedad la alta impermeabilidad.

CANTERASa) Cantera de Rocas

En la zona estudiada existe suficiente cantidad de materiales rocosos para satisfacer los requerimientos constructivos de la presa. Se observa yacimientos aluviales apropiados y roca in situ. Los primeros presentan buenas características de resistencia y se encuentran depositadas en los siguientes lugares:

❖ Márgenes del vaso: Los bloques rocosos de las clases de andesitas, diorita y granitos, con volumen aproximado de 5000m3 y tamaños que superan los 1 m de diámetro.

❖ Aguas arriba del vaso: Bloques de rocas de tamaños adecuados para una presa de enrocamiento, en un volumen aproximado de 10,000m3

❖ Cantera de material coluvial o de talud de escombros: En la margen derecha del vaso provocadas por las aportaciones de las lagunas.

b) Suelos Finos

Se ubica con potencia promedio superficialmente de 0.84m. Es del tipo de suelos arcilloso-limoso (Cl, Cl-ML), y se localiza por sectores; podría explotarse aguas debajo de la boquilla. Los requerimientos de este suelo serán escasos de acuerdo al tipo de presa a recomendar.

c) Agregados

Gravas y arenas, se localizan también 30 Km. aguas debajo del vaso, son del tipo cuarcífero, pudiendo explotarse un volumen aproximado de 5000m3, suficientes para satisfacer los requerimientos de agregados de obra.

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3. PLANTEAMIENTO DE LA DISPOSICIÓN DE LA PRESA

3.1. ARRASTRE DE SEDIMENTOSNo se contó con información proporcionada referente a estudios de arrastres de

sedimentos. Sin embargo, por proyectarse y observar el vaso, los sedimentos serán minimos.

3.2. UBICACIÓN DE LA OBRA DE PRESA

Finalmente se proyectó la construcción de la estructura en la siguiente ubicación.COORDENADAS UTM DATUM - WGS84:ZONA 18 SUR 9° 31’ 17’’ Latitud Sur 77° 20’ 28’’ Latitud Oeste

- Vista satelital del vaso de Ocros.

CHINO FOTOFuente: Google Earth.

4. DISEÑO DE LA PRESA

El inicio de todo proceso de diseño amerita conocer los distintos aspectos involucrados en el proyecto. En cuanto a la determinación de las dimensiones y consideraciones propias de una presa de tierra, es necesario evaluar esencialmente los puntos representados en el siguiente esquema:

- Estudios básicos y su relación con el diseño de la presa.

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Cabe resaltar la importancia de cierto grado de simultaneidad en cuanto a los estudios mencionados. La topografía será el primer paso, pero estará indubitablemente relacionado con la Hidrología. Dicha relación es perenne a lo largo del proceso influyendo una en la otra. A continuación, los estudios de suelos: geología y geotecnia serán determinantes últimos para definir características constructivas de la presa. El aspecto último mencionado es el impacto de la obra en la sociedad. Sin embargo, éste se encontrará en todo momento vigente y necesario considerar.

Como parte de la presente memoria descriptiva, se presenta un resumen justificativo de los procedimientos y decisiones tomadas durante el diseño de la presa de Ocros hasta el análisis topográfico e hidrológico expresado en el dimensionamiento de la altura y ancho de coronación de la presa.

Al conseguir un embalse artificial con la construcción de una presa es necesario conocer los volúmenes a considerar para su diseño y sus consiguientes niveles de agua. Tal como muestra la Imagen N°03 se determinarán: el volumen muerto, el volumen útil, el volumen por avenidas, el borde libre y el ancho de coronamiento.

- Niveles y Volúmenes de almacenamiento de una presa.

Donde:1.-VOLUMEN ÚTIL=Altura entre NAMO y NAMINO2.-VOLUMEN POR AVENIDAS=Altura entre NAMO y NAME3.-VOLUMEN DE RESERVA= Altura entre NAMIN Y NAMINO4.-VOLUMEN MUERTO = Altura bajo NAMIN

4.1. ALTURA DE LA PRESA4.1.1. DETERMINACIÓN DE VOLUMEN ÚTIL DE LA PRESA

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Uno de los aspectos determinantes al momento de definir la realización o no de un proyecto de represamiento es la disponibilidad del recurso hídrico, ya que éste definirá si los requerimientos del embalse podrán ser cumplidos. Entonces, el primer paso para el dimensionamiento de la presa fue estimar cuál sería el volumen útil.

Según opinión de expertos, periodos de recopilación de datos comprendidos entre 20 a 30 años son recomendables para estudios de comportamiento hidrológico de la acumulación y escurrimiento de aguas en cuencas colectoras.

Existen distintos métodos para obtener el Volumen Útil de almacenamiento. En este caso trabajaremos en dos fases. La primera con el método de Picos Secuentes y la segunda la Operación Simulación del Embalse.

a) MÉTODO DEL PICO SECUENTE:Con el Método de picos Secuentes o Simulación del reservorio se ha estimado en

primera instancia el Volumen Útil. Éste será llevado luego a la Curva Área-Altura-Volumen a fin de calcular la Altura de la Presa por VOLUMEN ÚTIL.

El procedimiento de este método consta en lo siguiente:❖ Calcular la entrada neta y acumulada al vaso.❖ Encontrar el primer pico de las entradas netas acumuladas.❖ Ubicar los picos secuentes, así como también entre pico y pico los valores

mínimos a los que llega el embalse.❖ La diferencia de estos valores equivalen al volumen, ubicar el máximo y ese será

nuestro volumen útil con el que se trabajara.❖ De acuerdo a lo obtenido podemos hallar nuestros valores de derrame y los

momentos en los que se encuentra lleno o vacío nuestra presa.

Como se mencionó, este método es una primera fase para el cálculo del Volumen Útil ya que en esta etapa del proceso se trabajó con una demanda de 0.4 m3/s, la cual se obtuvo a partir de previos estudios de cédulas de cultivos por tener nuestro proyecto un enfoque de riego.

b) CONSTRASTACIÓN TOPOGRÁFICAComo se hizo referencia al inicio del presente capítulo, el estudio topográfico fue el

inicio en la determinación de la ejecución de la presa al dotarnos de la ubicación y determinación de la cuenca colectora; sin embargo, seguirá siendo influyente en las siguientes fases. Para esta parte del proceso de diseño se procedió a contrastar el valor estimado para el volumen útil con la información topográfica y su consiguiente curva Altura – Área – Volumen

Los factores considerados para evaluar la ubicación óptima fueron:- Conseguir el volumen del embalse deseado- No incrementar excesivamente la altura de la presa construida a fin de

minimizar gastos proyectados y evitar posibles problemas de inestabilidad.

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- La longitud estimada para el movimiento de tierras necesario al ejecutar la obra de toma no debe ser excesiva por los costos que significaría.

Es así que luego de analizar varias posibilidades, el grupo decidió la opción de:

- Construir una presa de tierra y enrocado, debido a los recursos encontrados en la zona.

- El nivel de la base de la presa es COMPLETAR y la corona esta COMPLETAR

c) SIMULACIÓN DE OPERACIÓN DEL EMBALSEDespués de haber pasado estos procesos pasamos a realizar una Simulación de

Operación del Embalse para lo cual se partió de la curva Área – Elevación – Volumen. Se extrajeron 10 datos a partir de las elevaciones dentro del intervalo NAMINO – NAMO obteniendo como resultado curvas Área vs Elevación y Volumen vs Elevación. De estas se genera líneas de tendencia y sus respectivas ecuaciones las que posteriormente fueron empleadas en el análisis de volumen final.

4.1.2. DETERMINACIÓN DE LA ALTURA POR OCURRENCIA DE AVENIDAS EN EL RESERVORIO

Se refiere al volumen acumulado entre el nivel del NAMO al NAME. Para determinar estas alturas se empleó una simulación por Tránsito de Avenidas. El mencionado procedimiento sirve para determinar el Hidrograma de salida de la presa dado un hidrograma de entrada. Este último responde a un periodo de retorno seleccionado. Para el caso de la presa en diseño cuya altura, hasta el momento, es 6.50 m.; se asume un periodo de retorno de eventos extremos igual a 100 años en concordancia a con la información proporcionada para presas pequeñas

Cuadro N° 03.- Cuadro para la selección del periodo de retorno.

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Las consideraciones que se deben de tomar son las siguientes:

❖ De la avenida, cuando recorre de principio a fin un reservorio completamente lleno, se dice que ha transitado por el embalse laminándose.

❖ Existen varios métodos para calcular el Hidrograma de Avenidas, así como existen varios métodos para calcular el Tránsito de Avenidas. Para el presente trabajo se consideró utilizar el método del Hidrograma Unitario para el hidrograma de ingreso por no contarse con datos de precipitaciones para tormentas máximas en 24 horas dentro de la cuenca colectora.

❖ Como producto final del Tránsito de Avenidas, se obtiene el caudal para dimensionar el aliviadero de demasías y la altura del volumen almacenado durante la avenida que se sitúa en el Nivel NAMO y el nivel NAME.

Fuente: Elaboración propia.

4.2. DETERMINACION DE LA ALTURA POR BORDO LIBRE

Para el cálculo del Bordo Libre existen el método Combinado de Knapen y el procedimiento de la Ex Comisión Federal de Electricidad de México, para lo cual optamos por la primera opción ya que nuestra presa presenta una altura menor a 15 m.

Es así que, el procedimiento Combinado de Knapen concibe lo siguente:

BL(min)=0.75∗Ho+((Vo)2)/(2∗g)Donde:Ho (m): Altura de ola según StevensonVo (m/s): Velocidad de la ola según Gaillard

Vo=1.52+2Ho

La altura de la ola se determina por viento y por sismo. Para ello podemos usar tablas de doble entrada del ASCI para hallar la velocidad máxima del viento y el Fetch o bien podemos usar las formas empíricas de Stevenson, la cual consiste en lo siguiente.

Vo=0.76+0.34∗F0.5−0.26∗F0.25

F: Fetch en KmEl valor de Fetch se considera a la longitud más larga que impacta

perpendicularmente hacia el eje de la presa, de este valor depende la altura del Bordo Libre tal como lo muestra la siguiente imagen.

Imagen N°04.- Esquema de identificación del Fetch.

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Fuente: Dimensionamiento de presa y enrocado.

Para obtener el valor del Fetch del proyecto necesitamos contar con el plano completo del vaso; pero, a falta de esta información se optó por tomar la longitud de una imagen de Google Earth. Otras alternativas como la de utilizar archivos (*.shp) de la carta nacional descargados del geoservidor MINEDU determinaría mayores errores propios de la escala (curvas de nivel cada 50 m.); mientras que el empleo de un DEM obtenido de los servidores gratuitos presentarían causales similares de error por ser en su mayoría imágenes provenientes del satélite Landsat de baja resolución espacial (comparativa para el tamaño del proyecto). Finalmente se obtuvo una longitud del Fetch de 1.54 Km. Y siguiendo los cálculos mencionados anteriormente se obtuvo como resultado una altura de Bordo libre de 1.23 m.

Imagen N°05.- Grafico de identificación del Fetch para el vaso de ocros CHINO DEL GOOGLE PON LA FOTO

Fuente: Google Earth4.3. CALCULO DE LA CORONACION

Para el cálculo de la coronación realizamos una comparación entre la primera y la segunda de las Formulas Empíricas para el Sistema Métrico que se presentan a continuación, debido a que nuestra presa presenta una altura menor a 15 m.

AC=

1.65 * h0.5

AC=

1.1 * Z0.5 + 1

Donde:H: Altura máxima del embalse.Z: Altura máxima de la presa desde el cauce.

Los mencionados valores fueron asumidos de la siguiente forma:- La altura máxima del embalse fue tomada como la dimensión medida desde el

NAMINO hasta el NAME para consideraciones conservadoras y previendo cierto grado de seguridad ante eventos de desprendimiento de masas de hielo.

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- La altura máxima de la presa desde el cauce fue considerada desde NAMINO hasta la altura de coronación sin considerar el dentellón ni la cimentación.

Finalmente, de ambos resultados, se opta por tomar el valor mayor por motivos de seguridad y por permitir que el coronamiento sirva para la movilización de vehículos y/o personal. Sin embargo, se consideró necesario determinar un ancho mínimo de 6 metros para la movilización de vehículos incluyendo sus radios de giro por ser la presa de una longitud superior a los 400 m.

6. CALCULO DE LA ESTABILIDADMAX COMPLETAR7. CONCLUSIONES8. RECOMENDACIONES9. PLANOS.CHINO JAUREGUI10. ANEXOSCálculos realizados CHUCHIN ALBUM DE FOTOS TODO CON PIE DE FOTOS