MINISTERIO DE AGRICULTURA

INSTITUTO NACIONAL DE RECURSOS NATURALES

INTENDENCIA DE RECURSOS HIDRICOS

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD

AFIANZAMIENTO HÍDRICO DEL VALLE DE TAMBO

RESUMEN EJECUTIVO ALTERNATIVA HUAYRONDO

Febrero 2005

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“AFIANZAMIENTO HIDRICO DEL VALLE DE TAMBO” ESTUDIO DE FACTIBILIDAD

ANEXO 8: MEMORIA TÉCNICA DISEÑO DE LA ALTERNATIVA HUAYRONDO

“DISEÑO DE TOMA, OBRAS DE ENCAUZAMIENTO, CANAL DE DERIVACIÓN, CANAL DE DESCARGA Y OBRAS DE ARTE”

1.0 GENERALIDADES 1.1 Antecedentes

La Intendencia de Recursos Hídricos del Instituto Nacional de Recursos Naturales INRENA, comprometida con el manejo de los recursos hídricos de la cuenca del río Tambo, determinó formular los Estudios de Preinversión del Proyecto de Almacenamiento y Regulación de las Aguas de la cuenca del río Tambo, para mejorar la oferta de agua para riego de las áreas ubicadas en la parte baja de la cuenca, garantizando el abastecimiento de la atención de la demanda de agua de las áreas actualmente desarrolladas durante el periodo de estiaje. Decisión que se adoptó para resolver la problemática hídrica acaecida en los valles de Tambo y Moquegua, como consecuencia de la insuficiencia de disponibilidad de agua en la cuenca para atender las demandas de riego en la incorporación de tierras nuevas del Proyecto Pasto grande y al mejoramiento de riego del valle de Tambo. Conflicto que se hizo evidente por el otorgamiento de agua del sistema Pasto Grande al mejoramiento de riego del valle de Tambo que, a pesar de no estar previsto, generó derechos de uso de agua en los agricultores del valle de Tambo, que deben ser reconocidos y atendidos. De conformidad con los resultados del estudio preliminar de los recursos naturales disponibles en la cuenca, para alcanzar el afianzamiento del riego del valle de Tambo se propuso, en la formulación del Perfil del proyecto, el aumento de la oferta de agua, mediante el trasvase o almacenamiento y regulación, con el planteamiento y evaluación de seis alternativas basadas en ubicaciones de presas para el aprovechamiento de los recursos hídricos disponibles en periodos de avenidas, de cuyo resultado se seleccionaron dos como las más favorables:

• Alternativa II-1 “Presa de Tierra en Paltiture”.

• Alternativa VI-1 “Presa de Tierra en Huayrondo”. La alternativa Paltiture es una alternativa interesante por el bajo costo de obra, la alternativa Huayrondo también tiene sus propias ventajas, especialmente de carácter operativo y calidad del agua a utilizar. Actualmente la información base de la alternativa Paltiture es muy completa y los diseños han sido concluidos con mucho detalle, no así la alternativa Huayrondo, sobre la cual no se han hecho mayores

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investigaciones ni levantamientos topográficos, requiriéndose sean ejecutados los estudios básicos detallados, así como el planeamiento y diseño de las obras hidráulicas propuestas, determinándose la necesidad de profundizar las investigaciones y formular el estudio de factibilidad de “Afianzamiento Hídrico del Valle de Tambo”.

1.2 Objetivos y Metas

El objetivo del Proyecto “Afianzamiento Hídrico del Valle de Tambo” es lograr el mejoramiento del riego del valle de Tambo, mediante la propuesta de obras de captación, conducción, almacenamiento y regulación, para atender el déficit hídrico que se produce en el valle.

La meta propuesta en la alternativa Huayrondo es la realización de las obras: Toma de Captación, Obras de Encauzamiento, Canal de Derivación, Presa, Canal de Descarga y Obras de Arte; para captar y conducir, en épocas de avenida, un caudal constante de 3 m3/s, almacenados en el embalse Huayrondo de 15 MMC de capacidad, para que en la época de estiaje ó déficit de agua sean entregados al río, garantizando un suministro continuo y seguro de agua al valle de Tambo.

2.0 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DEL PROYECTO 2.1 Ubicación

El Proyecto Huayrondo, comprende la regulación y represamiento de las aguas del río Tambo en la Quebrada Huayrondo, mediante el emplazamiento de una Toma, Canal de Derivación, Presa de Tierra y Canal de Descarga, abarca un área aproximada de 200 ha, localizada geográficamente en la cabecera del valle y margen derecha del Río Tambo, entre las coordenadas UTM GPS - SAT 56: 8’118,500 – 8’120,600 Norte y 229,000 – 223,000 Este, a una altitud entre 280 y 330 m.s.n.m. Políticamente, la zona pertenece al Distrito Cocrachacra, Provincia de Islay, del Departamento y Región de Arequipa.

2.2 Vías de Acceso El valle de Tambo cuenta con dos accesos principales la Carretera Arequipa – Matarani – Mollendo y la Carretera Panamericana Sur (Puente Fiscal), Km 1,049, e internamente, con la Carretera Provincial asfaltada Mollendo – Cocrachacra – Panamericana (Puente Fiscal), como la vía de mayor importancia que interconecta el valle, de la cual se derivan los ingresos a los distintos sectores de riego.

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El acceso al área del Proyecto Huayrondo es por la carretera Panamericana Sur, altura del Km 1,051.2, en la margen izquierda del valle Tambo, punto del cual se inicia el camino carrozable que conduce al poblado rural “La Pascana”, donde el camino se bifurca, tanto para acceder al emplazamiento de la Presa como a la Toma de Captación y Canal de Conducción. Al emplazamiento del vaso y presa Huayrondo se accede por el camino carrozable, que cruza el río hacia la margen derecha hasta llegar al poblado “El Toro”, de allí se continúa hasta la desembocadura de la quebrada Huayrondo, donde se ubica el emplazamiento de la Presa de tierra que conformará el embalse correspondiente. La longitud total del camino, desde la carretera Panamericana a la Presa, es 11 Km. A la Toma, se accede por la ramificación del camino carrozable que parte de “La Pascana”, su recorrido por la margen izquierda del río, conduce a las localidades de Quelgua (Chica y Grande) y Dique Quelgua, ésta última frente al lugar denominado “Pan de Azúcar”, en la margen derecha del río, donde se ubica la Toma de captación. La longitud total del recorrido, desde la Panamericana, es 15 Km.

2.3 Característica de la cuenca del río Tambo

La cuenca del río Tambo abarca el ámbito de tres Regiones: las provincias de Sánchez Cerro y Mariscal Nieto en el departamento de Moquegua; provincias de Arequipa e Islay en el departamento de Arequipa; y, Puno y San Román en el departamento de Puno. Cubre un área total de 13,361 Km2, la red hidrográfica está conformada por el río principal Tambo, que tiene como afluentes principales a los ríos: Carumas, Coralaque, Ichuña y Paltiture.

2.4 Climatología La climatología en la cuenca Tambo se caracteriza por su aridez en la costa, clima templado en los valles interandinos y clima frío en las altiplanicies andinas. En la cuenca existe una infraestructura hidrometeorológica que data desde el año 1956, distribuida en la cuenca, siendo los organismos encargados del control y registró el SENAMHI y el Proyecto Pasto Grande. Particularmente, el valle de Tambo se caracteriza por ser una zona predominante desértica, cálida y húmeda, con precipitación casi nula, salvo cuando se presentan eventos extraordinarios como el “Fenómeno El Niño”.

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Las precipitaciones pluviales sobre esta zona son mínimas, registrándose un promedio anual de 20 mm. El clima en el valle presenta una temperatura media anual de 19°, y la Humedad Relativa media de 77 %.

2.5 Escurrimiento y recurso hídrico de la cuenca Tambo

El escurrimiento superficial en la cuenca del río Tambo, se origina de las precipitaciones ocurridas en la parte alta y de los deshielos de los nevados de la Cordillera, produce un volumen anual total de 1,077 MMC y una descarga promedio anual de 31.46 m3/s, constituyéndose en uno de los ríos importantes de la Costa Sur del país. Desde el punto de vista hidráulico-fluvial en la cuenca alta se produce el integro de la masa anual del río Tambo y en la parta baja, que se extiende desde la cota 500 hasta el nivel del mar, no aporta escorrentía. Esta característica hace que el recurso de agua con que cuenta el valle de Tambo, que satisface los requerimientos hídricos, proviene exclusivamente del río Tambo, el cual presenta un régimen de descarga irregular y torrentoso, fluctuando durante las estaciones del año, con grandes diferencias entre los meses de avenida y estiaje. Este comportamiento del río Tambo ha creado en los usuarios del valle, prácticas particulares de reparto de agua; en los meses de avenida tratan de utilizar la máxima cantidad de agua con el fin de aprovechar el limo y efectuar el lavado de sales sobre todo de boro, acumuladas en el suelo durante el año. En los meses de mínima descarga, los canales principales con toma directa del río tienen o se aseguran dotaciones permanentes, en los canales y ramales se reparten el agua mediante la “mita o turno”, la cual es referida a un determinado tiempo de riego por unidad de área.

Una particularidad de las aguas del río Tambo, es que presenta altos contenidos de sales y de boro, aportado por casi todos los afluentes del Tambo, en concentraciones variables, exceptuando el río Vizcachas, que no registra presencia de boro.

2.6 Hidrología El río Tambo presenta un régimen irregular, cuyas mayores descargas se registran en los meses de enero a abril y las mínimas durante el estiaje que corresponde al periodo de mayo a diciembre. Las descargas del río Tambo son registradas actualmente en la estación Puente Santa Rosa, ubicada en la proximidad del puente de cruce de la carretera Panamericana con el río Tambo, desde el año 1990, las

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mediciones anteriores al periodo (1964 al 1989), se realizaron en la Estación La Pascana. Según los registros hidrológicos de los archivos informáticos del INRENA (Información Hidrológica “SIH”), los caudales promedios mensuales registrados durante las avenidas del periodo 1990-2004 varían de 50 m3/s en enero, 110 m3/s en febrero, 81 m3/s en marzo y 33 m3/s en marzo; en tanto que, en estiaje los caudales promedios mensuales varían de 7 m3/s en septiembre a 9 m3/s en diciembre. Los caudales máximos medios mensuales registrados, para el mismo periodo, son: enero 207 m3/s, febrero 362 m3/s, marzo 272 m3/s y abril 118 m3/s; y, los caudales mínimos mensuales son: septiembre 4.7 m3/s, octubre 3.5 m3/s, noviembre 3.5 m3/s y diciembre 4.5 m3/s. Cabe anotar que, el caudal máximo anual diario registrado se produjo en marzo de 2002 y correspondió a 620 m3/s. Los caudales máximos del río Tambo, se determinaron a partir de los métodos teóricos de probabilidades más conocidos (Normal, Log-Normal, Gumbel, Log-Pearson III), para diferentes períodos de retorno y distribución, utilizando como información los registros de caudales del río del periodo del año 1990 al 2004 de la Estación Puente Santa Rosa, cuyos resultados se presentan en el cuadro A8-1

Cuadro A8-1 Cálculo de Caudales Máximos del Río Tambo

Periodo de Retorno (años)

Probabilidad de no

excedencia

Caudales (m3/s)

Normal Gumbel l Log Norma

Log Pearson III

10 0.100 721 727 888 729

25 0.040 838 911 1311 869

50 0.020 914 1049 1685 964

100 0.010 982 1185 2113 1052

200 0.005 1045 1320 2598 1135

500 0.002 1120 1499 3338 1238

En el presente caso, para efectos de diseño de las obras proyectadas, se ha adoptado como caudal máximo en el río Tambo 1300 m3/s, que corresponde aproximadamente al promedio de las cuatro distribuciones del periodo de retorno de 100 años.

3.0 INFORMACIÓN BÁSICA Y PLANEAMIENTO DEL PROYECTO 3.1 Caracterización de las obras.

Frente a la localidad rural Quelga, sobre la ribera derecha del río Tambo, se localiza el área denominada Pan de Azúcar, donde se proyecta emplazar la Toma que captará y derivará las aguas del río, para que mediante un canal conducirlas hasta la quebrada Huayrondo, donde

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serán almacenadas mediante la previsión de una presa y luego descargadas progresivamente al río. El trazo del canal de aducción se desarrolla en media ladera sobre la vertiente rocosa, con inclinaciones de 45° en promedio, que después de un recorrido de 8,967 m, alcanza el punto de entrega al embalse, ubicado en la ladera izquierda de la quebrada Huayrondo, unos 100 m aguas arriba del emplazamiento del estribo de la Presa y a 50 m de altura respecto al nivel del cauce. En general, la desembocadura de la quebrada Huayrondo (entrega al río Tambo), se sitúa a 1.5 Km aguas arriba de la localidad de El Toro, donde se halla el estrechamiento geomorfológico a partir del cual se configura la hoya para almacenamiento del agua, delimitada por vertientes rocosas y el cauce central, conformado por material aluvial, de aproximadamente entre 300 a 450 m de ancho de cauce, con pendiente pronunciada. El estrechamiento de la quebrada, forma un abra que tiene 290 m de base con laderas rocosas en 45°, se constituye en el lugar natural para proyectar el cuerpo de la Presa. En cuanto a los recursos hídricos de la quebrada Huayrondo, se observa que estos sólo transitan por el cauce en períodos extraordinarios, pudiendo considerarse como una quebrada seca, con posibilidad de utilizarse como vaso lateral para almacenamiento de las aguas derivadas del río Tambo, con el cierre de la quebrada mediante una pantalla del tipo presa de tierra. El Proyecto Huayrondo contempla el emplazamiento de una presa de tierra, con pantalla de concreto sobre el talud aguas arriba, construida, con materiales del sitio, proyectada para una altura máxima de 47 m y longitud de corona de 473 m, para formar un embalse de 15 MMC de capacidad, entre los niveles 268 msnm (terreno natural) y 315 msnm en la corona. Hacia aguas abajo del emplazamiento de la presa, el valle de la quebrada Huayrondo es una planicie con 2% de pendiente y 700 metros de longitud hasta su confluencia con el río Tambo. Sobre esta planicie se desarrolla el cauce natural de la quebrada, la cual será utilizada como Canal de conducción de las aguas del embalse hacia el río Tambo, de acuerdo a las necesidades de riego en los meses deficitarios Octubre a Diciembre).

3.2 Topografía

Las mediciones para levantar el área del proyecto, desde la Toma de captación hasta el Embalse Huayrondo, se realizaron desde los puntos bases o hitos de las poligonales de apoyo ubicados en campo, una primera poligonal para el levantamiento del embalse y otra segunda para el trazo del Canal, ambas poligonales se desplegaron desde los hitos dispuestos y materializados en campo en la proximidad del sitio del eje base de la presa.

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El resultado de estas investigaciones básicas de topografía permitió analizar y definir en gabinete la ubicación de las obras y respondió a los siguientes trabajos:

3.2.1 Captación y Conducción La topografía desarrollada para el levantamiento del emplazamiento de la Toma y del Canal Aductor, se realizó desde la poligonal abierta trazada longitudinalmente sobre la ribera derecha del río Tambo, en una trayectoria paralela a la vertiente derecha, con la característica que, en la medida que el canal gana altura, la poligonal de apoyo comienza desarrollarse en ladera. En general, el trazo del canal de derivación en su primer tramo, del Km 0+000 al 0+500, se desarrolla en ladera baja y del Km 0+500 al 8+900, en ladera alta y escarpada. A lo largo de éste predomina la presencia de afloraciones rocosas, cruzada por pequeños conos detríticos sueltos e inestables. El centroide de la poligonal se encuentra dentro de las siguientes coordenadas:

Norte : 8´119,840 Este : 225,550 Altitud : 320.00 m.s.n.m. La poligonal topográfica para el levantamiento del canal fue referenciada a las coordenadas UTM, en base a los hitos de apoyo ubicados en los extremos del trazo, definidos geográficamente en longitud y latitud (promedio de mediciones diarias de lecturas del GPS), a partir de los cuales se inició, desplegó y ajustó la poligonal de apoyo para el levantamiento de la franja del Canal Aductor, que abarcó una superficie aproximada de 35.6 ha, dentro de las cuales también se ubica el emplazamiento del área de la Toma; cuyos límites son:

Norte : Con el Cerro de Huayrondo, Sur : Con el río de Tambo Este : Con el Cerro Pan de Azúcar Oeste : Con el Pueblo de Buenavista y Toro.

Para el control vertical se utilizaron niveles absolutos definidos para los hitos mencionados anteriormente, usados como BMs de partida y llegada, a partir de los cuales se ubicaron los demás puntos para las mediciones a lo largo del canal (levantamiento del trazo). El levantamiento topográfico de la franja del trazo del Canal Aductor proyectado incluyó los siguientes trabajos:

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Nivelación de una la línea de gradiente adyacente al trazo del canal, señalizando su ubicación en el terreno con estacas o marcas sobre rocas, debidamente protegidos y referenciados y con espaciamientos no mayores a 150 m. Sobre la ladera del cerro se dejaron referencias monumentadas con mojones de piedra o en puntos inamovibles pintados de blanco, dentro de la franja de levantamiento, cada 500 m aproximadamente, adyacente al probable eje del canal, conservando una pendiente uniforme de 0.001. Las mediciones longitudinales y verticales de la poligonal definitiva se cerraron compensando los errores de acuerdo a los métodos estándar.

Para el cálculo de las coordenadas de los vértices de la poligonal definitiva, se tomarán como base de referencia las coordenadas de los hitos geodésicos definidos en los extremos del trazo del canal.

Las nivelaciones se cerraron cada 500 m, colocándose un Bench–Mark (BM), debidamente señalizadas en el terreno y con una precisión de cierre de 0.012 m por Km.

Levantamiento topográfico del canal en una longitud de 10 Km y en una franja de 30 m en promedio, 15 m a cada lado del eje del canal, a escala 1:1,000 con curvas de nivel a cada un (1) metro.

Perfil longitudinal del eje del canal a escala 1:1,000.

Secciones transversales a cada 50 m, dibujadas a escala 1:200 y en una franja aproximada de 15 m a cada lado del eje del cauce.

Levantamiento topográfico complementario de detalle de las zonas donde se ubica el emplazamiento de la toma, para coadyuvar al diseño de la estructura.

La información topográfica se confecciono en formato digital (CD), utilizando el Software AutoCAD, impreso en tamaño A1, debidamente numerado y referenciado. La información en cada plano incluyó una leyenda con definición de la toponimia empleada, indicación gráfica de la escala de dibujo, señalización gráfica del norte y un recuadro con la identificación del plano.

3.2.2 Presa y Embalse Huayrondo La topografía desarrollada para el levantamiento del área del Embalse y emplazamiento de la Presa, se realizó desde la poligonal de apoyo cerrada, trazada por el contorno del cauce de la quebrada Huayrondo, cuyos puntos están referenciados a las coordenadas UTM, abarcando una superficie aproximada de 150 ha, dentro de los cuales se ubica el emplazamiento del embalse Huayrondo; cuyos límites son:

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Norte : Con la lomillas de Huayrondo. Sur : Con el río de Tambo. Este : Con el Cerro de Huayrondo. Oeste : Con el Pueblo de Buenavista y Toro. Los trabajos realizados en campo son los que a continuación se indican:

Levantamiento topográfico del área del embalse, con curvas de nivel al metro, abarcando desde la entrega de la quebrada Huayrondo al río tambo, hasta una cota por sobre el nivel de las agua máximas probable del embalse, proyectadas a la altura de 45 metros del nivel del cauce.

Levantamiento detallado del emplazamiento del eje de la presa, en una franja de 450 m de ancho, 250 m hacia aguas arriba del eje y 200 hacia aguas abajo, con puntos referenciados a las coordenadas UTM. Así como instalación en campo de puntos de control, monumentazos con mojones de piedra pintados, cada 50 m en el eje de la presa.

Colocación de hitos a lo largo del contorno de la quebrada, señalizados con montones de piedra pintados de blanco, para referenciar el nivel máximo del espejo de agua del embalse.

Mediciones topográficas para calcular coordenadas UTM (Norte y Este) a los puntos de apoyo de la poligonal, referidos a la red del Instituto Geográfico Nacional (IGN el Cerro Huayrondo), se utilizó el GPS, Garmin de 12 canales.

Monumentación de puntos de apoyo y BMS con hitos de concreto. Todos los trabajos de levantamiento topográfico, se realizaron con los siguientes equipos: un teodolito digital, marca Topcon, modelo ETL1- T71092 y un nivel automático marca Pentax. En general, los trabajos en gabinete abarcaron los siguientes aspectos:

Calculo de coordenadas con valores obtenidos dentro de los errores permisibles.

Calculo de los niveles para los BENCH-MARK y puntos de apoyo.

Calculo de los puntos de relleno con la identificación de todos los elementos existentes.

Dibujo de plano topográfico con intervalo de curvas de nivel a un metro, plasmado en formato A-1, escala 1: 5,000

Dibujo de plano de ubicación de coordenadas UTM con los puntos de control en formato A-4, ESC 1: 7,500

Plano de Ubicación de la zona de Trabajo, Escala 1: 25,000

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Dibujo en detalle del emplazamiento de la presa, en escala 1:1000, con curvas a nivel cada 0.50 m.

Secciones transversales de eje de la presa cada 50 m.

3.3 Geología y Geotecnia

La importancia de conocer las condiciones geomorfológicas, geológicas y geomecánicas de los suelos dominantes en el área del proyecto Huayrondo, permite dimensionar con seguridad las obras provistas, esta información se encuentra contenida el Anexo 02 “Geología y Sismicidad” y en el Anexo 3 “Geotecnia y Mecánica de suelos” del presente Estudio de Factibilidad, donde se han analizado aspectos específicos de: a. Clasificación de los suelos. b. Estratigrafía geológica de la zona de ubicación de las obras. c. Curvas de graduación del material que conforma el lecho del río. b. Características mecánicas de los materiales confortantes del suelo. d. Coeficientes de permeabilidad. e. Capacidad portante. f. Contenidos de sales y sulfatos del suelo y materiales de

construcción. De la evaluación de la información se obtiene las siguientes consideraciones básicas para el diseño de las obras:

3.3.1 Características del suelo El área de emplazamiento de la Toma de Captación y Obras de Encauzamiento, se localiza en el cauce del rió Tambo, que corresponde a suelos granulares formados por depósitos de naturaleza fluvial acumulados en el lecho, integrado por cantos rodados, gravas, gravillas, arena gruesa y limos, materiales gruesos redondeados en diferentes porcentajes, de buena calidad, cuya capacidad de carga ha sido estimada en mas de 2 Kg/cm2. El canal de derivación proyectado sobre la ladera derecha del Valle de Tambo, se desarrolla en suelos donde afloran rocas volcánicas del tipo andesita de la Formación Chocolate y en pequeña cantidad materiales superficiales sueltos no consolidados deslizados de la parte alta, que en general tipifican la existencia de tres tipos de materiales, desde el punto de su dureza: suelos sueltos, rocas fracturadas (suelta) y rocas fijas, cuya capacidad de carga mínima, al nivel de cimentación, ha sido establecida en 3 Kg/cm², muy superior a las que podrían transmitir las obras previstas, considerándose como suelos que no tendrá problemas de asentamientos.

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El canal de descarga (De 150 m de longitud) proyectado entre la salida de la tubería de descarga de la presa y el cauce de la quebrada Huayrondo (que finalmente conducirá las aguas hacia el río Tambo), se desarrolla sobre un terreno conformado por cantos rodados, gravas, gravillas, arena gruesa y limos de naturaleza fluvio/aluvional subredondeados, en diversas proporciones, cuya capacidad de carga admisible ha sido definida en 1.75 Kg/cm², que contrastándolos con las cargas que trasmitirán las estructuras propuestas, menor de 0.8 Kg/cm², no plantea problemas de asentamientos diferenciales del suelo. En los suelos existentes sobre la ruta de los canales de Derivación y Descarga no se ha encontrado materiales arcillosos que puedan inducir a cargas admisibles críticas o materiales con problemas de expansión de suelos. En lo referente a la proporcionalidad de la dureza de los suelos, para efectos de clasificar y cuantificar los trabajos de movimiento de tierras y estimar los volúmenes de excavación, en las obras de captación, encauzamiento y canales de Derivación y Descarga, se han asumido las siguientes consideraciones:

1. Para las obras de captación y encauzamiento que se emplazan en

suelos granulares fluvio/aluvial, el suelo tiene dureza intermedia entre material suelto a roca suelta.

2. Para el Canal de Derivación se han establecido tres tipos de suelos,

una capa superficial de material suelto que se hace más representativa en los terrenos, próximos a los cruces con quebradillas y hendiduras, una capa intermedia de roca descompuesta (roca suelta) y una inferior de roca fija, cuyos porcentajes de distribución se han definidos según lo siguiente:

Km 0+000 al 8+960 05 % Material suelto Km 0+000 al 8+960 25 % Roca suelta Km 0+000 al 8+960 70 % Roca Fija En base a la investigación geológica de la superficie del trazo del Canal de Derivación, se ha establecido las unidades litológicas y sus características geotécnicas, que se detallan en el cuadro A8-2. Para el Canal de Descarga, que se desarrolla desde la salida de la Presa Huayrondo hasta la entrega a la quebrada Huayrondo (150 m) y luego a lo largo de ésta hasta su confluencia en el río Tambo (0+150 a 0+765) el material es un conglomerado granular suelto de origen aluvial.

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Cuadro A8-2 Características Geotécnicas de los suelos a lo largo

del canal de derivación

Tramo 0+000 – 4+000 : Afloramiento rocosos dioríticos a andesíticos, que se encuentran con escaso material de cobertura.

Geología: Rocas tipo diorítico - andesítico

Permeabilidad: K 10-5

– 10-4

cm/seg

Clasificación geomecánica: Regular

Tramo 4+000 – 4+800 : Depósitos conglomerádicos; constituidos por bolos redondeados a subredondeados en matriz areno - limosa.

GP-GM; grava arenosa en matriz limosa con presencia de bloques medianos subredondeada a redondeada, baja compacidad.

Carga Admisible: 1.75 a 2.25 Kg/cm2

Permeabilidad: K < 10-3

cm/seg

Tramo 4+800 – 9+000 : Afloramiento rocosos dioríticos a andesíticos que se encuentran con escaso material de cobertura.

Geología: Rocas intrusivas tipo diorítico andesítico

Coeficiente de permeabilidad: K= 10-5

– 10-4

cm/seg

Clasificación geomecánica: Regular

3.3.2 Canteras de materiales de construcción Como resultado de la diversidad de obras propuestas en el proyecto Huayrondo se requerirá de varios tipos de materiales de construcción, así tenemos que para la captación, obras de encauzamiento, canales de derivación y descarga, presa y obras de arte correspondiente, se requerirá de agregados para el concreto, piedra para la mampostería, material para los rellenos y roca para las protecciones. Con este propósito se han localizado y evaluado áreas potenciales de préstamo, en función a las características geomecánicas y físico-mecánicas de los materiales, criterios de viabilidad de acceso a las canteras de extracción, mínimas distancias de transporte y facilidad de explotación, realizándose las evaluaciones que se describen a continuación: a) Cantera para agregados de concreto

Para la explotación del agregado para el concreto, se evalúo y seleccionó el material granular existente a lo largo del cauce del río Tambo, principalmente en el área próxima al proyecto, en la cercanía a la embocadura de la Quebrada Huayrondo, conformado por depósitos fluvio aluviales acumulados en el cauce del río. Se identificaron dos potenciales canteras: “Buena Vista” ubicada en la margen izquierda del río Tambo, frente a la quebrada Huayrondo y “El Toro” en la margen derecha del río Tambo, aguas abajo del

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poblado El Toro, en la vecindad del puente provisional de cruce del rió de la carretera La Pascana – Huayrondo, que es el acceso a ambas canteras.

La vía que se utilizaría para el transporte del material explotado, sería por los caminos de acceso que se construirían o habilitarían desde la cantera a los diferentes puntos de las obra y por los caminos de servicio de los canales. Alternativamente, dependiendo de la organización y costos de producción de agregados el contratista podrá evaluar otras canteras de materiales para su uso en el concreto, siempre que cumplan con las exigencias de las especificaciones y superen en calidad a las mostradas en este acápite.

b) Cantera de Roca

Según los diseños propuestos para las obras, se requerirán diferentes tamaños de rocas: roca pesada para diques y obras de encauzamiento de encauzamiento (diámetro de 1.00 a 1.50 m), roca mediana para protecciones (diámetro medio de 0.50 m), rocas pequeñas para mampostería (piedra grande de 25 x 25 x 20 cm) y piedras medianas para el concreto ciclópeo (de 6 a 8”). Los volúmenes de piedra para la mampostería de revestimiento de canal de derivación y de protección de obras de arte, se obtendrán del material que se extraiga de las excavaciones de plataforma y caja en roca fija u que de deposite en la periferia y a lo largo del trazo del canal; igualmente, se utilizara para las protecciones enrocadas de las obras de arte. El usar estos depósitos simplifica el proceso constructivo al elimina sobre tiempos y sobre costos por explotación y transporte.

Para la roca pesada se han localizado dos yacimientos: 1) Cantera “El Toro” ubicada en la margen derecha del río Tambo, cerca del puente provisional próximo al poblado El Toro, distante por camino rural unos 3.5 Km del área del proyecto. Este depósito está constituido por un afloramiento volcánico de naturaleza andesítica-dacítica, asignándosele una clasificación de Roca Clase III, de Mediana Calidad; y, 2) Cantera “Southern” en actual operación a cargo de la Minera Southern Perú, se encuentra ubicada en la margen derecha del río Tambo, en las coordenadas UTM, 8’112,493 N; 208,732 E, a 20 Km del área del proyecto Huayrondo. A esta cantera se accede a través de un camino rural vehicular a partir del puente de Cocachacra. Esta cantera está constituida por un macizo rocoso de granodiorita, asignándosele una clasificación de Roca Clase II, de buena calidad, cuyas características ingeniero-geológica son:

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Litología : Andesita Peso específico (T/m3) : 2,5 - 2,7 Tamaño de granos (mm) : 0,1 Grado de alteración : (A-2) Poco alterada Fracturamiento :(F-2) Fracturado Factor de esponjamiento (%) : 1,60 Dureza Mohs : (R4) Dura Resistencia a la compresión simple (M-Pa) : 300 - 400 Clasificación Geomecánica : Clase (II): Buena

Para la obtención de la piedra mediana de 6” de diámetro, para el concreto ciclópeo se dispone como cantera lecho del río Tambo, cuyo agregado grueso es de inmejorable calidad y está disponible en gran cantidad. En obra se podrá realizar ensayos alternativos para verificar la calidad y posibilidad de uso de la piedra remanente de la excavación en roca de la plataforma y caja del canal.

c) Cantera de material para relleno

El material para relleno de los caminos de servicio de los canales será obtenido de las excavaciones del mismo canal y el material para relleno estructural conformante de la caja del canal y relleno para las obras de arte será obtenido de la selección de los materiales extraídos del corte del terreno en suelo suelto y roca descompuesta. También se puede utilizar como cantera de préstamo de materiales permeables los depósitos expuestos en el vaso de la presa Huayrondo que mayormente están conformados por suelos de bloques, bolones y cantos rodados. Los volúmenes explotables superan los 65,000 m3 y su extracción sería por procedimientos mecánico–manual, limpiando primeramente la superficie intemperizada

d) Puntos de agua

Con respecto a las fuentes de agua para satisfacer las necesidades de la construcción de la obra y para el consumo humano, puede ser obtenida del mismo cauce del río Tambo, que corre muy próximo y paralelo al trazo del canal de Derivación. Para el consumo humano podría ser obtenida del poblado El Toro, cuyo recorrido de suministro en cisterna hacia la obra sería aproximadamente un kilómetro.

El agua para concretos, provendría del río Tambo, transportándola en camiones cisternas, aproximadamente un Kilómetro y

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acumulándola en tanques de decantación. Asimismo, el agua para trabajos de terraplenado provendría del río Tambo, transportada en camiones cisterna desde una distancia aproximada de un kilómetro, no requiriendo tratamiento alguno para su uso en la obra.

3.4 Evaluación de los emplazamientos de las obras 3.4.1 Toma de Captación

El sitio seleccionado para la Toma de captación se ubica en la margen derecha del río Tambo, en las coordenadas UTM, 8’117,583 N y 229,470 E, frente a la localidad conocida como Dique Quelgua en la margen izquierda, donde llega el camino de acceso que viene de la localidad La Pascana. La topografía del cauce del río Tambo, en el área seleccionada para la captación, responde a un cauce de ancho variable, de 600 m en promedio, con varios cursos de agua, que evidencian una divagación errática del torrente en función de los volúmenes de arrastre y deposición de materiales. La pendiente promedio del lecho del río, en el sector en estudio, es 0.008, cuya rugosidad de Manning ha sido estimada en 0.035. El área para emplazamiento de la estructura corresponde a un tramo rocoso de fuerte inclinación de laderas, que sobresale de la ribera y se introduce en el cauce del río (afloramiento volcánico de naturaleza andesítica, signado como roca Clase III), que genera un estrangulamiento natural del cauce y concentraciones del torrente de agua en la margen derecha, que en épocas de avenida favorece la socavación y arrastre de materiales, que induce se planteen muros, diques y protecciones enrocadas para encauzamiento de las aguas y seguridad de la toma. Hacia la margen izquierda, el cauce del río es totalmente abierto y amplio con varios cursos de agua, que en época de avenidas se acentúan erosionando la ribera y las áreas agrícolas adyacentes, que han llevado se construya un dique enrocado precario para encauzamiento de las aguas del rió, protección de los terrenos y defensa de toma y localidad Dique Quelgua. Esta aleatoriedad en la concentración del torrente del agua hacen se requiera de obras de encauzamiento y protección de la margen izquierda, que a la vez se constituyan elementos estructurales orientadores del flujo hacia la margen derecha, donde se plantea la construcción de la Toma de captación.

El lecho del rió esta constituido por depósitos fluviales acumulados irregularmente, constituidos por fragmentos rocosos heterométricos

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redondeados como bloques, guijarros y gravas con relleno de gravillas, arena y limos, depositado en el fondo del valle, que en periodo de avenidas son removidos y arrastrados por las aguas.

3.2.2 Alineamiento del Canal de Derivación y obras de arte

El canal de derivación ha sido proyectado en la parte inferior del talud de la cadena de cerros de la margen derecha del río Tambo. El talud tiene una inclinación que fluctúa entre los 30 y 50°. El canal en su recorrido intercepta una serie de quebradillas y depresiones de mediana y pequeña magnitud, normalmente secas, activándose en épocas excepcionalmente lluviosas (Fenómeno El Niño). En el cruce de estas se han proyectado obras de protección para seguridad del canal, como alcantarillas de cruce y entregas de agua hacia el interior del canal, cuando se rata de muy pequeños quebradillas. Asimismo, el canal cruza por algunos sectores de laderas sumamente escarpadas, mayor de 50°, que plantean que obligan a proyectar la construcción de plataforma del canal (caja hidráulica y camino de servicio) íntegramente en corte, pues no es posible construir plataforma en relleno, por que el material no podría ser estabilizado por la excesiva pendiente natural de la ladera. En estos casos la plataforma del canal obliga a realizar cortes sumamente altos y proponer obras de protección tipo conductos cerrados para contener el desprendimiento de material o muros de gravedad para la contención de rellenos. Los últimos 70 metros del canal, que corresponde al tramo de entrega al embalse, el trazo desciende a máxima pendiente, del nivel 315 al 270 y se desarrolla perpendicularmente a las curvas a nivel de la ladera del cerro conformante de la estribación montañosas de la margen izquierda de la Quebrada Huayrondo. El terreno natural es rocoso con cobertura superficial de material suelto Fluvio/aluvial, con una pendiente de 22.45°, es decir una inclinación 1V : 2.4H (S = 0.45), que plantea la necesidad de una estructura de canalización tipo rápida.

3.2.3 Alineamiento del Canal de Descarga

Entre la salida de la tubería de descarga de la presa y la quebrada Huayrondo se ha proyectado una canal de descarga de 150 metros, construido íntegramente en concreto. Los últimos 570 metros de la quebrada Huayrondo, aguas abajo del canal de descarga y hasta su desembocadura en el río Tambo, ha sido considerado como cauce de conducción y descarga de las aguas del embalse, La forma del cauce es irregular, con taludes laterales prácticamente verticales, de lecho variable, con una altura promedio entre fondo de quebrada y terreno natural de 2 metros. Su curso es sinuoso y de fuerte pendiente, 0.024

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aproximadamente, con orientación norte-sur, ubicado entre las coordenadas 8’120,000 a 8’119,800 N y 222,900 a 223,000 E. En general, la caja natural de la quebrada esta conformada en un suelo granular, que presenta el talud izquierdo sumamente empinado y el derecho con inclinación suave, moldeada por las sucesivas descargas de avenidas de la quebrada Huayrondo y que en la actualidad se encuentra estabilizada, no existiendo mayor peligro de socavación por las aguas que se descargue del embalse ni de sedimentación por que se trataría de aguas, sin materiales de arrastre. El tramo final del cauce natural, es cruzado inferiormente por dos canales de riego, el canal “Buena Vista” y canal “Buena Vista – El Toro”. En estos cruces se han construido estructuras tipo canoa, que se encuentran en aceptable estado de conservación y uso. La primera estructura de cruce es una canaleta rectangular de concreto, de 10 m de largo, 9 m de ancho y 2 m de altura de muros. La segunda, ubicada hacia aguas abajo de la primera, a una distancia de 160.40 m, esta constituida por tres tramos, una canaleta de 42.20 m de largo, rampa inclinada de 6.50 m (caída) y tramo final de entrega al rió Tambo de 13 m de longitud, todos estos de 10 m de ancho y altura de muros de 2.50 a 3.00 m. En el lugar de entrega de las aguas al rió Tambo, al final del tramo aguas abajo de la segunda canoa, existe una caída, que tiene un desnivel que fluctúa de 1 a 3 m aproximadamente, dependiendo de los niveles que tenga la rasante del rió Tambo, en el cual se alternan períodos de erosión y de colmatación. Por ello es necesario construir un enrocado para fijar el cauce del rió.

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4.0 INGENIERÍA DEL PROYECTO

Para el planeamiento y diseño de las obras del Proyecto Huayrondo ha sido necesario asumir una serie de consideraciones y criterios generales y particulares para definir la ingeniería de la Toma de Captación, Canal de Derivación, Canal de Descarga y Obras de Arte correspondiente, que se sustentan en criterios y fórmulas hidráulicas, normas, criterios y recomendaciones internacionales, normas técnicas contenidas en el Reglamento Nacional de Construcciones del Perú y en especificaciones técnicas y experiencias que comúnmente se aplican en la practica de la ingeniería. También se ha considerado criterios específicos empleados con éxito en proyectos de irrigación similares construidos en el Perú.

4.1 Criterios de Diseño Hidráulico de la Toma

La alternativa Huayrondo plantea la construcción de un embalse de 15 MMC, que será llenado anualmente con las aguas excedentes del río Tambo del periodo de avenidas (Enero a Mayo), captadas en la Toma y transportadas por el Canal de Derivación, de 8.967 Km de longitud, ambas obras proyectadas en la margen derecha del río. El agua almacenada será gradualmente descargada al río, a través del Canal de Descarga, en los meses déficit de agua para riego del valle, especialmente en el periodo de estiaje (Octubre a Diciembre). Los estudios preliminares indican que el aporte promedio anual del río Tambo es de 1077 MMC y que el 72 % del mismo (784 MMC) ocurre en los primeros 4 meses del año, la mayor parte de este volumen, especialmente entre enero y abril, descarga al mar. Por consiguiente existe un excedente de agua que supera largamente las necesidades para llenar el embalse Huayrondo. Ante la posibilidad que se presenten años extremadamente secos, la derivación ha sido diseñada para que el llenado se haga solamente en los 60 días más caudalosos. Así mimo, en el diseño de la derivación se ha considerado que el volumen de agua que transportará el Canal de Derivación corresponde a la capacidad efectiva del embalse, más las pérdidas por evaporación y por filtraciones a través del suelo de fundación, las que se han asumido representan el 5 % del volumen del embalse, lo que significa que será necesario derivar una masa de agua total de 15.75 MMC. En base a estas consideraciones del tiempo de llenado del embalse (60 días) y al volumen de agua a derivarse (15´750,000 m3), se definió el caudal de operación de la Toma y del Canal de Derivación, en 3 m3/s. Para el dimencionamiento de la estructura de captación se ha tomado en cuenta los siguientes aspectos básicos:

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. La avenida máxima calculada para el río Tambo ha sido estimada en 1,300 m3/s, que corresponde al promedio de cuatro distribuciones del periodo de retorno para 100 años.

. Al caudal máximo a ser derivado por la captación es de 4 m3/s, que corresponde al gasto de operación de 3 m3/s para abastecimiento del embalse y 1 m3/s para atender la estructura de limpia (desripiador – desarenador), a ubicarse aguas debajo de la toma.

. Conformar un estabilizador de cauce corto, con la finalidad de dar mayor versatilidad a la toma en el control de tirantes y minimizar el ingreso de material.

. La construcción de la estructura no debe causar alteración del equilibrio ecológico en la zona, sobre todo en lo relacionado con la fauna.

A continuación se analizan las consideraciones y criterios específicos para el diseño hidráulico de la Toma:

4.1.1 Ubicación de la Toma Un aspecto importante es determinar, la ubicación adecuada de la toma, para lo cual se evaluó que el sitio seleccionado reúna por lo menos las siguientes condiciones:

a. La dirección o ruta de la corriente del agua el río debe ser lo más estable o definida.

b. La captación del agua debe ser factible aún en épocas de estiaje. c. La entrada de sedimentos hacia el canal debe ser limitada al máximo

posible. Asimismo, se ha atendido razonablemente la recomendación que para cumplir con las condiciones anteriores, el emplazamiento de la toma se ubique inmediatamente aguas abajo de la parte cóncava de los tramos en curva del río. Lógicamente supeditado a las condiciones topográficas (cota de captación), geológicas y geotécnicas, facilidades constructivas y evitar alteraciones o daños significativos al terreno colindante.

4.1.2 Selección del Tipo de Toma Las características geomorfológicas del cauce del río Tambo, en el área elegida para emplazamiento de la toma, corresponde a un cauce ancho con varios cursos de agua que se activan en épocas de avenidas, determinando el tipo de estructura a diseñar, en el presente caso, la que mejor se adecua y recomienda es una Toma de captación directa. Este tipo de estructura tiene un costo bajo de construcción y es recomendable en ríos con cauce relativamente amplio y torrencial en los meses de descarga máxima, como es el caso del río Tambo. En este

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tipo de toma, en lugar de barraje (típico en el caso de bocatomas), lo importante es asegurar que el cauce principal discurra hacia la toma, para ello se tienen que ejecutar obras de encauzamiento, normalmente diques enrocados. El problema con los barrajes en este tipo de río es su alto costo de ejecución por su gran longitud y riesgo de socavación y alto costo de mantenimiento por el severo y acelerado deterioro por abrasión e impacto del material arrastrado por el río. En general, la estructura “toma de captación directa” es sencilla y puede construirse en cualquier época del año, La captación ha sido proyectada en el brazo fijo del río, cauce de la margen derecha, posibilitando la captación y derivación del caudal requerido y el transito de las descargas máximas con período de retorno 1:100 años. El mayor inconveniente de este tipo de toma es que se suele obstruir con material de arrastre y material flotante, acarreado en abundancia por el río, en épocas de crecidas. Lo cual incrementa las operaciones y costo de mantenimiento de la estructura.

Para minimizar los riesgos de socavaciones en la toma y que ésta quede colgada, se ha proyectado un fijador de cauce corto tipo enrocado, además de muros y diques de encauzamiento dispuestos de manera que su alineamiento no interfiera con el desplazamiento del material de arrastre y más bien coadyuven a su transporte, reduciendo el ingreso de éstos a la toma. Por las razones señaladas, la toma ha sido orientada con un ángulo 60° respecto al eje del río, aguas abajo de la parte cóncava del mismo, por ser esta la zona donde la sedimentación es menor.

4.1.3 Determinación de la sección hidráulica estable del río

La sección transversal estable del cauce de río ha sido definido aplicando las ecuaciones de hidraulica fluvial de Blench o Altunin, cuyas expresiones son las siguientes: B = 1.81 ((Q x Fb) / Fs)

1/2

H = 1.02 ((Q x Fs) / Fb 2)1/3

S = (0.55 Fb5/6

Fb . Fs1/12) / ((1 + (C / 233)).K.Dm

1/6) Donde: Q = Caudal de diseño (m3/s) B = Ancho medio de la sección ó ancho estable (m) H = Profundidad media (m) Fb = Factor de fondo, 1.2 para material grueso y Dm

1/3 para gravas. Fs = Factor de orilla, 0.2 para material ligeramente cohesivo. Dm = Diámetro mediano (m) S = Pendiente hidráulica, % C = Concentración de material de fondo, en 10-5

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K = Factor secundario = 6.6 g / 1/4 g = Aceleración de la gravedad (m2/s)

= Peso específico del agua

Comparativamente también se puede utilizar la formula de Simons y Herderson, para obtener el ancho estable del cauce del río, según la expresión:

B = K1 (Qs)

1/2

Donde: B = Ancho medio de la sección Q = Caudal de diseño (m3/s) K1 = Factor secundario, 3.6 para fondo y orillas de

material cohesivo, 2.9 para fondo y orillas de grava, 2.8 para fondo de arena y orillas de material no cohesivo.

Es práctica que el ancho estable del lecho del río se defina de la evaluación de los resultados de los métodos del régimen estable de “Blench o Altunin” y de “Simons y Herderson”, pudiendo ser el promedio. Las demás características hidráulicas de la sección transversal del cauce del río, se determinaron con la fórmula de Manning, la cual toma como parámetros de ingreso la avenida máxima calculada, Q = 1,300 m3/s; el coeficiente de rugosidad de Manning establecido de n = 0.035; la pendiente promedio del río en la zona del proyecto de S = 0.008; el talud seleccionado, z = 1.5; y, el ancho estable o amplitud de cauce según Blench o Altunin, obteniéndose el tirante de agua para la máxima avenida, la velocidad en esas condiciones y altura total del encauzamiento. Las formulas que se aplican son:

n

S RV

21

32

; P

A R y Q = A.V

Donde:

V = Velocidad del flujo (m/s) A = Área Hidráulica (m2) R = Radio Hidráulico (m) P = Perímetro mojado (m) S = Pendiente longitudinal (%) Q = Caudal (m3/s) n = Coeficiente de rugosidad

4.1.4 Ubicación y Características de la Estructura de Captación El lugar seleccionado para el emplazamiento de la captación reúne condiciones geológicas favorables (predominancia roca), topográficamente se dispone de suficiente nivel, de carga hidráulica y de facilidades constructivas para reducir los costos. La estructura esta

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conformada por: a) la bocal de captación, ubicada ligeramente sobre el nivel de la rasante del río, para reducir el ingreso de material de arrastre; b) fijador de cauce; c) cabezal de compuertas, d) canal de salida; e) muros de encauzamiento; y, f) diques de encauzamiento. La captación ha sido dimensionada en base ha la formula de vertedero: Q = C x L x H3/2 Donde: Q = Caudal máximo a derivarse (m3/s) C = Coeficiente de vertedero, en este caso 1.84 L = Longitud (ancho) de la abertura (m) H = Altura del agua (m) Las compuertas de regulación, ubicadas en el muro cabezal, para control del ingreso de agua al canal de aducción, han sido dimensionadas teniendo en cuenta recomendaciones de carácter práctico: el área total de las compuertas debe ser igual al área hidráulica del canal aguas abajo, así como que la velocidad de diseño del flujo se sujete al rango de 2.0 a 2.5 m/s. Calculando el caudal que pasa por cada compuerta mediante la formula de orificio: Q = C x A x (2.g. H)1/2 Donde: Q = Caudal que pasa por la compuerta (m3 /s) C = Coeficiente de descarga, en este caso entre 0.6 a 0.8 A = Área de la abertura de la compuerta (m2) g = Aceleración de la gravedad (m2/s) H = Diferencia de niveles de aguas en la compuerta (m) Para la protección del canal, en caso que por una mala operación de las compuertas, ingrese al canal un caudal superior al de diseño, se ha proyectado un aliviadero después de las compuertas de regulación. Su dimensionamiento se calcula con la formula de vertedero mostrada anteriormente.

4.1.5 Muros de Encauzamiento en la obra de captación Estas estructuras han sido proyectadas aguas arriba y aguas abajo de la toma, con el propósito de orientar adecuadamente la corriente del río entre determinados límites de la estructura de captación, posibilitando se den las condiciones de diseño asumidas (ancho, tirante, remanso, etc.). Los muros de encauzamiento han sido proyectados de concreto ciclópeo, dimensionados en función del nivel máximo de desborde del río y para evitar que la socavación afecte la estructura. Como es normal en este caso, la altura de coronación del muro es igual a 0,50 m superior al nivel máximo de agua y el nivel inferior o de cimentación ha sido proyectado por debajo o igual a la posible

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profundidad de socavación. Definida la altura, se dimensionaron los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y carga de agua.

4.1.6 Diques de Encauzamiento del río en el sitio de captación

Estas obras han sido proyectadas para proteger las riberas del río y para evitar erosiones, socavaciones e inundaciones a los terrenos ribereños, que podrían derivar en la formación de un nuevo cauce en el río y finalmente el aislamiento de la captación. Los diques de encauzamiento proyectados son del tipo escollera que se proponen construir estan localizados tanto hacia aguas arriba como aguas abajo del punto de captación, ambos en la margen izquierda del cauce. El tipo de dique y del material de construcción ha sido definido por la existencia de roca en la zona del proyecto. El dimensionamiento de los diques, en cuanto al talud mojado y altura, responde a los mismos parámetros determinados para la sección estable del cauce del rió y para el talud de apoyo de la roca responde al talud de reposo para el material de relleno del cuerpo del dique. El tamaño de la roca ha utiliza ha sido calculada con la fórmula siguiente:

Db = (b / ) x (V / 2.g) x (1 / f)

Donde: = ( s – a) / a = (SGs – 1)

f = (1 – sen2 / sen2 )1/2 Db = Diámetro de roca, (mm) b = Coeficiente, 1.4 para río de la costa. V = Velocidad del río, (m/s) SGs = Gravedad específica de la roca

s = Peso específico de la roca, (Kg/m3)

a = Peso específico del agua, (Kg/m3) g = Aceleración de l gravedad (m/s2)

= Angulo del talud del dique (1:1.5 33°)

= Angulo de fricción interna (grados)

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Para determinar la profundidad de socavación se ha utilizado la formula siguiente: Hs = 1.25 x h x (0.6 – V1 / V2) V2 Donde: Hs = Profundidad de socavación (m) h V1 = Velocidad de socavación (m/s) V2 = Velocidad superficial (m/s) V1 h = tirante del río (m) Hs

4.2 Criterios de Diseño Hidráulico del Canal de Derivación

El canal Aductor, de 8.967 Km de longitud, se inicia inmediatamente después de la toma de captación y finaliza en la entrega al embalse Huayrondo, aguas arriba del estribo izquierdo de la Presa y para su diseño se han analizado los siguientes aspectos:

4.2.1 Trazo del Canal Para la definición del trazo del canal se ha teniendo en cuenta la condición geomorfología de la zona, declives y depresiones de la vertiente, características del terreno, estabilidad del material y presencia de roca, sin descuidar el aspecto de buena geometría que debe tener este tipo de obra, habiendo adoptado para el diseño las siguientes premisas:

a) El trazo proyectado procura en lo posible alineamientos rectilíneos

con curvas suaves, adecuándose a la topografía del terreno existente, procurando optimizar la longitud del canal.

b) El radio mínimo adoptado para las curvas del trazo del canal en

régimen subcritico, estará determinado por la formula:

Rc = V2 . T / g . y > 5 (T + b)/2

Donde: Rc= Radio de la curva, medido al eje del canal (m). V = Velocidad media del flujo del caudal (m/s). T = Ancho de la superficie del agua (m). g = Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) y = Incremento o sobre elevación del nivel de agua

(peralte) por efecto de la curva. (m). Se ha asumido un valor ≤ 10 % del borde libre.

En casos excepcionales se ha utilizado un radio mínimo de 10 m, a fin de adecuarse a condiciones topográficas extremadamente restrictivas.

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4.2.2 Caudal de diseño del canal

El caudal base de operación en todo el canal ha sido fijado en 3 m3/s, sin embargo a lo largo del trazo se presentan una serie de quebradillas que se activan en periodos lluviosos (como El Niño), Parte de estas aguas se ha previsto ingresen al canal y serian ser absorbidos por el bordo libre del canal (fijado en 0,30 m). Adicionalmente ante la eventualidad que por error de operación de compuertas de toma ingrese un caudal superior al de diseño o las aguas de escorrentía de quebradillas arrastren exceso de sólidos, que por colmatación puedan reducir la sección hidráulica de conducción del canal, se ha asumido un incremento de la capacidad de diseño del canal equivalente a 1/3 del caudal base, por consiguiente la capacidad total del canal es 4 m3/s.

4.2.3 Revestimiento del canal

Por la importancia de la obra se ha considerado necesario impermeabilizar la caja del canal, con el propósito de evitar las pérdidas de agua por filtración, dar mayor seguridad a la obra y reducir los trabajos y el costo de operación y mantenimiento. Concretamente, el revestimiento se justifica en la naturaleza del suelo sobre el que será excavada la caja del canal: terrenos de roca descompuesta y/o fracturada, con laderas escarpadas de más de 45°, que constituyen condiciones desfavorables por las altas filtraciones y alto riesgo de rotura y deslizamiento del canal. Adicionalmente, se han analizado los siguientes aspectos: a) Considerando que el canal se ejecutará en una zona poco accesible

y laderas de fuerte pendiente; el plazo de ejecución y el proceso constructivo podrían ser afectados negativamente. Por ello se ha optado por estandarizar la sección transversal, homogenizar la geometría y la pendiente del canal, es decir la caja del canal tendrá una sección trapezoidal única y revestida.

b) El tipo de material de revestimiento proyectdo es mixto, colocando

en la base un solado de concreto de un f´c de 210 Kg/cm2, de 10 cm de espesor, con juntas transversales cada 3.5 m y en los taludes mampostería de piedra, asentada y emboquillada con concreto de un f´c de 175 Kg/cm2 y 25 cm de espesor.

Este diseño del revestimiento ha sido adoptado con el propósito que

en la mampostería para los taludes, se utilice material (piedra) que existe en abundancia y de buena calidad en los alrededores a la obra; por que la mampostería permite tener taludes más escarpados que reducen el ancho del canal, minimizando el volumen de movimiento de tierras, en especial la excavación en roca; y, la

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conveniencia de utilizar la abundancia de mano de obra desocupada en la zona.

4.2.4 Rugosidad de diseño del canal (n) De acuerdo a las recomendaciones practicas, experiencia y resultados

obtenidos, los siguientes valores de rugosidad (n) serían: n = 0.014 Para canales revestidos de concreto n = 0.020 Para canales revestidos de mampostería n = 0.033 Para canales excavados en tierra n = 0.025 - 0.040 Para canales en tierra a excavados en roca

El coeficiente de rugosidad para el revestimiento del canal de derivación, se ha definido en base a la combinación de dos materiales, concreto para el piso y mampostería para los taludes, obteniendo la rugosidad equivalente de la evaluación de los resultados de las relaciones siguientes: . Relación Horton y Einstein, es: nh = (Σ Pi . n i

1.5)2/3 / P2/3 = (P1.n11.5 + 2 P2.n2

1.5)2/3 / P2/3 . Relación Pavlovskií y Muhlhofer: nh = (Σ Pi . n i

2)1/2 / P1/2 = (P1.n12 + 2 P2.n2

2)1/2 / P1/2 Donde: Pi = Perímetro mojado en un sector de la sección. ni = Rugosidad del sector de la sección. nh ó np = Rugosidad equivalente.

4.2.5 Pendiente Longitudinal del canal

La pendiente longitudinal del canal fue ajustada a las condiciones topográficas limitantes, a la velocidad máxima para el tipo de revestimiento y a la velocidad mínima de sedimentación, obtenidas en función del caudal y dimensiones de la sección transversal del canal.

La pendiente adoptada para el canal en todo su recorrido es de 0.001, que es la necesaria para no perder mucha altura, entre la toma de captación y el nivel máximo del embalse Huayrondo, así como para mantener una carga hidráulica adecuada en el canal y así asegurar una velocidad conveniente para evitar el depósito de sedimentos. La velocidad de 1.2 m/s resulta adecuada para este caso, toda vez que el agua no tendrá mucho sedimento grueso, al haberse previsto el desarenador.

27

4.2.6 Velocidades de Diseño del canal La velocidad máxima para canales revestidos con concreto simple esta

limitada a 2.5 m/s, según recomendaciones del USBR,con lo cual se evitará que el revestimiento se levante o se erosione por altas velocidades.

La velocidad mínima en el canal fue calculada con la fórmula de Lacey

para velocidades de sedimentación.

Vs = 1.17 f . R Donde: f = 1.75 (dm) R = Radio Hidráulico (m) dm = diámetro medio de las partículas (mm) Vs = Velocidad de sedimentación (m/s) Asumiendo que el tamaño de partícula arrastrada por el agua tenga un

diámetro medio de 1 mm, la velocidad mínima para evitar la sedimentación en el canal seria 1.1 m/s. En los meses de menor descarga del río podría aceptarse velocidades menores, porque el agua acarrea muy poco sedimentos.

4.2.7 Elección de la sección transversal típica del canal

En términos generales, la elección de la sección típica del canal propuesto tiene obedece a las siguientes premisas: a) Sección Transversal.- La sección transversal del canal propuesto

tiene forma trapezoidal, reservando la sección rectangular al caso particular del tramo inicial y cortos tramos donde existen condiciones críticas de inestabilidad por poca pendiente del talud de corte o características mecánicas de suelo desfavorables.

b) Talud Interior.- Ha sido determinado de acuerdo a las características

del terreno de fundación de la caja del canal. Salvo casos especiales se han adoptado los siguientes valores de z:

Roca Fija z = Casi vertical (0.1) a 0.25 Roca Suelta, Suelta ó Desintegrada z = 0.50 Grava o arcilla u otro suelo semejante z = 0.75 Terreno aluvial z = 1.00 Arenas con contenidos de finos z = 1.50 Arenas z = 2.00

Como el canal se desarrolla mayormente en terreno de roca descompuesta y fracturada suelta, se ha adoptado una inclinación de taludes: z = 0.5 y para la roca fija z = 0.1 a 0.25.

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c) Ancho de Base de la caja del canal.- La dimensión adecuada de la base del canal, ha sido definido en base a una serie de factores relacionados con la geometría y características del canal. Así tenemos que existen algunos criterios, basados en la relación base / tirante (b/d), que deben evaluarse para diferentes condiciones hidráulicas:

Sección de Máxima Eficiencia Hidráulica: Sección de Mínima Infiltración:

b / d = 2 tg θ/2 = 2 ((1+z2)0.5

– z) b / d = 2 tg θ/2

Z Θ Max. Eficiencia Min. Infiltración

Vertical 90° 00´ 2.000 4.000

0.25 75° 58´ 1.562 3.123

0.50 63° 26´ 1.236 2.472

0.75 53° 08´ 1.000 2.000

1.00 45° 00´ 0.828 1.657

Por otra parte, se han considerado recomendaciones de carácter práctico-Constructivos: Los canales en laderas, por razones de seguridad, deben proyectarse con la sección del prisma de agua totalmente en corte, Las secciones profundas producen menor volumen de excavación y mayor velocidad de flujo, facilitando el acarreo de materiales (o evitando la sedimentación), tal situación se ajusta a la relación b/d próxima a la unidad (b/d = 1).

Criterio práctico recomendado para sección profunda: b = base canal A2 z1 = ctg θ1 d = tirante agua 1 A3 b/d = 1.0

z A1 Además:

AT = A1 + A2 > A3 1 θ1 AT = A1 + (A1 / 2).[(2.z + b/d)2 / (z + b/d).(z1 – z)] z1

Como resultado del proceso de optimización económica de la sección transversal del canal, compatibilizado con la funcionalidad y eficiencia hidráulica, se adoptó los siguientes límites para relación base / tirante:

(Sección profunda) 1.0 < b / d < 1.50 (Max. Eficiencia)

d) Tirantes de Agua.- Al uniformizarse la pendiente y estandarizarse la sección transversal del canal, habrá solo un tirante de agua, que estará en función del gasto circulante, el que se determina a partir de los datos de caudal, pendiente, ancho de la base, rugosidad y talud interior determinados de acuerdo a los criterios expuestos en los puntos anteriores.

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4.2.8 Cálculo de los parámetros hidráulicos Las características hidráulicas del canal se calculan con el empleo de la

fórmula de Manning, para flujo uniforme:

n

S 21

32

RAQ ;

P

A R

V = Velocidad del flujo (m/s) A = Área Hidráulica (m2) R = Radio Hidráulico (m) P = Perímetro mojado(m) S = Pendiente longitudinal (m/m) Q = Caudal (m3/s) n = Coeficiente de rugosidad

4.2.9 Borde libre y altura del canal

Para la definición de este parámetro se utilizó el borde libre recomendado por el Bureau of Reclamation, que para canales revestidos con caudal de 3 m3/s se asuma el valor de Fb = 1 pie = 0.30 m; sin embargo, debe considerarse la posibilidad de incremento del caudal, por el aporte eventual de las quebradillas de la margen derecha, condición que obliga aumentar el borde libre recomendado en un tercio adicional, que resulta en un valor de Fb = (4/3) x 0.30 = 0.40 m, que permitirá absorber los mayores tirantes que se presenten. En estas condiciones la altura del revestimiento (tirante + Borde libre), será 1.60 m.

4.2.10 Camino de Servicio y Berma derecha del canal Considerando la longitud del canal, de 8,967 m, su dificultad topográfica, el procedimiento constructivo a aplicarse en obra y al uso de maquinaria, acorde con el tipo de obra y plazo óptimo de ejecución, se hace necesario proyectar un camino que permita acceder a los diferentes lugares de trabajo con suficiente ancho para permitir el ingreso de vehículos y materiales. Después de la construcción, esta vía se utilizará como camino de vigilancia y servicio del canal, proyectándose con un ancho de 3.0 m en la berma izquierda y 1 m en la berma opuesta, en ambos casos dispuestos a todo lo largo del canal. El prever el camino sobre la margen izquierda proporciona una ventaja adicional de dar mayor seguridad al canal, al reforzar el corte del terraplén en media ladera.

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4.2.11 Otras consideraciones a) Los taludes asumidos para los cortes y rellenos de la plataforma del

canal están de acuerdo con las características del tipo de suelo o material de relleno y a las recomendaciones del estudio de Geotecnia.

b) Para minimizar el transporte de sedimentos en el canal y eliminar un

exceso imprevisto del caudal, que pudieran ingresar por la Toma, se ha previsto instalar un desarenador – aliviadero aguas debajo de la captación.

c) Para la protección del canal, se ha previsto que las escorrentías

superficiales de la quebradillas, en un caso ingresen al revestimiento mediante obras de entregas y en otro crucen por debajo del canal mediante alcantarillas.

d) Para impedir que el material rocoso, que pudiera desprenderse en

algunos tramos de canal con cortes altos, ingrese a la caja de éste, se ha previsto construir estos tramos de canal como ductos cerrados de sección rectangular y descarga libre. Asimismo, cada cierta distancia se ha previsto instalar cruces peatonales para limpieza de la berma derecha.

e) En la preparación del concreto a utilizar para el revestimiento de

canales y para la construcción de las obras de arte proyectadas, se empleará cemento Pórtland Tipo I.

4.3 Criterios de Diseño Hidráulico del Desarenador - Aliviadero

Esta estructura sirve para separar y remover el material sólido que ingrese por la captación y exceda la capacidad de transporte por el agua del canal de Derivación, así como para eliminar y controlar los ingresos inesperados de agua por mala operación de las compuertas. Para fines de diseño se asume que durante las avenidas la cantidad de sólidos en el río sería del orden de 4 % al 6 % en volumen. El desarenador estará ubicado aguas abajo de la captación y será del tipo limpieza constante. Si bien en época de descargas de río mínimas, no esta previsto derivar aguas para el reservorio, si se hiciera, la limpieza sería intermitente. El desarenador proyectado esta compuesto por los siguientes elementos:

4.3.1 Transición de entrada.

Este primer tramo de la estructura une la progresiva 0+416 del cana con la nave del desarenador, ha sido diseñada para mantener un régimen hidráulico uniforme y así lograr una decantación eficiente.

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La sección hidráulica ha sido definida buscando asegurar una distribución uniforme de velocidades en las distintas secciones transversales del desarenador, así como reducir la velocidad que tiene en las compuertas de admisión al valor de circulación normal dentro de la nave desarenadota. Con este propósito la transición de entrada tendrá un ángulo de divergencia suave, no mayor de 12.5°.

4.3.2 Nave desarenadora. La nave ha sido diseñada para que las partículas sólidas caigan gradualmente al piso de la nave, por efecto de la disminución de la velocidad producida por el aumento de la sección. Se asume que con velocidades medias superiores a 0.5 m/s las partículas de arena no pueden retenerse en el desarenador. Las velocidades límites por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar diversos materiales (establecidas por Dubuat), son: 0.081 m/s, para arcilla; 0.160 m/s, para arena fina; y, 0.216 m/s, para arena gruesa; por lo que, la sección del desarenador se diseña generalmente para velocidades que varían entre 0.1 y 0.4 m/s, y profundidad media entre 1.5 y 4 m. El desarenador Huayrondo se diseño para una velocidad máxima de 0.35 m/s.

La sección transversal de la cámara del desarenador proyectado es rectangular, simplificando considerablemente su construcción y proporciona una distribución más uniforme del flujo de agua. Para facilitar el lavado, el fondo tendrá una caída sobre el eje central concentrando las partículas a eliminarse, en una sección con inclinación del orden de 1:5 a 1:8.

4.3.3 Vertedero de reboce o salida.

Al final de la nave se ha proyectado un vertedero de creta ancha sobre el cual pasara el agua limpia hacia el canal. Se debe tener en cuenta que mientras más pequeña es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia causa en el desarenador y menos materiales en suspensión pasarán. Como máximo se ha previsto que ésta velocidad puede llegar a ser, V = 1 m/s. Considerando que la sección del vertedero es rectangular, donde el A = b x H, el caudal Q = A x V, y que la formula de vertedero es Q = C x L x H3/2, se obtiene la ecuación simplificada:

V = C x H1/2

Donde: H = Altura de agua sobre el vertedero (m) * Para vertederos de cresta ancha, en flujo libre. C = varía de 1.45 a 1.83 (según longitud de la creta) * Para vertederos de cresta angosta, en flujo libre.

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C = varía de 1.70 a 2.10, según relación P/H (Altura cresta/ H)

P/H 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

C 1.70 1.88 1.98 2.03 2.08 2.10

Tomando en cuenta la recomendación de H. W. King, que la constante C se estabiliza, para vertederos de creta ancha en valores de cargas de agua superiores a 0.15 m, se asume una constante de 1.45, con lo cual se obtiene que el valor de H no deberá sobrepasar de 0.48 m.

Con esta restricción y al caudal de diseño de 3 m3/s, se obtiene que el ancho mínimo del vertedero (abertura) 6.25 m.

Como el ancho de la cámara no es suficiente para albergar un vertedero recto y perpendicular a la dirección del agua, se le ha ubicado en curva, comenzando en uno de sus muros laterales y continúa hasta cerca de la compuerta de desfogue. Esta forma facilita el lavado permitiendo que las arenas y gravas sigan trayectorias curvas y al mismo tiempo el flujo espiral que se origina, las aleja del vertedero.

4.3.4 Compuerta de limpieza y canal de descarga. Para facilitar el movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le ha dado una pendiente fuerte del 2 al 6 %. El incremento de profundidad obtenido por efecto de esta gradiente no se incluye en la altura de cálculo, sino que el volumen adicional obtenido se toma como depósito para las arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos.

Normalmente, al lavar el desarenador se cierran las compuertas de admisión, sin embargo para casos de emergencia el desarenador debe vaciarse inclusive con estas compuertas abiertas. Por lo que las compuertas del lavado se diseñaron para el caudal base de derivación mas el caudal de lavado, que se obtiene dividiendo el volumen del desarenador entre el tiempo de lavado.

La pendiente de fondo del desarenador será suficiente para generar una velocidad capaz de arrastrar las arenas y a la vez efectuarse en forma rápida y eficaz el lavado, adoptándose velocidades de 3 a 5 m/s. Las condiciones topográficas de la zona impiden colocar el desarenador inmediatamente después de la toma, que es la ubicación ideal, por ello ha sido localizado entre las progresivas 0+416 y 0+440 del canal.

El diseño hidráulico de la nave del desarenador ha sido calculado para un determinado diámetro de partículas, es decir se supone que todas las partículas de diámetro superior al escogido deben depositarse en una

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determinada zona de la nave, para lo cual se aplica la ecuación de Stokes: L = (h . V) / (W – u) = 1.18 (h . V) / W Donde: L = Longitud de caída de la partícula. h = Altura de agua en la cámara del desarenador. V = Velocidad media del agua en la cámara del desarenador. u = Componente normal de turbulencia; según Sokolov = 0.152 W W= Velocidad de caída de la partícula en el medio líquido

(Velocidad de cimentación). Arkhangelski recomienda los siguientes valores:

d (mm) W (cm/s) d (mm) W (cm/s) d (mm) W (cm/s)

0.05 0.178 0.35 3.780 0.70 7.320 0.10 0.692 0.40 4.320 0.80 8.070 0.15 1.560 0.45 4.860 1.00 9.440 0.20 2.160 0.50 5.400 2.00 15.290 0.25 2.700 0.55 5.940 3.00 19.250 0.30 3.240 0.60 6.480 5.00 24.900

Generalmente, en los sistemas de riego se acepta hasta un d = 0.5 mm, sin embargo para el caso del Canal Huayrondo, que es netamente de conducción, se ha considerado suficiente admitir un tamaño de partícula de 2 mm, En este caso la longitud máxima de la cámara estará dada por la formula: L = 7.72 (h . V)

Para eliminar el exceso de agua que pueda ingresas por las compuertas de la toma de captación y evitar que pasen hacia el canal, se ha proyectado un vertedero lateral en uno de los muros laterales de la cámara de decantación (lado izquierdo), que tendrá la misma longitud de la estructura. La cresta del vertedero tendrá una altura ligeramente superior al nivel normal del agua en la cámara. La capacidad de evacuación de éste aliviadero lateral ha sido calculada con la formula del vertedero presentada anteriormente, considerando un valor para C de 2.

4.4 Criterios de Diseño de las Obras de Arte en el Canal

A continuación se resume los criterios utilizados para el diseño de los conductos cubiertos, alcantarillas, entregas de agua, puente peatonales y rápida de entrega al embalse.

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4.4.1 Conductos Cubierto Son estructuras de concreto cerradas proyectadas para proteger al canal del ingreso inesperado de material proveniente del desprendimiento de rocas de los taludes en cortes de la plataforma sumamente altos (1 H a 0.1 V), que podrían obstruir la sección hidráulica. La geometría es rectangular cuyo dimensionamiento se determina del balance de energías entre la sección del canal de derivación y la sección del conducto, conservando la misma pendiente y área húmeda. En buena cuenta se trata de mantener la relación: (Canal) (Conducto) Q = V1 . A1 = V2 . A2 donde: A1 = A2 A1 = b1 . d1 + z . d1

2 = b2 . d2 La operación del conducto es a aflujo libre tratando que la relación de sumergencia se mantenga en el límite siguiente:

d1 / H1 < 0.75 Entre el canal trapezoidal y el conducto rectangular, se han proyectado transiciones, tanto en la entrada como salida, del tipo “Broken-back” para minimizar las perdidas, la longitud se ha determinado con la aplicación de la formula L = (B2 – B1)/2Tg. 12.5°; donde, B2 – B1 es la diferencia entre los anchos superficiales.

4.4.2 Alcantarillas

A lo largo del trazo del canal se produce el cruce de una serie de quebradillas, de fuerte pendiente que se activan en épocas de lluvias acarreando material en suspensión, cuyo ingreso a la caja del canal no es aceptable. En el cruce de éstas quebradillas el alineamiento del canal describe una inflexión muy pronunciada, lo cual obliga a trazar una curva de radio mínimo, establecido en 10 metros En estos tramos curvos el canal se proyecta en relleno. En estos tramos del canal, la estructura que mejor se adecua para cruzar la quebradilla, son alcantarillas, con dimensión suficiente para el paso del agua de la quebradilla (agua + material de arrastre) y faciltar el mantenimiento periódico. Se ha optado por proyectar ductos de sección cuadrada, localizado por debajo de la plataforma del canal. La capacidad hidráulica de la alcantarilla determinante de las dimensiones de la abertura de entrada del conducto ha sido estimado en 0.20 m3/s máximo.

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El diseño de la alcantarilla se calculo con la ecuación de orificio, discutida anteriormente, cuya expresión es: Q = C x A x (2.g. H)1/2 , la longitud y disposición del conducto se sujeta a la geometría de la plataforma del canal y a la geomorfología del cauce de la quebrada.

4.4.3 Entregas de Quebradas

Son estructuras ubicadas sobre el bordo de la margen derecha del canal, que han sido proyectadas para conducir, en forma segura y canalizada, las aguas que transiten por pequeñas quebradillas mucho más pequeñas que las anteriormente descritas, por lo cual su eventual descarga sería aceptable ingresen hacia el interior del canal de derivación. El dimensionamiento de la canaleta de ingreso al canal responde al caudal de agua que se ha estimado transportaría la quebradilla (máximo de 0.10 m3/s).

4.4.4 Puentes Peatonales

La longitud y dimensión del canal obliga a plantear plataformas de cruce o puentes peatonales, para permitir el acceso y cruce de las personas que realicen las operaciones de mantenimiento del canal, para limpieza de la berma derecha y estructuras de entregas. Estos puentes no deben interferir con el flujo de agua, ni con la sección revestida. La losa ha sido diseñada para soportar una carga viva de 500 Kg/m, apoyada en cimientos o bloques de concreto.

4.4.5 Rápida Esta estructura ha sido proyectada al final del Canal de Derivación, para salvar el desnivel topográfico que se genera entre la rasante del canal revestido y los niveles del embalse. La rápida diseñada tiene sección trapecial, con taludes laterales similares a los del canal y pendiente del tramo inclinado de 0.42, con altura total de caída efectiva de 26.04 m. Entre el canal trapezoidal y la caída, se ha proyectado uaa transición de entrada, cuya longitud ha sido determinada en base a la aplicación de la formula L > 2.25 (T2 – T1) y donde T2 - T1 es la diferencia entre los anchos superficiales entre dos secciones. El tirante de agua en la sección inclinada se determina aplicando sucesivamente la ecuación de Bernoulli y al final de la rápida con la fórmula del tirante conjugado, cuyo resalto hidráulico permite

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dimensionar la protección de salida, que por condiciones de niveles mínimos del embase y calidad de suelo de suelo (material suelto a roca suelta), responde a una protección tipo mampostería o enrocado emboquillado de sección trapecial adecuado a la pendiente natural del terreno.

4.5 Criterios Generales para el Diseño Estructural El diseño estructural de las obras del proyecto Huayrondo, que estén constituidas parcial o totalmente por concreto armado, se basa en los siguientes aspectos técnicos:

4.5.1 Aspectos Estructurales

a) Normas Técnicas

En el diseño estructural se ha respetado lo establecido en el ACI-318-77, así como en el Reglamento Nacional de Construcciones del Perú y a las recomendaciones del U.S.B.R., para el diseño por el método de las cargas de trabajo (diseño elástico) para estructuras en contracto con el agua.

b) Cargas sobre las estructuras

El análisis de carga se ha efectuado para las condiciones más desfavorables de funcionamiento, es decir, a estructura llena y vacía; cuyas solicitaciones se han esquematizado por superposición de esfuerzos para conocer los puntos críticos en el cálculo de cada elemento estructural. El diseño toma en cuenta las cargas muertas que actúan en los muros debido al peso de los materiales y a los empujes laterales producidos tanto por la presión hidrostática al costado de la estructura como por las presiones activas del suelo o empujes de los rellenos que se efectuaran al costado de las estructuras. Para la evaluación de este último aspecto, se empleó la formula que adoptó Ranking, solución de la ecuación de Coulomb. En algunos casos se consideró el incremento de las presiones por saturación del relleno y sobre presión adicional debido al efecto del empuje producido por el transito de los vehículos que circularán durante la construcción y operación, equivalente a 0.60 m de la altura de relleno adicional. Dentro de los cálculos de los empujes laterales también se han considerado las sobrecargas que pudieran ocurrir por efecto de la operación del equipo de construcción, durante la ejecución de la obra. Los valores que se adoptaron en el cálculo, para la determinación del los

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coeficientes del empuje activo, se consideraron recomendaciones prácticas de Mecánica de Suelos: de acuerdo al tipo de suelo y de la forma arquitectónica que adoptó el muro de contención analizado, la inclinación que tenga la cara en contacto con el suelo y del talud del relleno superior. Los valores adoptados son los siguientes:

a) (Ángulo de fricción interna) 35° – 40° para arenas gruesas o arena con gravas

b) Peso unitario del terreno compactado . d (sobre el nivel de agua) = 1.70 Tn/m3

. s (debajo del nivel de agua) = 2.00 Tn/m3

c) Peso unitario del concreto (con armadura) = 2.40 Tn/m3 d) Peso unitario del concreto (sin armadura) = 2.30 Tn/m3 e) Altura de sobrecarga mínima durante la construcción= 0.60 m f) Incremento del empuje de tierra debido al efecto sísmico:

)cos()cos(

)()( 1)cos(cos. cos

)-( cos )(1

2

2

sensen

KvKac

donde: Kas = Coeficiente activo

= Angulo de fricción interna del suelo

= Angulo de inclinación del muro

= Angulo de inclinación del talud

= Angulo de fricción entre el muro y el relleno = Kv -1

Kh tang 1-

Kv, Kh (Coeficientes de aceleración sísmica vertical y horizontal)

g) Presión dinámica del agua:

H Kh w 8

7Pw ; M = Pw x 0.40 H

Kh = coeficiente de aceleración sísmica horizontal. W = 1.00 Tn/m3 H = tirante de agua (m)

c) Esfuerzos Admisibles Para verificación de los espesores del concreto y el dimensionamiento y espaciamiento de las varillas de acero de las obras, se utilizó el método de las cargas de servicio o método elástico, basado en una resistencia del concreto a la compresión a los 28 días, de 210 Kg/cm2 y un refuerzo de acero del grado 60, de una resistencia a la fluencia (fy) de 4,200 Kg/cm2.

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Al utilizar este método para el cálculo del área de acero, se establece un control indirecto de la fisuración y de las flechas y como las estructuras están en contacto con el agua se reduce la probabilidad de la oxidación del fierro, además de no ser necesario efectuar un chequeo de las deformaciones. Puesto que se trata de estructuras relativamente pequeñas, de mínimos espesores de concreto y mínimos cantidades de acero resistente, es posible estandarizar el diseño, efectuando en algunos casos, pequeñas reducciones del concreto y del acero, sin que esto comprometa la integridad de la estructura. Acero de Refuerzo

Los esfuerzos admisibles en el acero es de fs = 0.40 fy = 1,680 kg/cm2. Para el análisis de los elementos en casos de esfuerzos extraordinarios como eventos sísmicos de poca duración, el esfuerzo admisible podrá ser incrementado en un 33 1/3 ‰.

Concreto

Los esfuerzos de trabajo admisibles para el concreto serán:

. Esfuerzo de comprensión por flexión en la fibra extrema fc = 0.45 f’c

. Esfuerzo de corte asumido por el concreto fc = 0.27 cf '

. Máximo esfuerzo de corte asumido por concreto y acero fc = 1.18 cf '

Para estructuras armadas se empleará concreto f’c = 210 kg/cm2, por lo que:

n = 9 ; 0.336 fc

fcn

fsk 0.888

3

k - 1 j

14.098 k j fc 2

1 K

d) Recubrimiento de la Armadura

Para el recubrimiento mínimo de la armadura, para las secciones de concreto de las estructuras, ha optado por lo siguiente:

En vigas y losas de maniobras (4 cm)

En losas y muros expuestos al relleno o suelo (5 cm)

Expuestas al agua calmada o a velocidades menores de 5 m/s (5 cm)

Expuestas al agua con velocidades >5 y <10 m/s (7.5 cm)

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e) Anclajes y empalmes del Refuerzo

Las longitudes del anclaje y de empalme del acero de refuerzo consideradas son las siguientes:

Diámetro La (anclaje) Le (empalme) 3/8” 30 cm 40 cm ½” 30 cm 50 cm 5/8” 40 cm 65 cm ¾” 50 cm 85 cm 1” 90 cm 150 cm

1 3/8” 175 cm 295 cm

f) Requerimientos mínimos del Refuerzo

a) Refuerzo por temperatura y contracción As = 0.0020

b) Refuerzo mínimo por temperatura (Referencia USBR “Desing of Small Canal Structures”)

- Refuerzo en una capa L<=30’ L>30’ . No expuesto directamente al sol 0.0025 0.0035 . Expuesto Directamente al sol 0.0030 0.0040

- Refuerzo en dos capa L<=30’ L>30’ . Cara adyacente al terreno 0.0010 0.0015 . Cara adyacente al terreno, no expuesta al sol 0.0015 0.0020 . Cara no adyacente al terreno, expuesta al sol 0.0020 0.0025

c) El acero por temperatura máximo será

As = .b.t para t máx=15”

d) Refuerzo mínimo para elementos sujetos a flexión

0.0033 fy

14 min

ó As 3

4 As (requerido por el análisis)

ó 0.0020 min (para losas y muros)

El espaciamiento de la armadura no excedería 3 veces el espesor del elemento, para el refuerzo de temperatura y 2 veces el espesor para las varillas en tensión.

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g) Clase y tipos de acero de refuerzo

Se empleará el acero grado 60, fy=4200 kg/cm2, cuyas características se muestran a continuación:

Designación de Barras

#2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #10 #11 ¼” 3/8” ½” 5/8” ¾” 7/8” 1” 1 ¼” 1 3/8”

Área de la sección (cm2) 0.32 0.71 1.27 1.98 2.85 3.88 5.07 8.19 10.06

Perímetro (cm) 2 3 4 5 6 7 8 10 11.2 Diámetro (mm) 6.35 9.52 12.7 15.8 19.0 22.2 25.4 32.2 35.81

Peso (kg/m) 0.25 0.56 1.02 1.56 2.24 3.04 3.97 6.40 7.91

4.5.2 Aspectos de seguridad de las obras

a) Seguridad contra deformaciones y distorsiones del revestimiento de concreto y estructuras del canal

La compactación del terreno natural que servirá de soporte a la caja del canal, debe tener un mínimo de 90% de la densidad del Proctor Estándar en el caso de terrenos cohesivos de no menos y de 75% de densidad relativa para el caso de suelos granulares.

En el caso de canales y/o estructuras en relleno, la compactación de los materiales que conforma el terraplén deberá tener un mínimo de 95% del Proctor Estándar Modificado y 75% de densidad relativa para suelos cohesivos y granulares respectivamente.

Para cimentaciones fácilmente erosionables o de compactaciones por debajo de las indicadas, el diseño contempla la remoción del material y la sustitución por otro que garantice la seguridad del canal.

b) Seguridad contra la tubificación

Se ha asegurado la estructura del canal y obras de arte, contra los efectos de tubificación, por el agua que podría pasar a través de las juntas del revestimiento. La estanqueidad y seguridad requerida ha sido proporcionada mediante la colocación de material sellante en las juntas. Según el criterio de Lane, capaces de evitar el arrastre del material fino.

En otro tipo de estructuras, para prevenir la posible formación de líneas de filtración (tubificación), se ha proyectado una longitud estructural suficiente y adecuada profundización de las uñas interceptoras, para tener un factor de percolación o factor de Lanes mayor o igual a 2.5.

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c) Seguridad contra el deslizamiento

Cualquier estructura sujeta a una presión lateral, ha sido dimensionada para resistir su tendencia al deslizamiento. La resistencia al deslizamiento se desarrolla a través de los esfuerzos de fricción a lo largo del contacto de la superficie de la cimentación de la estructura y la fundación. Se tomado un valor entre 0.35 - 0.50 como coeficiente de fricción entre el concreto y el terreno de fundación.

El factor de seguridad contra el deslizamiento de la estructura mínimo aceptado es 1.5 sin sismo y 1.1 con sismo.

d) Seguridad contra el volteo

El análisis de la estabilidad de las estructuras contra el volteo ha sido efectuado considerando un factor de seguridad mínimo de 2 sin sismo y 1.2 con sismo (verificando que la suma de los momentos estabilizadores sean igual o mayor a dos veces la suma de los momentos de volteo).

4.5.3 Consideraciones adicionales

Los espesores mínimos del concreto considerados para las estructuras para muros y pisos son de 0.20 y 0.25 respectivamente, dependiendo de cada caso. En general, el cálculo estructural ha contemplado: . Adecuado dimensionamiento estructural para hacerla resistente al

esfuerzo y deformaciones originado por el empuje del agua y/o relleno.

. Adecuado dimensionamiento de la estructura para hacerla compatible con los esfuerzos de soporte del terreno de cimentación.

. Verificar presiones adicionales causadas por supresión, debido a las posibles líneas de percolación del agua debajo y a lo largo de los costados de la estructura;

. Finalmente, asumir las alturas de relleno adicionales para contener el efecto del aumento de presiones por efecto de los sismos.

Por razones de orden constructivo, de dar comodidad al vaciado de concreto o de facilitar el asentado de la mampostería de piedra, el espesor mínimo adoptado es de 0.20 m.

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5.0 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS OBRAS PROYECTADAS El Proyecto Huayrondo se inicia en la Toma de Captación, a partir del cual se desarrolla el trazo del Canal de Derivación, como conducción abierta revestida de sección trapezoidal, con cota inicial de rasante 325.22 m.s.n.m. y cota del pelo de agua 326.10 m.s.n.m, para una capacidad máxima de 4 m3/s, hasta la progresiva 0+416. El tramo siguiente entre las progresivas 0+416 y 0+440 corresponde al desarenador – aliviadero, el cual evacua 1 m3/s, como caudal de limpieza de los materiales de arrastre del canal. A partir de la progresiva 0+440 el canal conduce 3 m3/s hasta la progresiva 8+967 donde entrega las aguas al embalse formado por la Presa Huayrondo. La eje de la presa huayrondo esta ubicado al final de la quebrada Huayrondo, aproximadamente 1 Km antes de la confluencia con el rió Tambo. La presa es un terraplén de tierra con pantalla de concreto en el talud aguas arriba; a través del estribo izquierdo de la presa se ha proyectado el empotramiento de la tubería de descarga del embalse, entregándose las aguas a nivel de la terraza natural del cauce de la quebrada Huayrondo. A partir de este punto se desarrolla el Canal de descarga de 716 m, hasta su confluencia al rió Tambo. . A lo largo del canal de derivación se han proyectado las siguiente obras de arte: a) Toma de Captación Km 0+000 b) Diques de encauzamiento Margen Izquierda y Derecha c) Canal de Derivación (0+100 – 0+416) y (0+440 – 8+900) d) Desarenador Tramo (0+416 – 0+440) e) Canal Conducto Cerrado (0+700-0+900), (1+250-1+300) y (2+100-2+150) f) Puente Peatonal Km: 1.7, 3.0, 4.0, 5.0, 6.1, 7.15, 8.0 y 8.9 g) Alcantarillas Km 4+937, 6+927, 7+472 y 7+890 h) Entregas de agua a canal 4+575, 5+434, 5+882, 6+551 y 7+299 i) Muros de contención 01 Unidad j) Rápida entrega a embalse Km 8+900 – 8+967 k) Canal de Descarga final Km 0+000 – 0+700

5.1 Toma de Captación Esta estructura esta ubicada en la margen derecha del río Tambo, en las coordenadas UTM, 8’117,583 N y 229,470 E, frente a la localidad conocida como Dique Quelgua en la margen izquierda. Es una captación directa constituida por los siguientes elementos: muros de encauzamiento de concreto en la margen derecha del río Tambo, transición de ingreso, bocal, muro cabezal de compuertas, canal de salida y fijador de rasante de cauce y dos diques de encauzamiento. El dique de la margen izuierda, tiene como función adicional, la protección enrocada de la margen izquierda del río Tambo.

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Los muros de encauzamiento proyectados en la margen izquierda del río Tambo son del tipo gravedad en concreto ciclópeo, alineados aproximadamente paralelo a la ribera derecha del rió, el muro de aguas arriba de la captación, es de 8 m de longitud y termina en un muro ala en 45°, de 7.60m, que se empotra en el terreno existente. El muro de aguas abajo tiene 45 m de longitud, conserva paralelismo con el canal de salida (8.50 m) y finaliza en el dique enrocado de la margen derecha. Estos muros han sido proyectados en concreto ciclópeo f’c 175 Kg/cm2 mas 25 % de piedra mediana, con una cara vertical en contacto con el agua del rió y una inclinada en contacto con el relleno. Su altura total, desde el nivel de fundación hasta la coronación, es de 6.60 m, de los cuales los primeros 3.00 m son para la cimentación y los 3.60 m restantes es la altura libre para contener la variabilidad de los tirantes de avenidas del rió. El ancho en la fundación es de 3.00 m y en la coronación de 0.30 m. La zona transición de ingreso a la toma, esta constituida por una losa de piso, emplazada en el nivel 325.20 msnm de 1 m de espesor, 9 m de longitud y 4.50 de ancho, enchapada totalmente con mampostería de piedra. En sus extremos de aguas arriba y aguas abajo se ha proyectado uñas de cimentación de 2 m de profundidad. En el extremo izquierdo, hacia el cauce, se ha proyectado un pilar de concreto armado de 50 cm de espesor, 3.60 m de altura y 3 m de cimentación, que actúa como muro orientador y encauzador de la corriente de agua hacia el ingreso de la toma. En el extremo de aguas arriba se ha previsto una batería de rieles, de 60 lb, en dos filas y en tres bolillos, distanciados 1 m, para contención de las ramas y troncos que pudiera acarrear río Tambo. Estos elementos son de 3 m de longitud y empotrados (1.20 m en el piso de concreto). La bocal de ingreso esta constituida por una abertura rectangular creada entre los muros de encauzamiento de aguas arriba y abajo, dislocada en un ángulo de 30° respecto al alineamiento de los muros o 60° entre el eje de la abertura y el eje del rió, tiene 2.80 m de ancho, 3.40 m de alto, 2.50 m de largo. El pretil tiene un nivel 0.20 m por encima del nivel de la losa de ingreso. En esta zona se emplazara una rejilla metálica para la contención de malezas y basuras flotantes. El muro cabezal de compuertas esta integrado por dos pantallas de 2 m de alto y 2 losas de maniobras de 1.50 m de ancho, ambos en concreto armado (f’c de 210 Kg/cm 2), de 20 cm de espesor y 1.20 m de largo; y, un pilar central de 0.40 m de ancho, 3.40 m de alto y 4.00 m de largo, también en concreto f’c de 210 Kg/cm 2. En las dos ventanas que forman las pantallas y el pilar central, se alojaran dos compuertas metálicas deslizantes, de 1.20 m de ancho por 1.20 m de alto, con mecanismo de izaje.

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Inmediatamente después de las compuertas se desarrolla el canal de salida, en sección rectangular de 2.40 m de ancho y 2.40 m, de alto, descendiendo gradualmente hasta la progresiva 0+020, donde la altura es de 1.60 m, ambas secciones están constituidas por concreto ciclópeo f’c 175 Kg/cm2 más 25 % de piedra mediana. El perímetro en contacto con el agua esta revestido con mampostería empotrada en el concreto, hasta 70 cm de altura. El fijador de cauce del río esta constituido por un enrocado transversal al eje del río Tambo, cimentado a 3 m de profundidad por debajo de la rasante del rió, fijada en el nivel 325.20. El enrocado tiene 22.50 m de base y 80 m de largo. Longitudinalmente en sus primeros 40 m el enrocado tiene alineamiento perpendicular a los muros de concreto de la margen derecha y el resto esta orientado perpendicular al dique de encauzamiento de la margen izquierda.

5.2 Diques de Encauzamiento y Defensa

Estas obras han sido proyectadas tanto en la Margen derecha como izquierda, están orientadas a formar una sección estable y encauzada del rió, con la finalidad de generar en época de avenidas, una distribución equilibrada de la corriente de agua y orientar el flujo hacia la captación. Básicamente es un dique terraplenado con material propio, con protección enrocada en su talud húmedo, que se apoya en una uña construida por debajo de la rasante natural del cauce. Esta protección esta constituida por bloques de roca pesada, cuyos diámetro varían de 1.50 m, en la parte inferior, hasta 1.0 m en la coronación., es decir con pesos promedios de 5.70 a 1.70 Tn respectivamente. Las dimensiones del dique han sido establecidas en 3.60 m de altura del terraplén, 4.00 m de ancho de corona y 1:1 de taludes exteriores del relleno, el cual estará conformado por material extraído y arrimado del lecho del cauce, compactado en capas de 30 cm. Por debajo de la línea de cimentación del terraplén y siguiendo el talud de la cara húmeda se excavara una zanja de 3.00 m de profundidad, 2.5 de fondo y 7.00 de abertura superior, para conformar la uña de protección, que será rellenada con roca de 1.50 m. A partir de esta uña y con un talud de 1:1.5, se conformara la protección del talud del relleno del dique, que tendrá en la base un ancho de 3.00 m y en la corona 1.20 m. En la margen derecha se han proyectado dos diques, uno ubicado hacia aguas arriba de la Toma, de 40 m de longitud, que inicialmente sigue el alineamiento del muro de concreto y después se adecua a la forma de la ribera, es para afianzar la estructura; y, el segundo dispuesto hacia aguas abajo, a continuación del muro de concreto, de 400 m de longitud, que conserva paralelismo con el eje del canal de Derivación. El propósito

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del muro es proteger el canal en el tramo bajo, continuando hasta que este gane suficiente altura respecto al río y se cimiente en suelo rocoso.

En la margen izquierda se ha proyectado un dique, de 550 m de largo, que se inicia en la afloración rocosa. En sus primeros 400 m mantiene la orientación del dique existente y los 150 m restantes han sido orientados en paralelo al eje del rió. La finalidad de este dique es concentrar, distribuir y orientar las descargas del río hacia la margen derecha, así como proteger a la localidad “Dique Quelgua” y los terrenos agrícolas de la margen izquierda.

5.3 Canal de Derivación

El canal de derivación presenta dos secciones tipo de distintas características geométricas e hidráulicas. Ambas son de geometría trapezoidal con taludes 1:0.5 revestidas. La primera revestida íntegramente con mampostería de piedra asentada y emboquillada con concreto simple f´c = 175 kg/cm2 y la otra con dos tipos de revestimiento: losa de concreto simple f´c = 210 kg/cm2 de 10 cm de espesor en el piso y mampostería de piedra asentada y emboquillada con concreto en los taludes. Las características hidráulicas de los tramos son:

Tramo Nº 01: Km 0+100 – Km 0+416 Ancho de Base: 2.00 m Velocidad, v = 1.23 m/s Altura de canal 1.60 m Tirante agua, d = 1.25 m Caudal, Q = 4.00 m3/s Bordo libre, bl = 0.35 m Pendiente, S = 0.001 N° de Fraude, F = 0.35 Coefic. Manning n = 0.020 Tipo de flujo = Subcrítico Talud z = 0.50 Revestimiento = Mampostería Tramo Nº 02: Km 0+440 – Km 8+960 Ancho de Base: 1.40 m Velocidad, v = 1.24 m/s Altura de canal 1.60 m Tirante agua, d = 1.21 m Caudal, Q = 3.00 m3/s Bordo libre, bl = 0.39 m Pendiente, S = 0.001 N° de Fraude, F = 0.36 Coefic. Manning n = 0.018 Tipo de flujo = Subcrítico Talud z = 0.50 Revestimiento =Mamp.+ Conc.

El canal dispondrá de un camino de servicio de 3.00 m de ancho, ubicado en el lado izquierdo del canal y una berma de 1.00 m de ancho en el lado derecho. Las juntas de dilatación se han previsto solamente en el piso de concreto cada 17.5 m, para el tramo Nº 02 del Km 0+440 al Km 8+960, así como al inicio y al final de cada curva (PC y PT). Las juntas tendrán 1” de ancho y el fondo de la misma se rellenará con tecknoport y en la superficie se sellará con ½” de material asfalto – elastomérico.

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Las juntas de contracción serán transversales y se colocarán entre juntas de dilatación cada 3.5 m de distancia. Tendrán ½” de ancho en la superficie y 1” de profundidad, que se rellenará y sellará con material asfalto – elastomérico. En la mampostería no se ha previsto la utilización de juntas de dilatación ni contracción.

5.4 Desarenador – Aliviadero

Esta estructura se ubica entre las progresivas Km 0+416 al 0+440 del canal de derivación, consta de una transición de entrada, cámara de sedimentación, aliviadero, canal evacuador, compuerta y canal de purga, enrocado de salida, tramo de salida del la poza y transición final de entrega de las aguas al canal de descarga. Las transiciones, de salida y entrada, conducen el agua de la sección trapecial del canal a la sección rectangular de la nave del desarenador de 8 m. Las transiciones tienen 4 m de largo, con muros cuyos espesores varían entre 0.25 m y 0.35m. Han sido proyectados para construirse en concreto armado f´c = 210 kg/cm2. La nave desarenadora propiamente dicha, es de sección rectangular de 8 m de ancho y 12 m de largo, La altura de muros es variable de 3.40 a 3.80 m, con un espesor de 0.25 m en la coronación y 0.35 m en la base.

El vertedero lateral se ubica en el muro izquierdo de la nave desarenadora, tiene 10 m de largo y una altura de 0.70 m hasta el nivel de coronación. Permite evacuar los incrementos de caudal que se puedan presentar en el canal, por error de operación de compuertas o ingreso de agua de quebradillas laterales, hasta un máximo de 1.20 m3/s. Este caudal en exceso es conducido por el canal evacuador, que esta dispuesto paralelamente a la nave desarenadora, tiene el ancho variable de 1.0 a 1.2 m, altura también variable de 1.70 a 2.25 m y descarga en el canal de purga. El canal de purga es un conducto rectangular en concreto armado de 20 cm de espesor, que evacua las aguas tanto de la nave desarenadota como del canal evacuador hacia en cauce del rió. Tiene una longitud de 9 m y atraviesa el terraplén del canal como alcantarilla y termina en una protección enrocada de 9 de largo y 3 m de profundidad. En el extremo aguas abajo del muro izquierdo del desarenador se aloja una compuerta metálica deslizante, de 1.20 m de ancho por 1.30 m de alto, con mecanismo de izaje. En la parte superior del muro se ha dispuesto una losa de maniobra de compuertas de 0.60 m de ancho y 2 m de largo.

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El tramo de salida o tramo final de la nave desarenadora lo constituye una sección cerrada que actúa como un vertedero de creta ancha, supresor de oleaje y orificio regulador de ingreso de aguas, Tiene 8 m de ancho, 1.20 m de alto, 4 m de largo y 0.25 m de espesor de concreto armado un f´c = 210 kg/cm2, Empalma en la transición de salida al canal de derivación.

5.5 Conductos cubiertos (Tramos cortos de canal)

Los tramos de canal cerrado han sido previstos para proteger al canal del ingreso de material que se podrían desprender de los taludes considerados inestables, por consiguiente potenciales causantes de obstrucción de la sección hidráulica del canal. Estos tramos de canal tienen una sección rectangular de 2 m de base, 1.60 m de altura y 0.20 m de espesor, se construirían con concreto armado f´c 210 Kg/cm2, con una cobertura de material de relleno de 0.70 m sobre el techo del ducto, para amortiguar el impacto de caída de piedras grandes. Esta estructuras han sido establecidas en las progresivas Km 0+700 al 0+900 (200 m), Km 1+250 – 1+300 (50 m) y Km 2+100 al 2+150 (50 m), donde el alineamiento y pendiente así como el régimen hidráulico corresponden a las de canal abierto, sus características hidráulicas más importantes son:

Ancho de Base 2.00 m Velocidad, v = 1.44 m/s Altura de canal 1.60 m Tirante agua, d = 1.04 m Caudal, Q = 3.00 m3/s Altura canal, H = 1.60 m Pendiente, S = 0.001 N° de Fraude, F = 0.45 Coef. Manning n = 0.014 Tipo de flujo = Subcrítico

Tanto en la entrada y salida de los conductos contará con transiciones de concreto armado de 2.5 m de longitud y 0.20 m de espesor, del tipo respaldo quebrado, también con concreto armado.

5.6 Alcantarillas

Son estructuras de cruce que permiten el paso de las escorrentías de quebradillas, por debajo del terraplén del canal. Consisten en un conducto cerrado de sección cuadrada en concreto armado f’c= 210 Kg/cm2 y de 20 cm de espesor, cuyo eje esta alineado con el cauce natural y su disposición, en pendientes y longitud, responde a la geometría de la quebrada y posición de la plataforma del canal. Se han localizado un total de cuatro alcantarillas, en las siguientes progresivas: 4+937, 6+927, 7+472 y 7+890.

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Hacia aguas arriba, en el ingreso a la estructura, lleva una protección de mampostería de 2.50 m de largo y 0.25 m de espesor, inmediatamente sigue el ingreso de la alcantarilla, formada por dos muros alas a 90°, de 1.30 m de largo y 1.20 de alto, un tramo vertical de 1.20 m de alto y 0.80 x 0.80 m2, de área, el cual empalma con el conducto de la alcantarilla de 10.50 m de largo, de sección 0.80 x 0.80 m2 y 20 cm de espesor. En la parte final del conducto se ha proyectado un muro de contención del relleno izquierdo de la plataforma del canal, en el cual se ha previsto una abertura cuadrada que es continuación de la sección de la alcantarilla. Este muro es en concreto ciclópeo de f’c 175 Kg/cm2 + 25 % de piedra mediana, de 4.50 m de altura, 0.25 m de espesor superior y variable hasta 2.50 m en la cimentación sobre suelo rocoso. El ancho del muro es 4 m y termina en dos alas a 45° de 1.30 m. Hacia aguas abajo, la quebrada ha sido protegida con mampostería de piedra, de 4.00 m de largo y 0.25 m de espesor

5.7 Entregas de agua

Son estructuras ubicadas en la margen derecha del canal, que han sido proyectadas para canalizar en forma segura hacia el interior del canal, las aguas que conduzcan las quebradillas de menor magnitud que las anteriormente señaladas. Se han localizado un total de cinco desagües, en las siguientes progresivas: 4+575, 5+434, 5+882, 6+551 y 7+299

La estructura propuesta es típica y consta de tres (3) partes principales:

- Protección de entrada, de fondo y taludes de la quebradilla, con mampostería de piedra de 2.00 m de longitud.

- Transición de entrada, con muros ala de concreto inclinados a 45°, de 1.00 m de longitud y una uña de cimentación de 0.50 m;

- Canaleta de sección rectangular de 1.60 m de ancho, 0.50 m de alto y de 0.20 m de espesor de concreto simple f´c = 210 kg/cm2, que se apoya sobre la berma derecha del canal y descarga directamente al canal.

El fondo de la canaleta se ubica a 1.35 m sobre el nivel de la rasante del canal, permitiendo una descarga libre del agua de lluvia.

5.8 Puentes Peatonales

Estas obras han sido proyectadas a lo largo del canal con una distancia promedio aproximada de 1 Km, con el propósito de facilitar el cruce hacia la berma derecha del canal y así posibilitar las operaciones de limpieza y mantenimiento de la berma derecha. Se han ubicado un total

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de ocho unidades, emplazadas en las progresivas Km 1+700, 3+000, 4+000, 5+000, 6+100, 7+150, 8+000 y 8+900. Básicamente consisten de una losa en concreto armado de un f´c = 210 Kg/cm2 de 20 cm de espesor, 1.50 m de ancho y longitud igual al ancho superior del canal. Diseñada para soportar una carga viva de 500 Kg/m, apoyada sobre bloques de concreto ciclópeo, cimentados a 1.00 m de profundidad, 1.80 m de largo y 80 cm de ancho en la base.

5.9 Rápida de entrega Al final del trazo del canal de Derivación, entre las progresivas Km 8+906.92 al 8+968.92, se ha proyectado una estructura de entrega de las aguas del canal al embalse de la presa (62 m), con altura de caída efectiva de 26.04 m, del nivel 314.99 al nivel 288.95 msnm, respectivamente. La forma de la rápida es sección trapecial, con inclinación de taludes de 1 a 0.5 vertical a horizontal, compuesta por una transición de entrada, del canal a la rápida, un tramo inclinado de pendiente 0.42 y un tramo final de salida con protección enrocada. La rápida ha sido proyectada en concreto armado de un f´c = 210 kg/cm2, de 25 cm de espesor, tanto en la losa de fondo como en los taludes. Tiene una longitud bruta de 74 m, que comprende la transición de entrada de 5 m, la salida de 7.00 m y el tramo inclinado de 62 m de longitud en horizontal. La estructura de concreto conformada por el tramo inclinado y la transición de entrada, de 67 m de longitud, ha sido seccionado en tramos de 8.00 m, para constituir las juntas de dilatación-contracción water stop y cada 16 m (dos juntas) se han previsto uñas interceptoras de flujos de 0.80 m de profundidad.

5.10 Canal de Descarga

El canal se inicia en la salida de la estructura de disipación de la tubería de llenado de la Presa Huayrondo, Tiene un recorrido de 716 m hasta la entrega al rió Tambo, presenta dos tramos bien definidos, uno inicial de 150 m que corresponde a un tramo excavado en el cauce de la quebrada y otro aguas abajo, de 566 m, que sigue el cauce natural de la Quebrada existente Ambas geometrías responden a características diferentes, mientras que la primera responde a una sección trapecial bien definida, excavada en tierra, de 4 m de base, 2 m de altura y 1:1.5 de taludes, la segunda corresponde a la sección existente del cauce, que ha sido probada por las sucesivas descargas que anualmente se suceden y en la cual se ha establecido una altura promedio mínima de 2 m, que en caso de no alcanzarse con el terreno natural se lograra con la conformación de un relleno.

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En ambas secciones se ha proyectado caminos de servicio de 4 m de ancho, que puede ser en corte o relleno según sea el caso de los niveles naturales del terreno, ubicados en el lado derecho e izquierdo. Las características hidráulicas de los tramos son:

Tramo: Km 0+00 – Km 0+150 Tramo: Km 0+150 – Km 0+716 Revestimiento Ninguno Revestimiento Ninguno Caudal Q = 3.00 m3/s Caudal Q = 3.00 m3/s Ancho de Base: A = 4.00 m Ancho de Base: A = Variable Altura de canal H = 2.00 m Altura de canal H = 2.00 m Talud z = 1.50 Talud z = Variable Pendiente, S = 0.024 Pendiente, S = 0.024 Coefic. Manning n = 0.030 Coefic. Manning n = 0.035 Velocidad v = 2.10 m/s Velocidad v = 1.87 m/s Tirante agua d = 0.32 m Tirante agua d = 0.30 m

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6.0 COSTOS Y PRESUPUESTOS 6.1 Metrados

El cálculo de cantidades de movimiento de tierras se ha realizado de acuerdo al levantamiento topográfico, secciones transversales y al tipo de obras propuestas, según los diseños del canal y obras de arte. Asimismo, se ha cuantificado las cantidades que corresponden a los trabajos preliminares y obras provisionales de cada componente de la obra proyectada, como se muestra en los planos y se detalle en el Anexo A - Lista de Cantidades de Obra (Metrados) y Anexo B – Sustento de Metrados del presente informe.

6.2 Análisis de Costos Unitarios

Los Análisis de Costos Unitarios han sido calculados a Enero 2005, en se consideran: materiales, jornales de construcción civil, maquinarias, equipos, fletes y todos aquellos elementos y/o aspectos necesarios para la ejecución de los trabajos.

Los costos de los materiales toman en consideración lo siguiente:

Precios de materiales al mes de Enero del 2005.

Referencias de precios tomadas en el área del Proyecto, mediante un análisis del mercado local y nacional, los que no incluyen el Impuesto General a las Ventas.

Para el caso de los agregados de concreto, se ha considerado que serán extraídos de la cantera cauce del río, previo procesamiento de clasificación y/o chancado. Alternativamente, pueden ser suministrados desde otra fuente de suministro que deberá ser evaluada en la fase de obras.

En la región el cemento es producido por la fabrica Cemento en Yura.

El acero de refuerzo es suministrado por la planta de aceros Arequipa.

La madera para encofrado será suministrada por proveedores locales y/o de la ciudad de Lima.

Los otros materiales requeridos por la obra serían adquiridos en Lima.

Costo de Mano de Obra utilizada para el cálculo de precios unitarios

DESCRIPCIÓN CATEGORÍA

OPERARIO OFICIAL PEÓN

1. Remuneración Básica Vigente (RB) 29.09 26.26 23.33

2. Bonificación Unificada de Construcción (BUC) 9.31 7.88 7.00

3. Leyes y Beneficios Sociales sobre RB 115.89 % 33.77 30.49 27.09

4. Leyes y Beneficios Sociales sobre el BUC 14.00 % 1.30 1.10 0.98

5. Bonificación Movilidad Acumulada 7.20 76.20 7.20

6. Overol (2 unid anuales) 0.40 0.40 0.40

Costo Día Hombre (8 horas) 81.07 73.33 66.00

Costo Hora Hombre (HH) 10.13 9.17 8.25

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El precio horario del alquiler de la maquinaria y equipos utilizados en el análisis del costo unitario, corresponde al promedio comparativo del alquiler de maquinaria operada suministrada por algunas revistas especializadas y los cotizados del mercado nacional.

En el Anexo C se presentan los Análisis de Precios Unitarios y un cuadro con los rendimientos promedio para las maquinarias utilizadas..

6.3 Presupuesto de las obras

El Costo Directo de las obras proyectadas para la Alternativa Huayrondo, Toma de Captación, Obras de Encauzamiento, Canal de Derivación, Canal de Descarga y Obras de Arte, asciende a S/. 9’829,883.19, a precios del mes de Enero del 2005. El Costo Indirecto es de S/. 2,457,470.80, que corresponde al concepto de Gastos Generales del 15 % y Utilidad del 10 %.

La suma de ambos costos, mas el Impuesto General a las Ventas del 19 %, arroja un presupuesto total de obras de S/. 14,621,951.25

En el Anexo D se presenta el Presupuesto Global del proyecto y el individualizado por componentes del mismo, cuyo resumen se muestra a continuación, primero por partida genérica y luego por tipo de obra.

PRESUPUESTO GLOBAL POR PARTIDA GENERICA

ÍTEM DESCRIPCIÓN MONTO S/.

1.00 OBRAS PRELIMINARES 847,416.93 2.00 MOVIMIENTO DE TIERRAS 5,555,770.75 3.00 OBRAS DE CONCRETO 3,136,027.43 4.00 SELLOS Y JUNTAS 407,946.82 5.00 CARPINTERÍA METÁLICA 39,242.26

TOTAL COSTO DIRECTO 9,986,404.19 GASTOS GENERALES 1,497,960.63 UTILIDAD 998,640.42

COSTO TOTAL SIN I G V 12,483,005.24 I. G . V. 2,371,771.00

C O S T O T O T A L 14,845,776.24

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PRESUPUESTO GLOBAL POR TIPO DE OBRA ÍTEM DESCRIPCIÓN MONTO S/.

1.00 OBRAS PRELIMINARES 807,130.04 2.00 TOMA DE CAPTACIÓN 717,246.43 3.00 DIQUES DE ENCAUZAMIENTO 1,311,472.58 4.00 OBRAS DE ARTE 841,179.61 5.00 CANAL DE DERIVACIÓN 6,152,965.53 6.00 CANAL DE DESCARGA 156,410.00

TOTAL COSTO DIRECTO 9,986,404.19 GASTOS GENERALES 1,497,960.63 UTILIDAD 998,640.42

COSTO TOTAL SIN I G V 12,483,005.24 I. G . V. 2,371,771.00

C O S T O T O T A L 14,845,776.24

6.4 Listado de Equipos y Materiales El listado de maquinarias y equipos mínimos considerados en la preparación de los costos unitarios del proyecto es el siguiente:

Maquinaria y Equipo Potencia (HP) Capacidad

Maquinaria Excavadora sobre orugas 170–250 Hp 1.1–2.75 yd3 Tractor Sobre Orugas 190-240 Hp D 7 Tractor Sobre Orugas 300-330 Hp D 8 Cargadores Frontales Sobre Llantas 160–195 Hp 4 Yd3 Motoniveladora 125 Hp Rodillo Vibrador Liso Autopropulsado 100–135 Hp 10–12 Tn Camión Volquete 330 Hp 12 m3 Camión Cisterna – Agua 178-210 Hp 3,000 Gln Camión Mezclador de Concreto 330 Hp 6 m3 Camión Plataforma 6x4 300 Hp 19 Tn Camioneta Pick-Up 4x4 Cabina Doble 107 Hp 1,000 Kg Camión Semitrayler 6 x 4, 330 H.P 40 Tn Equipo Grupo Electrógeno 140 H.P 90 Kw Mezcladoras de Concreto t. Tambor 23 Hp 11-12 P3 Vibrador de concreto 23 Hp 1.5” Compresora Neumática 90 Hp 335-375 PCM Martillo Neumático 25-29 Kg Bomba de concreto 50 m3/h Perforadora sobre orugas 660 - 690 PCM Planta dosificadora de concreto 40 Hp 50 m3 Zaranda vibratoria 4"x6"x14";ME15 HP, 40 m3/h Soldadora Eléctrica de 250 AMO Plancha Compactadota Vibratoria 7 Hp Vibrador de concreto 4 HP 2.4” Estación Total + Mira Motobomba 8" Equipo de oxi corte Herramientas diversas

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Los principales materiales considerados son:

. Agregados para la preparación de concreto (arena, grava)

. Acero de refuerzo fy = 4,200 Kg/cm2

. Acero estructural tipo A-36 para la fabricación de compuertas

. Cemento Tipo I

. Madera para encofrado

. Aditivos para el concreto

. Junta Water Stop 6”

. Sellos elastoméricos.

En el Anexo E se muestran la relación en detalle de los materiales, maquinaria y equipo que intervienen en el presupuesto de las obras y que el constructor deberá tener en el proyecto.

7.0 PLANOS DE OBRA

La arquitectura y detalles constructivos de las obras se encuentran indicados en los planos que a continuación se indican:

DESCRIPCIÓN DENOMINACIÓN

1.0 Plano Ubicación del Proyecto, Caminos y Canteras PU – 01 ( 01 / 30)

2.0 Planta y Perfil (Canal de Derivación), Km 0+000 al 1+500 PP – 01 ( 02 / 30)

3.0 Planta y Perfil (Canal de Derivación), Km 1+500 al 3+000 PP – 02 ( 03 / 30)

4.0 Planta y Perfil (Canal de Derivación), Km 3+000 al 4+500 PP – 03 ( 04 / 30)

5.0 Planta y Perfil (Canal de Derivación), Km 4+500 al 6+000 PP – 04 ( 05 / 30)

6.0 Planta y Perfil (Canal de Derivación), Km 6+000 al 7+500 PP – 05 ( 06 / 30)

7.0 Planta y Perfil (Canal de Derivación), Km 7+500 al 8+968.92 PP – 06 ( 07 / 30)

8.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 0+000 al 0+850 PS – 01 ( 08 / 30)

9.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 0+900 al 1+800 ST – 02 ( 09 / 30)

10.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 1+850 al 2+600 ST – 03 ( 10 / 30)

11.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 2+650 al 3+350 ST – 04 ( 11 / 30)

12.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 3+400 al 4+200 ST – 05 ( 12 / 30)

13.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 4+250 al 5+150 ST – 06 ( 13 / 30)

14.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 5+200 al 6+100 ST – 07 ( 1 4/ 30)

15.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 6+150 al 7+050 ST – 08 ( 15 / 30)

16.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 7+100 al 8+000 ST – 09 ( 16 / 30)

17.0 Secciones Transversales (C. Derivación), Km 8+050 al 8+950 ST – 10 ( 17 / 30)

18.0 Toma de Captación Directa – Ubicación TC – 01 ( 18 / 30)

19.0 Toma de Captación Directa – Secciones TC – 02 ( 19 / 30)

20.0 Toma de Captación Directa – Planta y Cortes TC – 03 ( 20 / 30)

21.0 Toma de Captación Directa – Cortes y Detalles TC – 04 ( 21 / 30)

22.0 Desarenador Aliviadero – Planta y Cortes DA – 01 ( 22 / 30)

23.0 Desarenador Aliviadero – Cortes y Detalles DA – 02 ( 23 / 30)

24.0 Conducto Cubierto – Planta y Cortes CC – 01 ( 24 / 30)

25.0 Plano Alcantarilla – Planta y Cortes PA – 01 ( 25 / 30)

26.0 Plano Entregas – Planta y Cortes PE – 01 ( 26 / 30)

27.0 Puente Peatonal – Planta y Cortes PA – 01 ( 27 / 30)

28.0 Plano Rápida – Planta y Cortes PR – 01 ( 28 / 30)

29.0 Planta y Perfil (Canal de Descarga), Km 0+000 al 0+716 PD – 01 ( 29 / 30)

30.0 Secc. Transversales (C. Descarga), Km 0+000 al 0+716 SD – 01 ( 30 / 30)

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(1) Revestimiento de Canales, FAO (2) Desing of Small Canals Structures, USBR (3) Diseño de Canales Abiertos, VENT T. CHOW (4) Canals and releated Structures, USBR (5) Diseño de Presas Pequeñas, USBR (6) Desing of stilling Pools, USBR (7) Reglamento Nacional de Construcciones (8) Mecánica de Suelos, TERZAGHI-PECK (9) ACI-318-77 (10) Desing of Retaining Walls, USBR

ANEXOS ANEXO A Lista de Cantidades de Obra (Metrados) ANEXO B Sustento de los metrados ANEXO C Análisis de Precios Unitarios ANEXO D Presupuesto de obra ANEXO E Relación de Precios de materiales y equipos (A enero 2005) ANEXO F Fotografías ANEXO G Planos Hidráulicos de las obras propuestas ANEXO H Planos de las Obras proyectadas