-1-I.INTRODUCCION1.1. Justificacin:El crecimiento poblacional trae que tengamos planteamientos necesarios y estrategiasparael desarrollodelapoblacinenfuncinasusnecesidadesde consumo. Como es de conocimiento los pobladores beneficiarios de la Irrigacin Aquesaya tienen como actividad principal la produccin pecuaria, sin embargo en la actualidad cuenta con una infraestructura de captacin rustica, que no garantiza la adecuada captacin del agua, por lo que hace que los usuarios realicen faenas ao tras ao a fin de encauzar las aguas del ro hacia su canal principal. Es por esta razn la necesidad de realizar los estudios hidrolgicos, hidrulicos y estructurales del sistema de captacin para fines de riego y por ende para su correcta operacin y controlde recurso hdrico con elconsecuente movimiento asociado al caucenatural paralaoptimizacindel recursoaguaparafinesdesatisfacer las necesidades humanas; teniendo en cuenta que el proceso econmico de planificacin constituye un elemento fundamental para alcanzar los logros para el desarrollo. La estructura de captacin proyectada permitir adems el incremento de la explotacin ganadera a partir de la incorporacin de nuevas reas de cultivo bajo riego y por consiguiente el incremento en el ingreso econmico de las familias, en funcin de los volmenes de produccin y productividad pecuaria.Bajoestaconcepcinhacenquesigamosinvestigandoyrealizandolosestudios referentes a esta rea con la finalidad de adquirir mayores conocimientos y tomar el presente trabajo como una alternativa de la metodologa propuesta para el diseo del sistema de captacin que servir para realizar trabajos similares, por lo que servir como material de consulta para los estudiantes y profesionales dedicados a esta rea o trabajos afines que se realicen.-2-1.2. Antecedentes:Se tiene estudios elaborados por el Convenio Micro Regin Melgar e INAF, FONCODES, PRONAMACHCSy PRORRIDRE que se describen a continuacin: LaIrrigacinAquesayafueiniciadasuconstruccinenlosaos80 con participacin de la Comunidad con mano de obra no Calificada. En el ao de 1986, la Micro Regin Melgar, realiza trabajos en coordinacin con los usuarios, en la ejecucin de infraestructura de riego. ElInstituto Nacionalde Ampliacin de la Frontera Agrcola (INAF), en 1987 inicia los estudios a nivel de Pre-Factibilidad del Sistema Hdrico Chuquibambilla, contemplando los Sub Sistemas de Llallimayo, Santa Rosa entre otras, planteando esquemas hidrulicos de aprovechamiento. En19982000lasInstitucionescomoFONCODESyPRONAMACHCS ejecutaron canales laterales sin un planteamiento hidrulico. PRORRIDRE, en el ao 1996, realizo el modelo de operacin del subsistema Llallimayo Umachiri, en funcin a los embalses de Iniquilla, Saguananiy Ananta, para la Irrigacin Aquesaya se ha proyectado un caudal de1.00 m3/s.1.3. OBJETIVOS:1.3.1. Objetivo General:Disear la estructura de captacin aplicando modelos matemticos en la Sub Cuenca del ro Llallimayo del Sistema Integral Chuquibambilla.1.3.2. Objetivos Especficos:1. Realizarlosestudioshidrolgicosdelacuencaaplicandolos diferentes modelos existentes en la hidrologa para hacer estimaciones cuantitativas de variables hidrolgicas para el diseo de la Estructura de Captacin.2. Realizar el modelamiento hidrulico del ro Llallimayo y el diseo hidrulico de los componentes de la estructura de captacin.3. Realizar los estudios geotcnicos y el diseo estructural de los componentes de la estructura de captacin, aplicando modelos matemticos para cuantificar los valores para tomar en cuenta en el diseo de la estructura de captacin.-3-II. REVISION DE LITERATURA2.1. HIDROLOGIA:2.1.1. Hidrologa:APARICIO M. (2), Hidrologa es la ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulacin y distribucin en la superficie terrestre, sus propiedades qumicas y fsicas y su relacin con el medio ambiente.Aceptando esta definicin, es necesario limitar la parte de la hidrologa que se estudia enlaingenieraaunaramaquecomnmentesellamaingenierahidrolgicao hidrologaaplicada, queincluyeaquellaspartesdel campodelahidrologaque ataen al diseo y operacin de proyectos de ingeniera para el control y aprovechamiento del aguaLINSLEY R., KOHIER M. y PAULUS J (10); la hidrologa estudia sobre el agua en la tierra, su existencia y distribucin, sus propiedades fsicas y qumicas y su Influencia sobre el medio ambiente, incluyendo su relacin con los seres vivos. La hidrologa es utilizadaeningenieraprincipalmenteenrelacinconel diseoyejecucinde estructuras hidrulicas. Que caudales mximos pueden esperarse en un vertedero, en una alcantarilla de carretera o en un sistema de drenaje urbano? Que capacidad de embalse se requiere para asegurar el suministro adecuado de agua para Irrigacin oconsumomunicipal durantelassequas?Queefectoproducenlosembalses, diquesy otras obrasde controlsobrelas avenidas delascorrientes?,estas son preguntas tpicas que se espera y que debe resolver el hidrlogo.CHOWV.,MAIDMENTO. y MAYS L (30);puede considerarse que lahidrologa abarca todas las ciencias hdricas. En una forma ms estricta, puede definirse como el estudio del ciclo hidrolgico es decir, la circulacin ininterrumpida del agua entre la Tierra y la atmsfera.El conocimiento hidrolgico se aplica al uso y control de los recursos hidrulicos en los continentes del planeta.

-4- 2.1.2. Ciclo Hidrolgico:LINSLEY R., KOHLER M., y PAULUS J. (10); este ciclo se visualiza inicindose con la evaporacin del agua de los ocanos. El vapor de agua resultante es transportado por las masas mviles de aire. Bajo condiciones adecuadas el vapor se condensa para formar las nubes, las cuales, a su vez, pueden transformarse en precipitacin. La precipitacin que cae sobre la tierra se dispersa de diversas maneras. La mayor parte de sta es retenida temporalmente por el suelo, en las cercanas del lugar donde cae, yregresaeventualmentealaatmsferapor evaporacinytranspiracindelas plantas. Otra porcin de agua que se precipita viaja sobre la superficie del suelo o a travsdeestehastaalcanzar loscanalesdelascorrientes. Laporcinrestante penetra ms profundamente en elsuelo para hacer parte delsuministro de agua subterrnea.MOLINAG. (17); el aguaenlanaturalezasepresentabajodiversas formas, aspectos, sin embargo, hay un orden, una secuencia natural del pasaje de una forma a otra y obedecen a leyes fsicas bien precisas. Todos estos cambios y diferentes formas que afecta el agua en la naturaleza constituyenel ciclo hidrolgico.-5-Fig. 2.1 Ciclo Hidrolgico del Agua2.1.3. Cuenca Hidrolgica:APARICIO M. (2), Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable) las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un punto mismo de salida. La definicin anterior se refiere a una cuenca superficial; asociada a cada una de estas existe tambin una cuenca subterrnea, cuya forma en planta es semejante a la superficial. De ah la aclaracin de que la defeccin es valida si la superficie fuera impermeable.MEJAM. (15), Entrelasregioneshidrolgicasdeimportanciaprcticaparalos hidrlogos se destaca la cuenca hidrogrfica o cuenca de drenaje, por la simplicidad que ofrecen en la aplicacin del balance hdrico. La cuenca hidrogrfica es toda el rea drenada por un curso de agua o por un sistema de cursos de agua, cuyas aguas concurren a un punto de salida; en otras palabras se puede decir que cuenca de drenaje, es el rea que contribuye a la escorrenta y que proporciona todo o parte del flujo del cauce principal y sus tributarios.VASQUEZ V. (32), Una cuenca hidrogrfica tiene elementos identificables, por un lado los recursos naturales: agua, suelo, cobertura vegetal, fauna, recursos ictiolgicos, recursos mineros; y, por otro lado, el factor antrpico (accin humana), que comprende a los reservorios, canales de riego, relaves contaminantes, plantaciones forestales, cultivos, pastizales cultivados etc. Asimismo, dentro del factor antrpico se considera a la organizacin institucional, la coordinacin interinstitucional y el marco normativo que se puede tener o dar para el manejo o tratamiento de las cuencas hidrogrficas.2.1.4. PrecipitacinCHEREQUE M. (6) La precipitacin en general, es toda forma de humedad que se origina en las nubes, llega hasta la superficie terrestre. De acuerdo a esta definicin, las lluvias, las granizadas, las garas y las nevadas son formas distintas del mismo fenmeno de la precipitacin. Desde el punto de vista de la Ingeniera Hidrolgica, la -6-precipitacin es la fuente primaria del agua de la superficie terrestre, y sus mediciones y anlisis, forman el punto de partida de los estudios concernientes al uso y control del agua. Generalmente en hidrologa se acostumbra denominar a la lluvia como la precipitacin. Hay tres tipos de precipitaciones, tales como: la precipitacin frontal, convectiva y orogrfica. Los valores de la precipitacin puede ser obtenida a partir de un pluvimetro o pluviograma.GUEVARRAP. (7), Laprecipitacinesel principal vector deentradadel ciclo hidrolgicoyserefierealacantidadtotal deaguaquecaesobrelasuperficie terrestre. Se presenta en forma liquida (lluvia, nieble y roco o escarcha), o slida (nieve y granizo). Se deriva del vapor de agua atmosfrica; sus caractersticas estn sometidas a la influencia de otros factores climticos, tales como viento, temperatura y presin atmosfrica. La humedad atmosfrica es una condicin necesaria pero no suficiente para la formacin de precipitacin. Primeramente se requiere el proceso de condensacin y luego otro proceso que cree las gotas de agua que deben precipitar. VILLON B. (35), La precipitacin es toda forma de humedad que originndose en las nubes, llega hasta la superficie del suelo; de acuerdo a esta definicin la precipitacin puede ser en forma de lluvias, granizadas, garas y nevadas.Desdeel puntodevistadelaingenierahidrolgicalaprecipitacineslafuente primaria del agua de la superficie terrestre, y sus mediciones y anlisis, forman el punto de partida de los estudios concernientes al uso y control del agua.2.1.5. Escurrimiento:APARICIOM. (2), El escurriendo se define como el agua proveniente de la precipitacin que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca. El agua proveniente de la precipitacin que llega hasta la superficie terrestre, una vez que una parte ha sido interceptadayevaporada, siguediversoscaminoshastallegar alasalidadela cuenca. Convienedividir estoscaminosentresclases: escurrimientosuperficial, escurrimiento subsuperficial y escurriendo subterrneo.-7-CHEREQUE M. (6),El escorrimiento puede estar formado de dos partes: un aparte de escorrenta directa y otra parte de agua subterrnea. Si bien ambos provienen de las lluvias, solo la primera obedece a las precipitaciones recientes.El poder de inferir el caudal proveniente de una precipitacin tiene mltiples aplicaciones, por ejemplo permite obtener los caudales en un ro sin estaciones hidromtricas; o extender los registros cortos de caudales a fin de someterlos a unos anlisis estadsticos.GUEVARRAP. (7), El agua proveniente delaprecipitacin queexcede ala capacidad de retencin superficial, fluye por diversos caminos hacia la red de drenaje y se mide y evala el algn sitio de inters del cause de un ro como escorrenta o escorrimiento. Este sitio suele denominarse como la estacin hidromtrica de salida y este es el punto mas bajo de la cuenca. El caudal o gasto de una corriente se define como el volumen de agua por unidad de tiempo que pasa por la seccin transversal del cauce en la estacin hidromtrica de salida.2.1.6. Hidrograma Unitarios Sintticos:APARICIO M. (2), Se define como elhidrograma de escurrimiento directo que se produce por la lluvia efectiva o de exceso de lamina unitaria, duracin y repartida uniformemente en la cuenca. Sin embargo la mayor parte de las cuencasno cuentan con una estacin hidromtrica o bien con los registros pluvigrficos necesarios. Para ello es necesario conocer hidrogramas unitarios usando nicamente datos de caractersticas generales de la cuenca.GUEVARRAP. (7), El hidrograma unitario se define aquel proveniente dela aplicacin de una unidad (1mm) de precipitacin efectiva (exceso de lluvia) al rea de la cuenca, ocurrida durante una tormenta de una duracin particular. Se asume que el hidrograma unitario as definido es representativo para el proceso de escorrenta en la cuenca. Este concepto es sujeto a tres acepciones independientes: para una cuenca determinada de duracin de escorrenta superficial, para una cuenca de dos -8-tormentas de intensidades uniforme y de la misma duracin y la distribucin en el tiempo de la escorrenta directa proveniente de tormentas anterioresMEJIAM. (15), Comoessabido, el hidrogramaunitarioesunoperador lluvia descarga que permite calcular la descarga del proyecto resultante de una lluvia critica. La determinacin directa de un HU de una cuenca requiere de la existencia de los datos observados de lluvia y caudal, lo que ya limita bastante su uso generalizado; a falta de ellos, se puede recurrir al uso de los hidrogramas unitarios sintticos. Las bases tericas de HU imponen ciertas limitaciones en cuanto a la extensin de la cuenca donde puede ser usado. En cuencas con reas grandes se puede hacer las subdivisiones de la cuenca en sub. Cuencas, integrando posteriormente los resultados parciales a travs de propagacin de los tramos de enlace. 2.1.7. Mximas Avenidas:GUEVARRAP. (7), En los estudios hidrolgicos es sumamente importante el conocimiento de las caractersticas del caudal que drena una cuenca determinada, as como conocer el valor mximo o caudal pico que se espera para un periodo de retorno dado, o el caudal mnimo para ciertas condiciones meteorolgicas presentes. Otras veces se requiere del conocimiento del rendimiento anual, mensual o medio, a largo plazo; es decir del volumen de agua que se puede extraer de la cuenca para satisfacer algn requerimiento o demandaMARTN V. (12), La avenida es el fenmeno natural de la crecida de un ro y por ello una de las manifestaciones del llamado movimiento variable en lamina libre (o no permanente en el tiempo). Su trnsito en el cauce significa el modo en que la avenida viaja aguas abajo. Los lechos y los cauces fluviales as como las obras de ingeniera fluvial experimentan las mayores acciones y transformaciones durante las avenidas.MOLINA G. (17), Se entiende por mxima descarga, de un ro, el caudal que haya superado a todas las dems observadas durante un periodo de tiempo dado. Cuando este periodo de tiempo es de un ao, el conjunto de descargas mximas se dice que formanunaserieanual. Por otrapartesellamaserieparcial alarelacinde -9-descargas cuya magnitud es mayor que una tomada arbitrariamente de acuerdo a los fines que se persiga al hacer la separacin.2.2. Hidrulica Fluvial:2.2.1. Erosin:IBAEZ P. (23), la erosin generalizada del lecho del ro, comnmente conocida en la literatura como degradacin del ro, es el fenmeno que tiene lugar aguas debajo de presasdealmacenamientoypresasdederivacinderecienteconstruccin, que almacenan la descarga de sedimentos en el embalse aguas arriba de la estructura.MARTNV. (12), La erosin en un cauce, es el descenso del fondo, como consecuencia de fenmenos de dinmica fluvialnaturalo suscitado por obras del hombre. Erosin es tambin una respuesta del cauce a la falta de equilibrio entre las variablesprincipales. Yaqueunadeestasvariables, el caudal slido, esdetan inciertacuantificacin, eslgicoquelaerosinseaextraordinariamentedifcil de prever.SCHRODER W. (26), Los tramos de erosin son irregulares en las tres dimensiones espaciales. La dureza de las rocas es normalmente irregular; por eso la erosin acta preferentemente en las partes con pequea dureza. Generalmente el curso es ms o menos alargado, siguiendo el curso del valle.2.2.2. Socavacin:MARTNV. (12), la socavacin o erosin causada por el flujo alrededor de obstculos, como pilas de puentes, se llaman erosin local. Fsicamente el fenmeno elfenmenoconsiste en que alrededor de lapila se dan velocidades localmente mayoresquelasmediasdela corriente, acompaada deunsistemadevrtices frontales, laterales y de estela detrs de la pila. Este sistema de vrtices y el fondo parece hervir por el movimiento de los granos del lecho son aspirados por los vrtices y el fondo parece hervir por el movimiento de los granos. El foso que se forma se rodea a la pila, con la mayor profundidad y extensin situada en la cara frontal. Como en otros fenmenos de erosin hay una dependencia mutua entre el flujo y el foso de -10-socavacin, de modo que a largo plazo, si las condiciones hidrulicas son permanentes se alcanza un equilibrio en la forma y el tamao de los fosos.ARIAS N. y MEJA M. (3), La socavacin obedece al descenso del fondo durante una avenidacomoconsecuenciadelamayor capacidadquetienelacorrientepara transportar sedimentos de fondo y suspensin.TERANA. (31), Para determinar la socavacin se estima de acuerdo a la metodologa aplicada y elegir la que mas se ajusta a los trabajos en cauces naturales definidos. Es necesario evaluar la erosin mxima esperada, en una seccin calculada para un caudal de diseo o mxima descarga.2.2.3. Sedimentacin:MARTIN V. (12), La sedimentacin de partculas transportadas en suspensin es un fenmeno tambin de importancia en ingeniera fluvial. La magnitud mas importante para caracterizar la sedimentacin es la velocidad de cada de la partcula en el fluido inmvil. Si lapartculaespequea,menorque0.075mm(arcillasylimos)ensu descenso dominan las fuerzas viscosas y si el tamao es mayor a 2 mm (gravas y materiales mayores), las fuerzas de inercia son dominantes. Por otra parte el dominio intermedio de las arenas en que ninguna de las dos fuerzas es despreciable frente a la otra. Debido a su relacin directa con el tamao, la velocidad de cada se usa a menudoensustitucindel dimetroparalacaracterizacingranulomtricadeun sedimento.ROCHA F. (25). Podemos distinguir entre aquellas partculas que van permanentemente en contacto con el fondo y que ruedan y se deslizan constituyendo el arrastre o transporte de slido de fondo y aquellas que van en suspensin. Algunas partculas setransportandeunmodopeculiar: saltos, aestamodalidadsele denomina transporte por saltacin.-11-SVIATOSLAV K. (28). El transporte de sedimentos es un proceso muy complejo y para simplificar su estudio estos se ha dividido, en forma hasta cierta punto arbitraria en slidos que redan en el fondo y en slidos en suspensin.2.2.4. Transporte de Sedimentos:PIEROLA C. (23). La ocurrencia de una descarga mxima implicara necesariamente la presencia de slido tanto de fondo como de suspensin, luego es lgico suponer unprocesodeavenidasconaltasconcentracionesqueoriginaranasuvezun esfuerzo de corte superior al previsto para el caso de un flujo de agua limpia y sin gradiente dinmica.SVIATOSLAV K. (28). El agua que escurre superficialmente lleva partculas slidas a los ros y estos erosionan tambin sus orillas y fondo y transportan este material hacia aguas abajo. Este procedimiento es tanto mas intenso cuanto mayor es la gradiente y el dimetrodel material slidoarrastradoesaproximadamente proporcionala la sexta potencia de la velocidad del agua.TERN A. (31). Los sedimentos se mueven en suspensin en la corriente de agua y comoacarreo alolargodel lecho. Lasaltacin, es movimientodepartculas rebotando a lo largo del cauce, por lo que las mediciones de sedimentos son bastante complejas. Los grados de sedimentacin dependen de la velocidad y tamao de las partculas, etc.2.2.5. Gasto Slido:MARTIN V. (12), el primer paso en el anlisis de transporte de sedimentos es definir el caudal slido, comoel volumenpor unidaddetiempoquecruzaunaseccin transversal y definir el correspondiente caudal slido unitario por unidad de anchura.MIRANDA C. (16). Los sedimentos pueden desplazarse aguas abajo, como carga de fondo o como carga de suspensin temporalmente y luego caer al fondo del lecho para formar pare de la carga de fondo. Esta distincin es importante, puesto que el -12-movimiento de los dos tipos de carga que forman en caudal slido transportado por el agua.SVIATOSLAV K. (28). La cantidad de sedimentos que pasa por unidad de tiempo por una seccin se llama caudal slido. Este valor vara tanto en el tiempo como a lo largo del ro. El mayor caudal slido se produce en las crecientes siendo insignificante en estiaje.2.3. Aspecto Estructural:2.3.1. Cimentacin:MORALESM.(19), Lascimentacionesdecolumnaexteriorpuedeestarsujetoa carga excntrica. Si la excentricidad es grande, puede resultar esfuerzo de traccin sobre un lado de la cimentacin. Es recomendable dimensionar de manera que la carga esta dentro del tercio central de manera de evitar esfuerzos de traccin en el suelo que tericamente puede ocurrir antes de la redistribucin de esfuerzos.ORTEGA G. (22), El problema consiste en determinar la presin de contacto entre el terreno y cimentacin, los esfuerzos de traccin diagonal, los esfuerzos de punzonamiento y los momentos de flexin.En las cimentaciones rgidas (zapatas asiladas, zapatas conectadas, zapatas combinadas y zapatas atirantadas); tambin se presenta el caso de cimentaciones elsticas, cuya compleja solucin es facilitada porunosdiagramasquesonlneasdeinfluenciasparadeterminarlosesfuerzos sobre el terreno, momentos de flexin y fuerzas cortantes.VELSQUEZ(33), Una cimentacin adecuada debe decumplir los siguientes requisitos: Apoyo estable para la estructura considerando el peso de esta y condiciones de saturacin, impermeabilidad en grado suficiente que no signifique un peligro potencial de la estructura, se debe tener en cuenta los siguientes requisitos bsicos: Resistencia al esfuerzo cortante la estructura debe ser estable, Permeabilidad debe evitarse las filtraciones o reducirse al mnimo en relacin con capacidaddealmacenamientoYCompresibilidadsedebendeconsiderar los -13-asentamientos diferenciales en la estructura que podra producir agrietamientos. Los asentamientos pueden ser determinados a partir de una prueba de consolidacin unidimensional.2.3.2. Muros de Contencin:MORALESM. (19), Unmurodecontencinesunaestructuraqueproporciona soporte lateral a una masa de material y en algunos casos soporta cargas verticales adicionales, la estabilidad se debe principalmente a su peso propio y al del material que se encuentra directamente sobre su base. ORDEZ C. (20), Son elementos estructurales diseados para contener algo; es algo es un material que sin la existencia del muro tomara una forma diferente a la fijada por el contorno del muro para encontrar su equilibrio estable.ORTEGAG. (22), Sonestructurasusadasparadar estabilidadal suelouotros materiales, dondelascondicionesdel proyectonolespermitecontinuar consu pendiente natural; se usan generalmente para soportar volmenes de suelo, almacenamiento de mineral y agua.2.3.3. Vigas (anlisis por flexin):BLANCO B. (5), Los elementos sometidos a flexin son las vigas, los techos o pisos etc. En general todos aquellos que estn sometidos a cargas perpendiculares a su plano, las cuales ocasionan esfuerzo de flexin y cortante. Como el estudio por flexin y corte se puede separar, se trata todo lo relativo al diseo de elementos sometidos a flexin independiente del diseo por corte.Hiptesis bsica para el diseo de elementos a flexin son: La distribucin de esfuerzos unitarios en la seccin transversal de un elemento es plana; por consiguiente se cumple la denominada hiptesis de Navier. Esta hiptesis puede enunciarse considerando que las deformaciones en el refuerzo y enel concretosesuponen directamenteproporcionales ala distancia del eje neutro.-14- La resistencia en traccin del concreto es tan baja que se puede despreciar para fines de clculo. La deformacin unitaria mxima utilizable de concreto en la fibra extrema en compresin se considera para fines de diseo a 0.003. Se conoce la distribucin de esfuerzos en la zona de compresin del elemento. Existe adherencia entre el concreto y el acero de tal manera que la deformacindelaceroesigual ala del concreto adyacente,noexistiendo corrimientos relativos de consideracin. El esfuerzo en el refuerzo deber tomarse como Es veces la deformacin del acero; para deformaciones mayores a las correspondientes a fy, el esfuerzo se considerar igual a fy independientemente a la deformacin.HARMSENE. (8), Lashiptesisbsicaparael anlisisydiseodeelementos sometidos a flexin son los siguientes: Las deformaciones en concreto y refuerzo son directamente proporcionales a su distancia al eje neutro de la seccin excepto para vigas de gran peralte para lascuales seasumirunadistribucinnolineal dedeformaciones. Esta suposicin ha sido confirmada experimentalmente y es fundamentalpara la determinacin de los esfuerzos, tanto a tensin como a compresin. El concreto, fallaal alcanzar unadeformacinunitaria ultima de0.003. en laboratorio, se ha obtenido deformaciones superiores a 0.008 bajo condiciones especiales. Sin embargo para concretos normales varan entre 0.003 0.004. El esfuerzo en el acero antes de alcanzar la fluencia es igual al producto de su modulo de elasticidad por su deformacin unitaria. Para deformaciones mayores a la de fluencia, el esfuerzo en el refuerzo ser independiente de la deformacin e igual a fy. Esta hiptesis refleja el modelo elasto plstico de la curva esfuerzo deformacin del acero que asume el cdigo del ACI. La resistencia a la tensin del concreto es despreciable. La distribucin de los esfuerzos de compresin en la seccin de concreto ser asumidade modoque seacoherente conlosresultadosobtenidosenlos -15-ensayos. Esta hiptesis reconoce la naturaleza inelstica del comportamiento del concreto. Los requerimientos del puntoanterior sonsatisfechos por ladistribucin rectangular de esfuerzos, propuesta por Whitney, cuyos valores de B1 = 0.85 si la resistencia del concreto es menor que 280 Kg/cm2. si este no es le caso disminuir en 0.05 por cada incremento de 70 Kg/cm2 en la resistencia del concreto. En ningn caso B1 ser menor que 0.65, pues los ensayos han demostrado que para concretos de alta resistencia una reduccin excesiva de B1 conlleva a diseos poco conservadores. Los tipos de falla de elementos sometidos a flexin son: Fallaportensin: El acerofluyeyel elementoexhibeunafalladctil. Se aprecian grandes deflexiones y fisuras antes del colapso lo cual alerta a los usuarios acerca del peligro inminente. Estas secciones son llamadas tambin sub. reforzadas. Falla por compresin: El acero no tiene oportunidad de fluir y el concreto falla repentinamente. Estas secciones son llamadas sobre reforzadas. La resistencia de una seccin sobre reforzada es mayor que la de otra sub. reforzada de dimensiones similares. Sin embargo, la primera no tiene comportamiento dctil y el topo de colapso no es conveniente. En el diseo se evita este tipo de falla. Fallabalanceada: Seproducecuandoel concretoalcanzaladeformacin unitaria ltima de 0.003 simultneamente al inicio de la fluencia del acero. La falla es frgil y no deseada.Paracadaseccinexisteunacuantanicadeaceroqueocasionaunafalla balanceada la que se denomina cuanta balanceada o bsica. Si la seccin contiene mayor cantidad de refuerzo fallara por compresin y si contiene menor cantidad la falla ser por traccin. Por seguridad el cdigo ACI recomienda que las secciones se diseen para fallar por traccin y por ello limita la cuanta del refuerzo a 0.75.2.3.4. Losas:-16-MORALES M. (19), Las losas armadas en una direccin son paneles de pisos de concreto para los cuales la relacin de luz mayor a la luz menor es igual o mayor que 2.0. Cuando esta relacin es menor que 2 el panel de piso llega a ser una losa en dos direcciones.Unalosaen una direccin es diseada como un pao devigadeanchode 1m usando el mismo procedimiento de anlisis y diseo que el de vigas con refuerzo simple. Enel diseodelosas, normalmenteseasumeunespesor. Laslosas normalmente para cargas tpicas no requieren de refuerzo por corte.ORTEGA G. (21), El diseo de losas armadas en un sentido es un procedimiento simple comparativamente a de otros elementos, las losas podramos definirlas como elementos que soportan bsicamentecargasde gravedad aplicadas directamente sobre su superficie ynormalmenteastay cuya altura es bastante pequeaen comparacin a sus otras dimensiones.VILLASEOR C. (34), Con el fin de dar amplitud y facilidades para la operacin de las agujas y el paso de peatones sobre la losa. Esta losa trabaja como continua sobre las pilas y los pequeos estribos extremos.2.4. Sistema de Captacin:2.4.1. Estructuras de Captacin:ARAS N. y MEJA M. (3), las estructuras de captacin o bocatomas sirven para captar un caudal determinado para fines de aprovechamiento hidrulico. Una bocatoma es necesaria para derivar aguas delro a un canal. Para su diseo se determina la ubicacin segn el curso del ro y el costo del acceso de la obra; luego se determina la forma y la altura aproximada de la presa derivadora fija o mvil; para luego hacer los clculos de la curva de remanso, en el caso de mximas avenidas. En conclusin una estructura de captacin es una estructura hidrulica, que se utiliza para hacer ingresar el agua de una fuente de aprovechamiento que puede ser un ro o una laguna a un canal de derivacin.-17-MANSEN V. PIEROLAC. (11), Se define as a la estructura que tiene la finalidad de derivar parte o el total que discurre en un ro, para irrigar un rea bajo riego o generar energa mediante su utilizacin en una central hidroelctrica.VELASQUEZ B. (33), Se define como obras hidrulicas de derivacin, aquellas que se construyen con el objeto de aprovechar las aguas superficiales en forma controlada y sin alterar el rgimen de la fuente de abastecimiento, disponindolas de tal manera que se puedan conducirhasta el sitio de utilizacin ya sea por gravedad o con bombeo.Generalmente se piensa en una captacin por derivacin, cuando el caudal normal que se pretender aprovechar es igual o mayor que el necesario para poder satisfacer la demanda de algn problema en cuestin y es claro que se adoptara una obra de almacenamiento cuando el gasto de la corriente sea menor que el gasto requerido.2.4.2. Componentes de una Estructura de Captacin:ARAS N. y MEJA M. (3), Teniendo en cuenta los factores topogrficos, material de arrastre etc. Se podrn prescindir de algunas de las partes: Ventanas de captacin con compuertas para derivar el gasto de entrada. Canal de limpia para evacuar sedimentos. Barraje o Azd. Trampas para material de fondo y rejillas para material flotante. Disipadores de energa para los cambios de rgimen. Aliviadero de demasas para evacuar las excedencias en la captacin. Medidores o aforadores. Muros de encauzamiento o muros de proteccin de la estructura. Desarenadores o sedimentadores.MANSEN V. PIEROLAC. (11), Se tiene las siguientes componentes: Barraje Vertedor o Azud.-18- Solado o Colchn Disipador. Canal de Limpia. Ventana de Captacin. Cmara de Decantacin o desripiador. Compuerta de Regulacin. Aliviadero.VELASQUEZB. (33), Enuna presaderivadora, sonnotablestrespartesque se consideran como esenciales para cumplir con sus fines. En ocasiones tambin se tiene otras. Que se pueden considerar como complementarias y que dependen de las caractersticas o uso de la corriente; las partes esenciales de la corriente: Cortina. Bocatoma u obra de toma. Estructura de Limpia. Obras Complementarias.2.4.3. Diques de Encauzamiento:MANSEN V. PIEROLA C. (11), Al colocar el barraje en un ro, el remanso hacia aguasarribapodracausar inundaciones alosterrenos ribereos, situacinno deseada que se podra agravar si el ro forma un nuevo cauce como consecuencia del remanso y que podra dejar aislado a la bocatoma. Para controlar esta situacin se construyen diques de encauzamiento, por lo general del tipo de escollera si existen canteras de rocas en la zona del proyecto.SCHRODER W. (26), En caso de inundacin los diques aseguran el terreno detrs del cauce. Esto trae como consecuencia, que las descargas aumentan su nivel de agua en el cauce; por lo que el lecho sufre variaciones, debido a que la mayor altura de agua incrementa la capacidad de transporte y causa una profundizacin del lecho mismo. Al modificarse el cauce normalmente el talud cambia de rugoso a liso.-19-VASQUEZ V. (32), los ros de la costa y sierra delPer se caracterizan por ser caudalosos en la poca de avenidas o lluvias y de poco caudal en la poca de estiaje; siendo necesario el conocimiento y aplicacin de medidas de prevencin y control de la erosin de los cauces de los ros a fin de prevenir inundaciones.Las medidas de prevencin y control de la erosin e inundaciones de los ros facilitan la ejecucin de estructuras y obras que permiten proteger la infraestructura vial, la infraestructura hidrulica, centros poblados y reas de produccin agrcola.III. MATERIALES Y METODOLOGIA3.1. Materiales3.1.1. Descripcin General del Estudio.3.1.1.1. Ubicacin Poltica.Departamento : PunoProvincia : MelgarDistrito : CupiComunidad : Aquesaya - Inkalarca3.1.1.2. Ubicacin Geogrfica.Latitud sur : 1431' a 1500'Longitud oeste : 7100' a 7030'Altitud : 3 932.598m.s.n.m.3.1.1.3. Ubicacin en Coordenadas UTM.Norte : 8 354 427.108Este : 304 007.719Altitud : 3 932.598m.s.n.m.3.1.2. Informacin CartogrficasPara el estudio de la cuenca hidrogrfica del ro Llallimayo, se ha utilizado las Cartas NacionalesderestitucinAerofotogrficaselaboradaspor el InstitutoGeogrfico RIO MACARIMAYO-20-Militar (I.G.M.) a escala 1/100 000, siendo estas las siguientes que abarcan el mbito de estudio de la cuenca Llallimayo: Ayaviri HOJA(30-u) Ocuviri HOJA(31-u)Tambin se ha utilizado la carta geolgica del Ministerio de Minas y Energa, a travs del Instituto Geolgico Minero y Metalrgico (las hojas son las mismas de la Carta Nacional).RIO MACARIMAYOLag.ChulLpia-21-Figura3.1: Ubicacin del mbito de estudio.RIO MACARIMAYOLag.ChulLpia-22-3.1.3. Planteamiento Hidrulico de la CuencaLlallimayo:Enel mbitodel Proyectodel SistemaIntegral Chuquibambilla, el PRORRIDRE determina las reas de riego propuestas para el proyecto, realizando el planeamiento hidrulicodel Sub. SistemaLlallimayoquecomprendelaregulacin, captacin, conduccin del recurso hdrico proveniente del ro Llallimayo.El planteamientohidrulicocomprendelosaspectosdeplanificacinfsicadela Irrigacin Aquesaya a nivel definitivo bajo criterios tcnicos, como el dimensionamiento de la capacidad de sus infraestructuras proyectadas y las determinaciones referentes a las demandas de agua para el desarrollo agropecuario.Figura3.2: Sistema IntegralChuquibambilla.RIO SANTA ROSARIO LLALLIMAYORIO MACARIMAYOLag. IniquillaLag. Saguanani Lag.ChulLpiaAYAVIRILag. Ananta-23--24-Figura3.3: Esquema Hidrulico del Sub. Sistema Llallimayo.3.1.4. Informacin Hidrolgica.La Informacin Hidrolgica obtenida para el presente estudio, corresponde al registro histrico de la precipitaciones mximas de 24 horas y precipitaciones mediasde las Estaciones Ayaviri, Chuquibambilla, LLally, Cabanilla, Lagunillas y Pampahuta, proporcionado por el PRORRIDRE(Programa Regional de Riego y Drenaje), propiedad de SENAMHI (Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa), a partir de ellos se generarn los caudales de diseo para la estructura de captacin.3.1.5. Informacin de Prospeccin Geofsica:Laprospeccingeoelctricacomopartedel lasinvestigacionesdel subsuelose ejecuta, con elfin de conocer las caractersticas litolgicas tanto de su naturaleza como de su estructura. Es decir se determina en base a las propiedades resistivas de las diferentes capas delsubsuelo.Esta informacinse correlaciona con el marco geolgico de la zona de estudio, dando como resultado el conocimiento indirecto de la naturaleza del subsuelo, que para estos casos deber de confirmarse con otro tipo de ensayos (perforaciones diamantinas, SPT u otro similar).En elpresente trabajo, la evaluacin de los depsitos aluviales, por elmtodo de resistividad elctrica SEV(estudio geoelctrico), nos va ha permitir diferenciar horizontes de propiedades permeables, semi permeable o impermeables.El objetivo especifico que se obtiene con la prospeccin geoelctrica, es la interpretacindelascurvasdesondaje, determinar laresistividad, espesoresy profundidades de horizontes litolgicos, a fin de evaluar la estratigrafa del rea de estudioparasumejor comprensingeolgica, tambinparaestimar en forma cualitativa sobre la conductividad hidrulica del material de los estratos del rea de estudio.3.1.6. Laboratorio:Se ha utilizado el Laboratorio de Mecnica de Suelos y Concreto, que pertenece al PRORRIDRE, en las cuales se hicieron los ensayos requeridos para el diseo de la estructura de captacin. -25--26-?3.5Arenas, gravillas, clastos regular.Permeabilidad buenaC - 3 >30 50Gravas, arenas, gravillas gruesos. Permeabilidad altaC - 2 2.5 750Fino orgnico seco C - 11.01.0 1507654321LEYENDAR : Resistividad en Ohm - m. h : Espesor en mts.Z : Profundidad a la base de contacto en mts.C : Capas Litolgicas Unitarias.? : No determinado. 1/50ESCALAEstudio : Estudio Geofsico puntualconfinesde Geotecnia en el eje de Barraje Bocatoma Aquesaya.Lugar : Ubicacin Bocatoma Aquesaya Distrito : CupiProvincia : MelgarRegin : PunoFecha : Octubre - 2005R(Ohm - m)PROF.(m)h( m )COLUMNA LITOLGICAZ( m )DESCRIPCINC0Figura3.4: Sondaje Elctrico Vertical SEV-1.-27-ESCALA1/50Estudio : Estudio Geofsico puntualconfinesde Geotecnia en el eje de Barraje de la bocatoma Aquesaya.Lugar : Ubicacin Bocatoma AquesayaDistrito : CupiProvincia : MelgarRegin : PunoFecha : Octubre - 2005?Arenas, gravillas, clastos regular. Permeabilidad buenaC - 2 >30 460CDESCRIPCINZ( m )COLUMNA LITOLGICAh( m )PROF.(m)R(Ohm - m)LEYENDAR : Resistividad en Ohm - m. h : Espesor en mts.Z : Profundidad a la base de contacto en mts.C : Capas Litolgicas Unitarias.? : No determinado. 1234567240 1.51.5C - 1Gravas, arenas, gravilla gruesos.Permeabilidad altaFigura3.5: Sondaje Elctrico Vertical SEV-2.-28-ESCALA1/502.5Estudio : Estudio Geofsico puntualconfinesde Geotecnia en el eje de Barraje Bocatoma Aquesaya.Lugar : Ubicacin BocatomaAquesayaDistrito : CupiProvincia : MelgarRegin : PunoFecha : Octubre - 2005?Arenas, gravillas, clastos regular.Permeabilidad buenaC - 3 >30 40Gravas, arenas, bolonera, clastos. Permeabilidad altaC - 2 1.5 950Gravas, arenas, clastos gruesos secos C - 11.01.0 3007654321LEYENDAR : Resistividad en Ohm - m. h : Espesor en mts.Z : Profundidad a la base de contacto en mts.C : Capas Litolgicas Unitarias.? : No determinado. R(Ohm - m)PROF.(m)h( m )COLUMNA LITOLGICAZ( m )DESCRIPCINC0Figura3.6: Sondaje Elctrico Vertical SEV-3.-29-SEV-3SEV-2SEV-19501.540>301.5240467502.550>301.03001.0MARGEN IZQUIERDOMARGEN DERECHOCOTAm.s.n.m.LEYENDASIMBOLOGAUbicacin Sondaje Elctrico VerticalResistividad Elctrica en ohm-mEspesor Capa Unitaria en mtsESCALAH:1/750V:1/200 PERFILP - 1>30150Lecho actual de ro.Tierra arcillosa seca.Suelo aluvial, gravas, arenas, gravilla gruesos.Suelo aluvial, arenas, gravillas, clastos regular.Ejecutado :Ing. J. Ramos C.39233920391739143911390839053905390839113914391739203923COTAm.s.n.m.Figura3.7: Perfil Geoelctrico Eje Bocatoma Aquesaya.-30-3.2. Metodologa3.2.1. Topografa.Comoentodoproyectodeirrigacin, desdeel puntodevistadel planteamiento hidrulico del sistema de riego, la topografa es la actividad bsica y primaria, para ello se ha realizado los siguientes trabajos en el emplazamiento de la estructura de captacin: Levantamiento topogrfico del sitio de ubicacin de la estructura de captacin, 1,000.00 ml aguas arriba de la estructura y 500 metros aguas abajo del eje del barraje, en el que se indica eleje propuesto, por lo tanto se sealan los puntos de control y los puntos de apoyo de la topografa levantada en la zona por MINSUR. Perfil longitudinal del ro Llallimayo en el emplazamiento de la estructura de captacin, 1,000.00 metros aguas arriba del barraje y 500 metros aguas abajo, la escala que se ha dibujado es H = 1:1,000 y V = 1:100. Secciones transversales del cauce del ro a cada 25 y 50 metros, tanto aguas arriba y aguas abajo del eje del barraje propuesto, la escala ploteada de las secciones esde H =1:1,000 y V = 1:100Los datos anteriores servirn, en primer lugar para referenciar los estudios geolgicos ygeotcnicosquehayenel emplazamientodelaestructuradeacuerdoconla magnitud y tipo de obra que se pretenda construir, para percatar al diseador de las condiciones fsicas del sitio en donde se ubicara las estructuras a fin de seleccionar el mejor lugar para el diseo de acuerdo con las condiciones existentes y la obra que se tenga en la mente, adems muchos de estos datos, como se observara mas adelante se empleara en otros estudios como en: Simulacin hidrolgica para estimar la mxima avenida probable. Simulacin hidrulica del rgimen hidrulico del ro.Finalmentelosdatostopogrficoscitadossonindispensablesparareferenciar la construccin de la obra. El plano topogrfico se ha ploteado a una escala 1:2,000, el perfil y secciones del ro a escala variable tanto en la horizontal y vertical. Los planos se han dibujado con el apoyo del Software Eagle Point 99 en el entorno Auto Cad.-31-3.2.2. Geologa y Geotecnia.3.2.2.1. Marco Geolgico General.El objetivo de estas investigaciones esta orientado a determinar las caractersticas fsico mecnicos e hidrulicas del subsuelo con el fin de proyectar la estructura de captacin; como as mismo efectuar la evaluacin de los procesos geodinmicos susceptibles de ocurrir en el mbito de estudio.Dentro del estudio geolgico y geotcnico, sobre todo los resultados que se van ha obtener se evaluara las aptitudes del subsuelo de la cimentacin en le sitio donde se proyectara la obra, formulando las recomendaciones pertinentes para la utilizacin de los banco de materiales mas adecuados.3.1.1.1.1. Estratigrafa:Se determinara los afloramientos de grupos de suelos y horizontes que se encuentran en el rea del proyecto, en estratos que constituirn reas potenciales para la extraccin de material, tambin sus caractersticas de los sedimentos del ro Llallimayo y otras caractersticas del material.3.1.1.1.2. Aspectos Geolgicos.Se determinara la litologa en elrea delProyecto, como propiedades del material, color, resistencia etc., tambin la geomorfologa del ro donde pose mayor ingerencia en el rea de emplazamiento de la estructura. Otros aspectos como caractersticas de la llanura, topografa etc. 3.1.1.1.3.Geodinmica Externa.Laerosinelica, pluvial, ylaacumulacinfluvial sonlosfactoresque determinaran la geodinmica externa del terreno. 3.1.1.1.4. Estabilidadde Taludes.Losmaterialesqueconstituyenlasladerasdeterminaranlaestabilidaddel suelo, considerando que en la zona se efectuaran cortes, cambio de material, incremento y disminucin de peso.-32-3.1.1.2. Geologa en la Zona de Captacin.En la zona de estudio se determinara el desarrollo de los depsitos aluviales del ro Llallimayo, material que constituir el terreno de fundacin de la estructura de captacin, se determinaran las siguientes caractersticas. Litologa. Estratigrafa. Estabilidad de los flancos o mrgenes. Efectos de Erosin. Drenaje. Estabilidad de Talud.3.1.1.3. Aspectos Geotcnicos.El estudiogeotcnicorealizadotienepor objetodeterminar las propiedades principales del suelo de cimentacin, como definir la profundidad de cimentacin, su clasificacin, determinar elngulo de reposo,su densidad, su compacidad, ngulodefriccininterna, pesounitariosumergido, lacapacidadportantedel material del cimientos, permeabilidad, etc. Parael calculodelaestructurasy proporcionar los parmetros geotcnicos para su respectivo evaluacin del suelo en ellaboratorio desuelos. Aqu solamentese mencionaelprocedimientode calculo de los parmetros que se van ha calcular en gabinete para el diseo, ya quelosdemsparmetrossedeterminaraenel laboratorio, por loquese mostrara solamente los resultados del anlisis del laboratorio.3.1.1.3.1. Calculo de Capacidad Portante.La capacidad de carga se ha analizado por la formula de Terzaghi y Peck, en el sitio donde se realizara la fundacin de la estructura.q f c uN D NBCN q + + 2(3.1)suadFqq (3.2)-33-Donde:uq= Capacidad ltima de Carga.adq= Capacidad Admisible de Carga.sF= Factor de Seguridad = 3.0= Densidad del Suelo.fD= Profundidad de Cimentacin.C = Cohesin = 0q cN N N , ,= Factores de Capacidad de Carga en Funcin de. 3.1.1.3.2. Capacidad Admisible por Asentamiento.Se ha adoptado el criterio de limitar el asentamiento de la cimentacin a 2 (5,08 cm), de acuerdo a Terzaghi y Peck. Para determinar el asentamiento de la cimentacin sobre las arenas o limos se ha utilizado el mtodo elstico para el clculo de asentamientos inmediatos mediante la siguiente relacin.IfEqBSsi) 1 (2 (3.3)Donde:iS= Asentamiento en cm.= Relacin de Poisson = 0.30If= Factor de Forma (cm/m).q= Presin de Trabajo.B = Ancho de Cimentacin.3.1.1.3.3. Parmetros de Diseo Sismo ResistenteEn el territorio peruano se han establecido tres zonas que presentan diferentes caractersticas de acuerdo a la mayor o menor presencia de los sismos. Segn las Mapas de Zonificacin Ssmica y el propuesto por la nueva norma Sismo Resistente el Reglamento Nacional de Construcciones E030, el departamento de Puno se encuentra en la zona 2, correspondindole una sismicidad media. La figura 3.8 presenta el Mapa de Zonificacin ssmica del Per.-34-Primero se tiene el Factor de Zona Z o Z(g), definido como la aceleracin mxima de terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 aos, que para la localizacin en el sitio de la bocatoma es 0.3g. Para el anlisis de licuacin del suelo de cimentacin se recomienda como limite inferior de la aceleracin pico al valor de factor Z. Se presenta en la figura 3.9 el Mapa de Distribucin de Mximas Intensidades Ssmicas Observadas en el Per. La figura 3.10 presenta la Distribucin de Isoaceleraciones para 10%de Excedencia en 50 aos.De acuerdo a las condiciones geotcnicas existentes en el lugar, teniendo una coberturadesuelosgranularesaluvialesyespesoresquealcanzanvarios metros, correspondeaestoslaclasificacinyPerfil TipoS2odesuelos intermedios, paraloscualesel PeriodoFundamental deVibracinopara Vibraciones debajaamplitudTp estaconsideradoentre0.400.60, mientras que el Factor de Ampliacin de Suelos S se encuentra entre 1,0 1,2.A partir de estos parmetros, se obtiene:5 . 2 ,25 . 1< CTTCp(3.4)Este coeficiente se interpreta como el Factor de Ampliacin Ssmica C que define las respuestas estructurales respecto a la aceleracin en el suelo.Enel readeestudiodondeseejecutaralaestructuradecaptacin, se encuentra en la zona 2 de mediana Sismicidad de la Zonificacin Ssmica del Per, por lo que corresponde los siguientes parmetros geotcnicos:Factor de Zona Z = 0,3gPerodo Predominante Tp = 0,6sFactor de Ampliacin de Suelo S = 1,2Para el anlisis pseudos-esttico se recomienda; alfa = 0,2gPara ser usados en las Normas de Diseo Sismo Resistente.-35-Figura3.8: Zonificacion Ssmica del Per, Segn el Reglamento Nacional de Construcciones (1997).-36-Figura3.9: Mapa de Distribuciones de Mximas Intensidades Ssmica.-37-Figura3.10: Distribucin de Isoaceleraciones par 10% de Excedencia en 50 aos.--38-3.1.2. Diseo Hidrolgico. En proyectos de Obras destinadas al Control y Aprovechamiento del recurso hdrico, dependedelaeficiencia, seriedadynivel deconfiabilidadquetengael estudio hidrolgico, ya que es de suma importancia conocer el comportamiento hidrolgico del ro,yaqueeste permitir garantizarelcaudala derivary ascomodefinirel dimensionamiento de los componentes de la estructura de captacin.En el presente estudiohidrolgico quetienecomofinalidaddar aconocer la potencialidaddel recursohdrico, medianteunaevaluacinrespectivadedicho recursoy desde elpunto devista a los aspectos cualitativos ycuantitativos.En cuanto al aspecto cualitativo se determina el origen del curso principal y sus afluentes de la cuenca y el aspecto cuantitativo se determina la cantidad del recurso hdrico disponible para fines de aprovechamiento para satisfacer la demanda actual y futura.En el presente trabajo se ha orientado bsicamente a obtener la avenida mxima, para el diseo de la estructura de captacin. No se ha incidido mucho en determinar los caudales de estiaje, ni realizar el balance hdrico, en vista de que la demanda de aguadel proyectoestagarantizadopor laregulacionesdelaspresasIniquillay Saguanani yqueestaenproyectolapresaAnanta, dentrodel subsistemade Llallimayo del Sistema Integral Chuquibambilla.3.1.2.1. Cuenca Hidrogrfica.La cuenca hidrogrfica del ro Llallimayo, corresponde a la misma proyectada a un plano horizontal, en donde es drenada por un curso de agua o por un sistema de cursos deagua, cuyas aguas concurrenal puntodondesehaubicadola estructura de captacin, en donde se evaluara el caudal mximo de diseo de la obra.3.1.2.1.1.rea de la CuencaEl rea de la cuencase ha determinado de la siguiente forma: Sehaescaneadolassuperficiesquecomprendelacuencadelas Cartas Nacionales del I.G.M. Luego se ha vectorizado la cuenca con el Software Auto Cad 2006. Se determino el rea y permetro de la cuenca en Cad.-39-3.1.2.1.2. Pendiente del Cauce Principal.El conocimientodelapendientedel cauceprincipal delacuencaesun parmetro importante, en el estudio del comportamiento del recurso hdrico. En general la pendiente se puede considerar como el cociente, que resulta de dividir el desnivelde los extremos del tramo, entre la longitud horizontalde dicho tramo.Para elpresente estudio se determino mediante la pendiente uniforme,en donde se considera la relacin entre el desnivel que hay entre los extremos del cauce y la proyeccin horizontal de su longitud es decir:LHS (3.5)Donde:S = Pendiente.H = Diferencia de Cotas.L = Longitud del cauceEste mtodo se ha utilizado en tramos cortos, por lo que la longitud del cauce principal dehadividoenvariostramos, estospendientesparcialesseha promediado, lo que corresponde a la pendiente media del cauce.3.1.2.2. Completacin y Extensin de Datos.Siendo uno de los inconvenientes la falta de informacin meteorolgica, y la falta de datos, es que se dispuso del software: Modelo Hidrolgico denominado HEC - 04MONTHLYSTREAMFLOWSIMULATION, desarrolladopor el Hydrologic Engineering Center de los Estados Unidos de Amrica.Este paquete hace uso de los datos de variables, que en nuestro caso ser las precipitacionesmximasde24horas, delasestacionesqueseencuentren correlacionadas a variables morfolgicas de Cuenca Llallimayo, para as poder determinar sus relaciones funcionales y que permitan formular las expresiones de extensin o complementacin. Una de las varias aplicaciones del modelo empleado es que permite reconstituir los registros faltantes de una estacin sobre la base de registros concurrentes observados en otras estaciones-40-La metodologa usada es que para cada estacin con registros incompletos se realiza una bsqueda, mes a mes, de los registros de mayor longitud ente las estaciones utilizadas, para encontrar luego aquellas que sirva de base al clculo de los registros incompletos, tomando en cuenta la correlacin entre la estacin base y aquella que se quiere extender respecto a su registro.Cada registro individual se convierte despus una variable estndar normalizada, usando una distribucin tipo Pearson III.Paraevitar quelosvalores calculadosseansobreestimadosdebidoauna inconsistenciaenloscoeficientesdecorrelacin, todosestoscoeficientesson reclculos despus decadaestimacin dedatos faltantes. De presentarse inconsistenciasecalculanuevamentelaecuacinderegresinhastaquse alcanc la consistencia.3.1.2.3. Anlisis y Consistencia de Datos.Antes de iniciar cualquier anlisis u utilizar los datos observados en las estaciones pluviomtricas, hay la necesidad de realizar ciertas verificaciones de los valores de precipitacin. Los datos hidrolgicos que se tienen, se ha realizado elanlisis de consistencia que nos permiti detectar, corregir y eliminar los errores sistemticos y aleatorios que se presentaron en las series.Entones se puede decir que inconsistencia es sinnimo de error sistemtico y se presentacomosaltosytendencia, ynohomogeneidadesdefinidocomolos cambios de los datos vrgenes con el tiempo debido a la accin del hombre o causas naturales.3.1.2.3.1.Anlisis Visual.Esta fase consiste en analizar visualmente la distribucin temporal de toda la informacin de precipitacin disponible combinando con los criterios obtenidos del campo para detectar la regularidad o irregularidad de los mismos. De la apreciacin visual de estos grficos se deduce si la informacin es aceptable o dudosa. Mediante el anlisis visual es posible detectar saltos y/o tendencias en la informacin histrica.-41-SERIE HISTORICA DE PRECIPITACION MAXIMA DE 24horas0510152025303540455055196419651966196719681969197019711972197319741975197619771978197919801981198219831984198519861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005TIEMPO (aos)PRECIPITACION(mm)AyaviriChuquibambillaLlallyFigura 3.11: Anlisis Visual de Saltos y Tendencia3.1.2.3.2.Anlisis de Doble Masa.El anlisis de doble masa, es una herramienta muy conocida y utilizada en la deteccin deinconsistencias en losdatos hidrolgicos mltiples cuando se disponen de dos o ms series de datos. Un quiebre de la recta de doble masa o un cambio de pendiente, puede o no ser significativo, ya que si dicho cambio est dentro de los lmites de confianza de la variacin de la recta para un nivel de probabilidades dado, entonces el salto no es significativo, el mismo que se comprobar mediante un anlisis estadstico.Mediante este mtodo se determina la consistencia relativa de una estacin respecto a otra estacin ndice o a un promedio de estaciones. Elanlisis grfico comparativo se realiza a travs de la curva doble masa o de dobles acumulaciones, que tiene como abscisa los valores de precipitacin promedio mxima anual acumulada de las estaciones analizadas y como ordenada los valores de precipitacin mximas anuales acumulada de las estaciones que se estn analizando.-42-DIAGRAMA DE DOBLE MASA REFERIDO AL PROMEDIO02004006008001000120014000.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00PROMEDIO DE PRECIPITACION MAXIMA DIARIA ACUMULADA (mm)Ayaviri Chuquibambilla LlallyFigura 3.12: Anlisis de Doble Masa.3.1.2.3.3.Anlisis Estadstico.La no homogeneidad e inconsistencia en secuencias hidrolgicas representa uno de los aspectos ms importantes del estudio en la hidrologa contempornea, particularmente en lo relacionado a la conservacin, desarrollo y control de recursos hdricos.Inconsistencia es sinnimo de error sistemtico y se presenta como saltos y tendencias. Uno de los dos elementos ms importantes a tener en cuenta en el anlisis de consistencia con relacin a los datos existentes en el pas es la longitud de registro yel nivel de informalidad que por limitaciones de recursos econmicos tiene elproceso de recoleccin y manipuleo de la informacin fuente. De all que es preferible partir de la duda y no de la aceptacin directa o fcil.Elanlisis de la informacin se realiza en las componentes determinsticas transitorias de las series que son: Anlisis de Salto Anlisis de Tendencia En cada uno de los cuales se analiza la consistencia en los dos principales parmetros estadsticos: media y desviacin estndar.( )iniiX Xnx S1211111) (nn iXinX1 221( )nn iiX Xnx S1222211) (11 111niXinX-43-3.1.1.1.1.1. Anlisis de Saltos.Los saltos, son formas determinsticas transitorias que permiten a una serie estadstica peridica pasar desde un estado a otro, como respuesta a cambios hechos por el hombre, debido al continuo desarrollo y explotacin de recursos hidrulicos en la cuenca o cambios violentos que en la naturaleza puedan ocurrir. Los saltos se presentan en la media, desviacin estndar y otros parmetros.3.1.1.1.1.1.1. Consistencia en Media.Mediante la prueba de "T", se analiza si los valores promedios son estadsticamente iguales o diferentes de la siguiente manera:Clculo de la media para ambos periodos de anlisis. (3.6)(3.7)Calculode desviacin estndar para cada perodo, (3.8)(3.9) Donde:n1 y n2 = Tamao de cada periodoXi= Informacin de anlisis1__X 2__X= Medias del periodo 1 y 2S1(x), S2(x) = Desviacin estndar de periodo 1 y2N = n1 , n2 = Tamao de la muestraEstadstico"T" el procedimientopararealizar estapruebaesla siguiente:Establecer la hiptesis planteada y la alternativa posible, as como el nivel de significacin -44-Hp: 1 = 2 (media poblacional)Ha: 1 2 = 0.05Clculo de la desviacin estndar de la diferencia de los promedios segn:Desviacin estndar de las diferencias de promedio(3.10)eDesviacin estndar ponderada(3.11)Clculo del Tc segn:(3.12)Donde 1 - 2 = 0 Hallar el valor de Tt en las tablas con:Con 95% de probabilidades = 0.05G.L. = n1 + n2 2Donde:G.L.= grados de libertad = nivel de significacinConclusiones Si Tc Tt (95%) las medias son iguales estadsticamente.Si Tc > Tt (95%) las medias son diferentes y existe salto en la media.3.1.1.1.1.1.2. Consistencia en Desviaron Estndar.2 11 1n nS Sp d+ ( ) ( )2 1 12 122 221 1 + + n nS n S nSpdcSX XT) ( ) (2 12_1_ -45-Se realiza con prueba "F" de la forma siguiente:Clculo de las variancias de ambos perodos:(3.13)(3.14)Estadstico "F" el procedimiento es: Hiptesis planteada y alternativa, as como el nivel de significacin:Hp: 1 = 2(variaciones poblacionales)Ha: 1 2 = 0.05 Clculo de la Fc:Si,S1(x) > S2(x)(3.15)Si,S1(x)< S2(x) (3.16) Clculo de Ft en las tablas con: = 0.05 G.L.N = n1 1 G.L.D = n2 - 1 Donde: =Nivel de significacinG.L.N= grado de libertad del numeradorG.L.D = grado de libertad del denominadorConclusiones Si Fc Ft (95%) las desviaciones estndar son iguales Si Fc > Ft (95%) las desviaciones estndar son diferentes( )112112111) (niiX Xnx S( )212222211) (nn iiX Xnx S) () (2221x Sx SFc ) () (2122x Sx SFc -46-3.1.1.1.1.1.3. Eliminacin de Saltos.Si resulta la media y desviacin estndar estadsticamente diferentes, entonces se corrige mediante una ecuacin que permite mantener los parmetros del perodo ms confiable. Dicha ecuacin se expresa como:Modelo para corregir el primer periodo(3.17)Modelo para corregir el segundo periodo(3.18)Donde:X'(t) = valor corregido de la informacinX(t) = valor a ser corregido3.1.1.1.1.2. Anlisis de Tendencia.Las tendencias soncomponentes determinsticas transitorias quese definen como un cambio sistemtico y contino sobre una muestra de informacin hidrometeorolgica en cualquier parmetro de la misma, que afectan las distribuciones y dependencias de las series. Previamente a este anlisis se han corregido los saltos existentes, para luego analizar la tendencia en la media y en la desviacin estndar.3.1.1.1.1.2.1. Tendencia en Media.LatendenciaenlamediaTmppuedeser expresadaenforma general por el polinomio:(3.19)2211') () () (X x Sx SX XXtt+1122') () () (X x Sx SX XXtt+......3 2+ + + + t D t C t B A Tmm m m m p-47-Para muchos casos para estimar esta tendencia,es suficiente la ecuacin de regresin lineal simple:(3.20)Donde:Tmp=Esunprocesoestocsticonoestacionario, valedecir la informacin hidrometeoro lgica corregida de saltos.t =esel tiempotomadocomolavariableindependienteenel anlisis deregresinparaevaluar latendencia, y suvalor se determina por:t=(p - 1)w + (3.21) = 1,2,3,....wwpuede ser365 o 12 segn la serie sea anual o mensual.Am=coeficientedelaecuacinderegresinquedebeser estimado a partir de los datos.P =1, 2, , n, con igual nmero de aos de registros histrico de los datosLas constantes de regresin de estas ecuaciones ser estimadas por el mtododemnimoscuadradosoporel mtododeregresin lineal mltiple en el caso de polinomio.Paracalcular yanalizar unatendencialineal, seprocededela siguiente manera:Con la informacin que se tiene se calcula los parmetros de la ecuacin de regresin lineal simple, dados en la ecuacin:(3.22)t B A Tmm m p+ tTmmSSR B -48-(3.23)Donde:= Es el promedio de la tendencia e igual al promedio de los datos histricos.=Es el promedio del tiempo cronolgico t.=Desviacin estndar de la tendencia en la media =Desviacin estndar del tiempo t.=Esel coeficientedecorrelacinlineal simple entre la tendencia en la media y el tiempo en consideracin.=Esel promediodel productodela tendencia por el tiempo, y su valor es igual a:(3.24)EvaluacinPara averiguar si la tendencia es significativa se analiza el coeficiente de regresin o el coeficiente de correlacin. En este caso se analiza R segn el estadstico "T" de Student, desarrollando los siguientes pasos:Clculo del estadstico Tc segn: (3.25)Donde:Tc = valor del estadstico T calculadon = nmero total de datosR = coeficiente de correlacinEn las tablas se encuentra el"Tt" al 95% de probabilidades. = 0.05Tm tm mS ST t T tR. . nii i mm t TnT t1. ) (1.m TtTmStSRm T t.212Rn RTc-49-G.L. = n-2Conclusiones:Si [Tc] Tt (95%)no tiene tendencia.Si [Tc] > Tt (95%)si tiene tendencia.3.1.1.1.1.2.2. Tendencia en Desviacin Estndar.La tendencia en la dispersin generalmente se representa en los datos mensuales, no as en anuales. Esta tendencia se aproximada por la ecuacin de regresin lineal tal como:(3.26)Donde:Tsp=Es un proceso estocstico no estacionario, vale decir la informacin hidrometeorolgica corregida o sin saltos.T= 1, 2,..nAs ,Bs= coeficientes de los polinomios de regresin.EstimacinA la informacin sin tendencia en la media (Yt) se divide en varios perodos (en aos), luego para cada periodo se calcula su desviacinestndar respectiva, obtenindosetantos valores de desviaciones estndar como perodos agrupados:(3.27)Sp = es la desviacin estndar para el perodo pYpi = es la serie sin tendencia en la mediap =1,2,...,n (con n igual al nmero de perodos)i =1,2,...ww = 365 o 12 si el anlisis es con informacin diaria o mensual.t B A Tss s p+ ( )wippi pY YwS1211-50-Se puede calcular los parmetros de la ecuacin de regresin lineal simple de la misma forma que se hizo en la tendencia en la media, a partir de las desviaciones estndar y el tiempo t.El coeficientedecorrelacinRdelatendenciaenladesviacin estndar yel tiempo, segnel estadstico"T", conlosmismos criterios que en la tendencia en la media; esto es, si el valor de T calculado resulta menor o igual que el valor de T tabular.3.1.1.2. Pruebas de Bondad de Ajuste.Las pruebas de bondad de ajuste, consisten en comprobar grafica y estadsticamente, si la frecuencia emprica de la serie analizada, se ajusta a una determina funcin de probabilidades tericas seleccionada a priori, con los parmetros estimados con base en los valores mustrales.Las pruebas estadsticas, tienen por objeto medir la certidumbre que se obtiene al hacer una hiptesis estadstica sobre una poblacin, es decir, calificar el hecho de suponerqueunavariable aleatoria, sedistribuyasegnunaciertafuncinde probabilidades. En el presente trabajo se ha realizado el ajuste estadstico de Chi Cuadrado y Smirnov Kolmogorov.3.1.1.2.1. Prueba de Chi Cuadrado.La prueba de Chi Cuadrado se basa en el clculo de frecuencia, tanto de valores observados, como valores esperados, para un nmero determinado de intervalos. Estapruebaesusadaparaverificar labondaddeajustedela distribucin emprica a una distribucin terica conocida, fue propuesta por Kart Pearson. La expresin general de prueba de Chi Cuadrado esta dado por:(3.28)Donde:fo= Frecuencia Observada Emprica.fe = Frecuencia Esperada.k = Numero de Intervalos de Clase. ki ee ocff f122) (-51-3.1.1.2.2. Prueba de Smirnov Kolmogorov.Esta prueba consiste en comparar la diferencia existente, entre la probabilidad emprica de los datos de la muestra y la probabilidad terica, tomando el valor mximo del valor absoluto, es decir:) ( ) ( max x P x F (3.29)F(x) = Probabilidad Experimental del Datos.P(x) = Probabilidad de Distribucin Terica.3.1.1.3. Distribuciones Tericas para la Precipitacin de Diseo.Luego de haber realizado el ajuste de las distribuciones tericas, donde se ha encontrado la ley de distribuciones que rige a las variables aleatorias, adems se podrpredecir condeterminadaprobabilidadlaocurrenciadelatormentade diseo con determinada magnitud, tambinse podr determinar la magnitudde la tormenta para un determinado periodo de retorno. Se haanalizado mediante las siguientes funciones de distribucin: Distribucin Log-Normal de 2 parmetros. Distribucin Gumbel. Distribucin Log-Pearson Tipo III.3.1.1.3.1.Distribucin Log Normal 2 Parmetros.Lafuncin dedensidad deesta distribucin estdadapor lasiguiente expresin:( )2y- y212111]1

ye X fy (3.30)Para:x y X ln 0 < Spe = (4/3)(h/(SGs-1)) (3.130)Donde:W = Peso propio del soladoSp = supresinh = Diferencia de Niveles hidrulicos aguas arriba y aguas abajo.SGs = Gravedad especifica del suelo3.1.2.2.8.Enrocado de Proteccin.Al final del colchn disipador es necesario colocar un enrocado con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestar el arrastre del material fino por accin de la filtracin.(3.131)(3.132)(3.133)))2( * 2 (1 021 1 0 1 + + + hfgVhY H P C C g V( ) 1 * 8 1 *212112 + FyyLc Lt Le ( )21* * * 67 . 0 q Db C Lt ( )21* * 60 . 0 Dr C Lo 11]1

,_

1 * * 12 . 1 * * * 60 . 02121DrDbq Dr C Lt-88-(3.134)Donde:Le = Longitud de la EscolleraLt = Longitud Total de la EscolleraLc = Longitud del Colchn.Db=Alturacomprendidaentrelacotaextremoaguasabajodel colchn disipador y la cota de la cresta del barraje vertedero.q = Avenida de diseo por unidad de longitud del vertederoC = Coeficiente deBligh.Lecho del Cauce Tamao de Grano (mm)C(Bligh)C(Lane)Arena(Fina y Limo)0.005 a 0.010.1 a 0.2518158.57.0Arena Fina 0.5 a 1 12 6.0Arena Gruesa, (Gravas y Arenas) 9 4.0Botoneras(Grava y Arena) 4 a 5 3.0Arcilla 6 a 7 1.6 a 3Tablas N 3.2 Coeficiente de Bligh y Lane3.1.2.2.9. Control de FiltracinEl agua que se desplaza por debajo de la presa vertedora causa arrastres de material fino creando el fenmeno de tubificacin, este problema se agrava cuando el terreno es permeable.Elingeniero Bligh estudio elfenmeno con presas construidas en la india, recomendando que el camino que recorre el agua por debajo del barraje debe ser mayor o igual que la carga disponible entre los extremos aguas arriba y aguas abajo afectado por un coeficiente.h C S > .Donde.S = Camino de Precolacin.C = Coeficiente de Bligh. hDiferencia de niveles aguas arriba y aguas abajo-89-Esteciertocriteriofuecorregidopor Lanedespusdeobservar casi 200 estructuras entre las que funcionan bien y las que fallaron. Lane planteo la siguiente expresin:(3.135)Donde:LH y LV = Suma de longitudes horizontales y verticales respectivamente.CL = Coeficiente de Lane.3.1.2.2.10. Compuerta de RegulacinSonaquellascompuertasqueregulanel ingresodel caudal dederivacin hacia el canal principal, por lo general se recomienda que el rea total de las compuertas se igual al rea del canal de conducto aguas abajo. As mismo se recomienda que la velocidad de diseo sea 2 a 2.5 m/s.El caudal que pasa por la compuerta se calcula como orificio ahogado:(3.136)Donde:Q = Caudal que debe pasar por la compuertaCd = Coeficiente de descarga, su valor esta entre 0.6 a 0.80A = rea de la abertura de la compuerta3.1.2.2.11. Muros de Encauzamiento.Son estructuras que permiten encauzar el flujo del ro entre los determinados limites con el fin de formar las condiciones de diseo pre-establecidos (ancho, tirante, remanso etc.), estas estructuras se han diseado de concreto armado. Su dimensionamiento esta basado en controlar el posibledesborde del mximonivel deaguayevitar tambinquelasocavacinafectealas estructuras de captacin y derivacin.Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua, es prctica comn disear al volteo, deslizamiento y asentamiento.h g A Cd Q * * 2 * * > + h C L L SL V H. 3 / 1-90-3.1.2.2.12. Diques de EncauzamientoAl colocar el barrajeenel ro, por unremansohaciaaguasarribapodra causar inundaciones a los terrenos ribereos, situacin no deseada que se podraagravar si el roformaunnuevocaucecomoconsecuenciadel remanso que podran dejar aislado la bocatoma, por lo que se ha proyectado eldique de encauzamiento y elcalculo de niveles se ha realizados con el apoyo del software HEC RAS en donde se ha determinado el nivel mximo para un periodo de retorno de T = 50 Aos.3.1.3. Diseo EstructuralLos estudiosdeconcretoenlaIngenieradeObrasHidrulicas, tienealgunos problemas que no son comunes en otros usos del concreto, en toda estructura la resistencia y la estabilidad son elobjetivo que persigue todo diseador. En obras hidrulicas la serviciabilidad y baja permeabilidad demanda igual consideracin. En estas estructuras en concreto que estar en contacto con el agua deben ser: Ser densos e impermeables. Proveer de superficies llanas para minimizar resistencia al flujo.El concreto es particularmente convenientemente para estructuras de obras hidrulicas; ya que no sufrir significativamente cambios dimensionales bajo condiciones de servicio y la calidad del concreto es de suma importancia y el estrecho control de calidad debe ser ejecutado durante la construccin, para obtener concretos resistentes, impermeables y que alcancen eficientemente su periodo de vida til.Consideraciones De Diseo Y AnlisisLascargasdediseoaconsiderar enlasestructurasdelaIngenieradeObras hidrulicas, estn determinadas por la profundidad y unidad del paso del lquido, la presin externa del suelo y el equipo a ser instalado. Se requiere un especial cuidado, cuando se disea para cargas dinmicas. el anlisis del diseo debe ser exacto para obtener una verdadera distribucin de esfuerzos de la estructura y para la resistencia alarupturaenzonasdemximoesfuerzos. Lainformacindeconsolidaciny capacidad portante del suelo es de gran importancia para minimizar los asentamientosquepueden causarruptura. Lasestructuras sern diseadas para -91-minimizar las filtraciones, para eliminar rajaduras anchas y otros fuentes potenciales defuga, enestetipodeobras laaccindecargas deservicioes demayor importancia.Criterios y consideraciones de diseo en concreto armado:El diseoestructural sebasaenel clculodelosrefuerzos quesoportanlos diferentes elementos estructurales en que funcionalmente se pueden dividir cada una de las estructuras que forman parte de la bocatoma.Las estructuras deben ser diseadas de acuerdo al reglamento Nacional de Construccionesyloselementosdeconcretoarmadosepuedendisear por los mtodosbasadosenlaresistenciaalaroturayporel mtododeesfuerzosde trabajo. (Mtodo elstico).Losmaterialesquenormalmenteseconsideranparaconstruirlasestructurasde concreto armado tienen las siguientes caractersticas:Acero Estructural: fc = 4200 Kg/cm2Concreto Estructural:fc = 175 Kg/cm2 a fc = 210 Kg/cm2Concreto Ciclpeo fc = 175 Kg/cm2+30% P.M.Las cargas de diseo y elrea de refuerzo mediante elmtodo de la rotura,se calcular con las siguientes relaciones:Wu = 1.40 D + 1.70 L (3.137)La carga de diseo para el empuje lateral del aguaWu = 1.70 L (3.138)rea del acero de refuerzo.(3.139)(3.140)Los elementos que conforman parte de la estructura de captacin son los siguientes: Barraje Mvil.) 2 / ( a d fyMuAsb c ffy Asa* ' 85 . 0*-92- Barraje Fijo. Colchn disipador. Muros de Encauzamiento Lateral. Diques de Encauzamiento. Muro Divisor. Pilares Losa de Maniobra. Pantalla Frontal del Bocal3.1.3.1. Barraje y Colchn Disipador.Para el anlisis de la estabilidad del barraje, las consideraciones son el empuje del agua, el peso propio del elemento estructural y la sub presin Calculo del Empuje del Agua (Ea).(3.141) Calculo del Peso Propio (W)aV W . (3.142)W = Peso propio del BarrajeaPeso especifico del agua.V = Volumen por metro lineal del barraje Calculo del Centro de Gravedad del Barraje.X = (Momento total/rea total)X = Distancia del centro de gravedad alpunto de vuelco, centro de giro al posible volcamiento del barraje. Calculo de la Sub-presin (S)(3.143) ,_

+ LxLchh h C Samin' ( )2* ) ( .BB H H Eaa a+ + -93-Donde:S = Sub Presin (Kg/m)aPeso especifico del agua. (Kg/m)C = Coeficiente adimensional (1 para concreto de material permeable).h = Carga hidrulica(m).h = Profundidad del punto con respecto al que empieza la filtracin en (m).Lmin = Longitud total de la filtracin.Lx = recorrido de la filtracin hasta el punto tratado. Seguridad al Deslizamiento:FhFv fCSD.(3.144)Donde:f = Coeficiente de friccin del concreto ciclpeo sobre el suelo hmedo. FvSumatoria de fuerzas verticales. FhSumatoria de fuerzas horizontalesSUELO Coeficiente f.RocaGravaArenaLimoArcilla0.60 0.700.50 0.600.40 0.500.30 0.40 0.20 0.30Cuadro N3.3 Coeficiente de FriccinDeber verificarse que el CSD sea mayor a 1.50. Seguridad al Volteo.Para analizar alvolteo se toma momentos respecto a un posible centro de giro:veMMCSV(3.145)Donde:Me = Momento resultante al volteo.-94-Mv = Momento por las fuerzas de empuje y de la sub presin Posicin de la Resultante.VMx(3.146)Mv Me M VSumatoria de fuerzas verticales La reaccin del terreno es:

,_

+ teAVt61 . (3.147)Donde:A = rea de la Base del Barraje (m2)t= Ancho de la base del barraje (m)e = Excentricidad (m)3.1.3.2. Muros de Encauzamiento Lateral.Estos muros soportan en el caso ms desfavorable el empuje del agua, la sub presin y el empuje del material de relleno El Empuje del Relleno es:2.21h Ka ErS (3.148)Donde:Ka = Coeficiente de presin activa (depende del ngulo de friccin interna es). El Peso del Muro.Wm=V.PucSiendo:Puc = 2400 Kg/m3 Seguridad al volteo esta dado por:Para analizar alvolteo se toma momentos respecto a un posible centro de giro:-95-veMMCSV(3.149)Donde:Me = Momento resultante al volteo.Mv = Momento por las fuerzas de empuje y de la sub presin Seguridad al deslizamiento.FhFv fCSD.(3.150)Donde:f = Coeficiente de friccin del concreto ciclpeo sobre el suelo hmedo. FvSumatoria de fuerzas verticales. FhSumatoria de fuerzas horizontales Reacciones del Terreno

,_

+ teAVt61 . (3.151)Donde:A = rea de la Base del Barraje (m2)t= Ancho de la base del barraje (m)e = Excentricidad (m) Esfuerzo Cortante en la seccin critica:A FcVn* 40 . 1 (3.152)Fc = Fuerza cortante en la seccin criticaA = rea que resistente las fuerzas de corte Esfuerzo Cortante Permisible para el Concreto es:c f Vc ' 53 . 0 (3.153)Vn < Vc3.1.3.3. Diques de Encauzamiento-96-Los diques de encauzamiento se calcula en base a la hidrulica delro, ser necesario ubicar diques aguas arriba y aguas abajo del barraje, el dique se disea teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: el talud ser de acuerdo al materialdel cuerpo del dique, la cual estar protegido por un enrocado para estabilizar el mismo. el anchodelacoronaC del diquesecalculamediantelasiguiente expresinC=10-Z/5(pies) (3.154)Donde:C = Anchode la coronacin del diqueZ = Altura del dique3.1.3.4. Muro DivisorioEl muro divisorio del canal de limpia gruesa y posa de disipacin tiene un rgimen de carga que consiste el empuje del agua a ambos lados del mismo y el caso desfavorable es cuando se presentan separadamente.El muro ser de concreto armado Fc = 175 Kg/cm2 y Fy=4200 Kg/cm2, trabaja como un elemento en voladizo a la flexin. El esfuerzo cortante nominal el cual debe ser menor que el esfuerzo permisible, Vc se calcula como:bdVnVn (3.155)Donde:Vn = Es la fuerza cortante mxima de diseo aplicada a la seccin critica.Esta estructura se disea por el mtodo de la rotura.3.1.4. Diseo Estructural del Refuerzo en Elementos a Flexin.Para el diseo estructural se ha seguido las normas de ACI-318 y las normas USBR Standard 4. El recubrimiento se ha considerado 7.50 cm en zonas hmedas y con contacto con el suelo y 4. 00 cm en otros casos. Para la Losa del puente se ha considerado un recubrimiento de 3.00 cm.3.1.4.1. Acero para Refuerzo por Flexin.Concretos:-97-Resistencia a la Compresin fc=210 Kg/cm2Modulo de Elasticidad Ec=217370.65 Kg/cm2Acero:Limite de Fluenciafy=4200 Kg/cm2Modulo de Elasticidad Es=2100000 Kg/cm2(3.156)(3.157)(3.158)3.1.4.2. Acero MnimoEl refuerzo mnimo esta dado por la cuanta mnima que esta dado por:fy14min (3.159)3.1.4.3. Verificacin por CorteEste dado por la siguiente relacin:bdVdVu(3.160)Por otra parte el esfuerzo por cortante permisible es:c f Vc ' 53 . 0 (3.161)Vu < Vc3.1.4.4. Acero de TemperaturaEsta dado por la siguiente relacin.bt Ast 0018 . 0 (3.162)Donde:b = Base considerada para el anlisis. (cm)t = Espesor del elemento analizado (cm)2aceror t d+ ) 2 / ( a d fyMuAscb fAsfya' 85 . 0-98-3.1.4.5. Acero Mnimo a Usar en Elementos Sujetos a Flexin.Esta dado por la siguiente relacin.bd As 0017 . 0 (3.163)Donde:b = Base considerada para el anlisis (generalmente 100 cm)d = Peralte efectivo del elemento (cm)IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES4.1. Topografa.En elpresente estudio se ha obtenido los siguientes parmetros de la cuenca de drenaje donde se ha ubicado la estructura de captacin: La obra se ha ubicada aguas arriba de la parte cncava del ro, por lo que se garantiza la captacin El rea de la cuenca de drenaje es de 1 335.29 Km2 La pendiente promedio de la cuenca es de 1.25% La longitud del Cauce principal es de 73 105 ml La pendiente promedio en la zona de emplazamiento de la estructura es de 0.0026 m/m.-99-PERFIL LOGITUDINAL DEL RIO LLALLIMAYOS= 0.00263930.003930.503931.003931.503932.003932.503933.003933.503934.003934.500.00100.00200.00300.00400.00500.00600.00700.00800.00900.001000.001100.001200.001300.001400.00Longitud del Cauce (m)Cota (msnm)Figura N 4.1, Pendiente del cauce en el emplazamiento de la Bocatoma.Finalmente los datos topogrficos citados son indispensables para referenciar la construccin de la obra. El plano topogrfico se ha ploteado a una escala 1:2,000, el perfil y secciones del ro a escala variable tanto en la horizontal y vertical las cuales se han utilizado en la simulacin en el software HEC RAS.4.2. Geologa Y Geotecnia4.1.1. Marco Geolgico General.El objetivo de estas investigaciones esta orientado a determinar las caractersticas fsico mecnicos e hidrulicas del subsuelo con el fin de proyectar la estructura de captacin; comoas mismo efectuar laevaluacindelosprocesosgeodinmicos susceptibles de ocurrir en el mbito de estudio.La presencia de materiales aluviales y coluviales en su mayor porcentaje en la zona de emplazamiento de la estructura de captacin, se encuentran enmarcados en la unidad geomrfica del Altiplano, caracterizado por una topografa llana ycadenas en la circunscripcin.-100-Lageodinmica externahacontribuido a configurarlaexpresindelatopografa actual, denotndose depsitos in consolidados del cuaternario a lo largo del emplazamiento de la estructura de captacin.Dentro delestudio geolgico y geotcnico, sobre la base de los resultados de las investigaciones efectuadas se ha evaluado la aptitud del subsuelo de cimentacin en el sitiodondesehaproyectadolaestructura, formulandolasrecomendaciones pertinentesparalautilizacindelosbancosdematerialesmasadecuadas. La evaluacin geolgica efectuada en el rea de estudio y su entorno se presenta segn los aspectos geolgicos geotcnicos. Se tiene las siguientes caractersticas.4.1.2. Estratigrafa:4.1.1.1. Paleozoico.Grupo Cabanillas (SD-cb)Los afloramientos delGrupo Cabanillas indiviso, se encuentran en elrea del proyecto, a lo largo del ro Llallimayo y Umachiri. Estn constituidas por areniscas de grano fino de color verde olivo las que forman una serie de estratos resistentes. Estos estratos constituirn reas potenciales paralaextraccin dematerial rocoso, durante la etapa constructiva del proyecto.4.1.1.2. Cenozoico:a) Grupo Puno (T-Pu)Los afloramientos del grupo Puno, en el rea del proyecto, se encuentran sobre yaciendo discordantemente sobre rocas del paleozoico, estn conformados por horizontes de areniscas cuarzosas de grano medio a grueso de color rojizo, mal cementados, por lo que estos horizontes se tornan deleznables y no constituyen reas para ser utilizados como material rocoso.b) Depsitos Coluvio-Residuales (Qr-col-res)Estnconstituidospor unamezclaheterogneadefragmentosdeareniscas, angulosas y heteromtricas englobados en una abundante matriz arcillo-limoso y arenoso en porcentaje variable, de color marrn a rojizo, son inconsolidados y semipermeables c) Depsitos Aluviales (Qr-al)-101-En forma general, los sedimentos estn conformados por los depsitos del ro Llallimayo, corresponden a grava arena y cantos rodados con matriz limosa, sin estructura estratificada de color gris, dominantemente permeables e in consolidados. Sedesarrollanalolargodel valledel roLlallimayoformando terrazas.4.1.2. Aspectos Geolgicos.4.1.2.1. LitologaLitolgicamente en el readel Proyecto se han identificado afloramientos rocosos constituidos por areniscas de grano fino de color verde olivo, las que forman una seriedeestratosresistentes, denominndoselecomoel grupoCabanillasy afloramientos del grupo Puno, los mismos se encuentran sobreyaciendo discordantementesobrerocas paleozoicas;resultando horizontes de areniscas cuarzosas de color rojizo, mal cementados, tornndose por este hecho deleznables.4.1.2.2. Geomorfologa.Las reas planizadas de deposicin aluvial, son las que poseen mayor ingerencia en elrea delemplazamiento de las obras,mientras que la llanura aluvialse caracteriza por estar conformada por una topografa plana, esta llanura aluvial posee presencia en su mayor porcentaje por grava arena y cantos rodados con una matriz limosa, sin presentar estructura estatificada, son de color gris, las que se presentan en forma dominante, con caractersticas permeables e in consolidados.4.1.2.3. Unidades Geomrficas.4.1.1.1.1.Valles.El valle del ro Llallimayo es amplio (superior a los 700 m.) con una seccin transversal enformadeU, cuyosflancosestnconstituidosenformade terrazas aluvio coluviales y afloramientos rocosos con pendientes superiores de 30.4.1.1.1.2.Ro LlallimayoRegionalmente aparece como un colector principal ya que recibe los aportes de los ros Andaymarca, Caycho, Ocuviri y otros de menor orden.-102-El ro presenta una moderada pendiente longitudinal, lo que se manifiesta a travs de las acumulaciones de suelos aluviales en los que se aprecian cantos y bolones elongados, estriados que son indicadores de una fuerza de arrastre del ro en los periodos de avenida, en la direccin del flujo.4.1.1.1.3. Llanura de Inundacin.Constituidos por la llanura de planicie del ro Llalimayo que conforman un llano fluvio-aluvial con suave inclinacin, cuya rea ser aprovechada para incrementar reas de riego.4.1.1.2. Geodinmica Externa.La erosin elica, pluvial, y la acumulacin fluvial son los de mayor presencia en torno a la geodinmica externa, notndose todo este proceso en las terrazas aluviales, no observndose ni encontrndose mayores procesos de desestabilizacin de pendientes,en la zona de captacin son limitadas.Ensumalosterrenos sonpocoevolutivos, noseprevdeslizamientode materiales de profundos, ni talud de rocas, ni huaycos de gran envergadura, por lo que se consideran estables.La geodinmica interna presenta algunos indicios del fenmeno de licuefaccin de arenas, lamismaqueesescasaysinmayor importanciaenel procesode desestabilizacin y proceso erosivo.4.1.1.3. Estabilidadde Taludes.Los materiales que constituyen las laderas son estables, no solo por los materiales que la constituyen sino por la forma de las mismas; el emplazamiento de la infraestructura no alterar la estabilidad natural, considerando que en la zona se efectuaran cortes, cambio de material, incremento y disminucin de peso, pese a esta perturbacin la estructura en si se comportara como estable.4.1.2. Geologa de la Zona de Captacin.-103-La zona presenta un gran desarrollo de los depsitos aluviales delro Llallimayo, materialqueconstituir el terreno de fundacin dela estructura de captacin, es precisamente, all dondeseencuentra el lugar denominadoCorani, donde se emplazaralainfraestructuradel sistemadecaptacin, cabedestacar el discurso meandriforme en varios tramos del discurso del ro, lo que denota un discurso de moderado a suave.La captacin de la Irrigacin Aquesaya, se encuentra ubicada en el lugar denominado Corani, localizndoseenla margenizquierdadel roLlallimayo, enestazonade observaungrandesarrollodelosdepsitosaluvialesdel ro, loscualesvana constituir el terreno de fundacin de las obras.4.1.2.1. Litologa y Estratigrafa.Lapresenciapredominantededepsitoscoluviales, residuales(secuenciade gravas arcillosas demediana plasticidad y arcillas arenosas medianamente plsticas) yaluvialesrecientesdel roLlallimayoquehansidoagrupadosen depsitos de cauce y de terrazas (arenas, gravas y guijarros) son los materiales para el terreno de emplazamiento de la infraestructura proyectada 4.1.2.1.1. Depsitos Coluviales Residuales (Q-col).Se encuentra sobreyaciendo a los depsitos aluviales de terraza, en forma de una secuencia de gravas arcillosas de mediana plasticidad y arcillas arenosas medianamente plsticas.4.1.2.1.2. Depsitos Aluviales (Q-al).Los depsitos aluviales se encuentran distribuidos a lo largo del ro Llallimayo, formado los denominados:a). Aluviales de Terraza (Qa-t)Sondepsitosmsantiguosqueselocalizanaambasmrgenesdel ro Llallimayoyestnconstituidospor gravasyarenaslimosasconguijarros pequeos y cantos rodados.b).- Aluviales de cauce (Qa-c)-104-Corresponden a depsitos asociados al cauce actual del ro en donde existen grandes acumulaciones de arenas, gravas y guijarros. Estos materiales prcticamente no presentan finos en su composicin, por lo que constituyen materiales friables de textura granular gruesa, con un mayor porcentaje de gravas con relacin a las arenas.Estos depsitos conformanlasreas queservirnparalaobtencinde agregadosgruesos y finos.4.1.2.2. Estabilidad de los Flancos o MrgenesLos materiales queloconstituyen, comolos aluviales deterrazay coluvio residualesambasmrgenesdelazonadecaptacinhacequepresentauna relativa estabilidad, puesto que son pasibles y susceptibles a socavaciones en pocas de avenida y a corrientes fluviales fuertes, el control para este proceso de erosin es viable.4.1.2.3. Efectos de Erosin.Las pocas de avenida, permite que se formen pequeos cauces en las quebradas adyacentes, las que incrementan el caudal del ro, dando lugar a la erosin acumulacin fluvial, este proceso erosivo se circunscribe a las terrazas aluviales, no observndose otro proceso de desestabilizacin, salvo localizados puntosdelicuefaccin,que porsumagnitudnogeneranpeligros erosivosde consideracin.Elvalle es amplio y se encuentra en una etapa de Senectud en su desarrollo geomorfolgico, donde las zonas positivas se encuentran alejadas de la llanura aluvial, la pendiente lateral y longitudinal es suave, se observa el desarrollo de terrazas cuyas superficies topogrficas indican anteriores niveles del valle.4.1.2.4. Drenaje.El rea est drenada por el ro Llallimayo, que constituye el cauce principal del rea, al cual concurren los ros Ocuviri, Cochachaqui provenientes del desage natural dela lagunas Saguanani e Iniquilla y de losdeshielos dela cordillera -105-occidental, cuyo caudal es incrementado por pequeos tributarios en la naciente y en el trayecto por quebradas y ros tributarios, finalmente estos confluyen con el ro Santa Rosa, as formando el ro Ayaviri.4.1.2.5. Estabilidad de Talud.Las laderas de los terrenos son mayormente estables, ya sea por las formas de las laderas, as como por los materiales constitutivos.La estabilidad natural, al ser perturbada por los cortes a efectuarse, as como por el peso propio de los rellenos y la estructura de la bocatoma, se tornar estable.Para mantener el equilibrio isosttico en los macizos rocosos ysuelos blandos es conveniente mantener los taludes de corte y relleno que a continuacin se indican:Cuadro 4.1.- Taludes de corte y relleno recomendados TALUD (H/V) TIPO DE MATERIAL ALTURACorte1:10Roca firme con incipiente fracturamiento y mnima alteracin.15 m.Corte1:6 - 1:4 Roca fracturada y moderadamente alterada. 10 m.Corte1:1-1.5:1 Material suelto y roca muy alterada. S 2 , a l f a = 0 . 0 5 G L N = 4 1 9 G L D = 8 3F c = 1 . 1 2 2F t = 1 . 3 3 6! O KA N L I S I S D E T E N D E N C I AT e n d e n c i a e n l a M e d i aM e d i a X ( t i ) = 2 5 2 . 5 M e d i a Y ( T i ) = 1 3 N D a t o s= 5 0 4 R = 0 . 0 2 3 3D e s v e s t X ( t i ) = 1 4 5 . 6 4 D e s v e s t Y ( T i ) = 1 0 . 6 5 6 M e d i a ( X * Y ) = 3 3 7 7 . 6 T c = 0 . 5 2 3 1T t = 1 . 6 4 5! O KCuadro N4.4: Anlisis de saltos y tendencia de la estacin Chuquibambilla-110-A N A L I S I S D E C O N S I S T E N C I A D E D A T O S D E P R E C I P I T A C I O N M A X I M A D I A R I A A N A L I S I S D E C O N S I S T E N C I A D E D A T O S D E P R E C I P I T A C I O N M A X I M A D I A R I AA N L I S I S D E S A L T O 1 P e r i o d o : N 1 = 4 2 0 P 1 = 1 3 . 7 1 S 1 =1 1 . 2 6 32 P e r i o d o : N 2 = 8 4 P 2 = 1 3 . 3 2 S 2 =1 0 . 3 2 7P r u e b a d e M e d i a s a l f a = 0 . 0 5 G . L . = 5 0 2 S p = 1 1 . 1 1 4 S d =1 . 3 2 8 3T c = 0 . 2 9 2T t = 1 . 6 4 5! O KP r u e b a d e V a r i a n z a C o m o S 1 > S 2 , a l f a = 0 . 0 5 G L N = 4 1 9 G L D = 8 3F c = 1 . 1 8 9F t = 1 . 3 3 6! O KA N L I S I S D E T E N D E N C I AT e n d e n c i a e n l a M e d i aM e d i a X ( t i ) = 2 5 2 . 5 M e d i a Y ( T i ) = 1 3 . 6 4 5 N D a t o s = 5 0 4 R = 0 . 0 2 7D e s v e s t X ( t i ) = 1 4 5 . 6 4 D e s v e s t Y ( T i ) = 1 1 . 1 0 3 M e d i a ( X * Y ) = 3 4 8 8 . 9 T c = 0 . 6 0 4 4T t = 1 . 6 4 5! O KCuadro N 4.5: Anlisis de saltos y tendencia de la estacin Pampahuta4.2.3. Pruebas de Bondad de Ajuste.Se ha realizado las pruebas de bondad de ajuste de las estaciones Chuquibambilla y Pampahuta, las cuales se ajusta a las distribuciones tericas Normal, Log Normal, Gumbel, Log Gumbel, Pearson y Log Pearson, tanto para la prueba Chi Cuadrado y Smirnov Kolmogorov. Los resultados se encuentran ubicados en el anexo B.4.2.4. Distribuciones Tericas para la Precipitacin de Diseo.La generacin de precipitaciones de diseo tanto para la estacin de Chuquibambilla y Pampahuta para diferentes periodos de retorno, por lo que en el presente trabajo se ha tomado en cuenta para el diseo un periodo de T=50 aos.RESUMEN DE PRECIPITACION MAXIMA DE DISEO- ESTACION CHUQUIBAMBILLAITEM T (aos) NORMAL LOG NORMAL GUMBEL LOG GUMBELPEARSON TIPO IIILOG PEARSON TIPO IIIPREC. ( DISEO )1.00 2.00 30.90 30.21 29.79 29.16 31.03 30.33 31.032.00 5.00 36.61 36.22 35.78 35.28 36.64 36.25 36.643.00 10.00 39.59 39.82 39.75 40.02 39.51 39.71 40.024.00 25.00 42.77 44.06 44.76 46.93 42.51 43.70 46.935.00 50.00 44.83 47.04 48.47 52.82 44.42 46.43 52.826.00 75.00 45.93 48.71 50.64 56.58 45.44 47.96 56.587.00 100.00 46.68 49.88 52.17 59.40 46.12 49.01 59.408.00 150.00 47.68 51.50 54.32 63.60 47.04 50.47 63.609.00 200.00 48.37 52.64 55.84 66.76 47.66 51.48 66.76Cuadro N 4.6: Precipitacin para diferentes periodos de retorno de Chuquibambilla-111-RESUMEN DE PRECIPITACION MAXIMA DE DISEO- ESTACION PAMPAHUTAITEM T (aos) NORMAL LOG NORMAL GUMBEL LOG GUMBELPEARSON TIPO IIILOG PEARSON TIPO IIIPREC. ( DISEO )1.00 2.00 3