ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE LA PAZ-BOLIVIA

PROYECTO DE OBRAS HIDRULICAS II

Presa de Calderillas

Introduccin

Una presa de embalse es simplemente una pared que se coloca en un sitio determinado del cauce de una corriente natural con el objeto de almacenar parte del caudal que transporta la corriente.Esto que parece tan sencillo no lo es tanto: La pared debe ser diseada para que soporte las fuerzas que se generan por la presin del agua, y para que impida filtraciones a lo largo de su estructura y en las superficies de contacto entre la estructura y el terreno natural adyacente. Adems, la presa debe contar con obras complementarias que permitan el paso del agua que no se embalsa y con estructuras de toma para captar y entregar el agua embalsada a los usuarios del sistema.En la prctica se han desarrollado diferentes tipos de presas, y en cada caso particular se selecciona el tipo de presa que mejor se acomode a las condiciones locales, tales como altura de la presa, acondicionamiento y facilidades de acceso de la zona, cimentacin que se requiere, costo y transporte de materiales y seguridad.Los tipos de presa ms utilizados en la actualidad son los de gravedad en concreto, de tierra y escollera.

El Gobierno boliviano categoriza los proyectos de riego en dos: proyectos de riego y proyectos de micro-riego. Como proyectos de riego se consideran los proyectos con una superficie incremental del rea Bajo Riego ptimo (ABRO) mayor a 100 hectreas. Su preparacin y ejecucin, son de competencia Prefectural. En cambio, los proyectos de micro-riego cuentan con una superficie incremental del ABRO menor a 100 hectreas y son de competencia municipal.

Los proyectos de riego tienen caractersticas que los distinguen de los de micro riego y que les dan una mayor complejidad en el diseo, ejecucin y puesta en marcha: Cuentan con un mayor nmero de beneficiarios, provenientes de distintas comunidades. Cubren varias zonas agro-ecolgicas, con distintas demandas de agua en el ao. En muchos casos, incluyen la construccin de presas. Aprovechan agua de distintas cuencas, conectadas por canales de aduccin o trasvase. Suelen incluir la construccin de obras fuera del territorio de los beneficiarios, lo que trae consigo problemas de servidumbres por derecho de paso, reas de inundacin y otros. Contemplan obras de riego de mayor envergadura. Exigen aportes de los usuarios en efectivo, no slo en trabajo.

Antecedentes

La presa Honduras, Marquiri, Sella Rumicancha y Calderillas, sern los 4 nuevos proyectos de contencin de agua cuyos estudios sern entregados en los prximos meses con la finalidad de iniciar obras antes de fin de ao, como parte del plan departamental de agua agua para todos y para siempre que lleva adelante la Gobernacin departamental de Tarija.La presa Honduras, se encuentra en la provincia OConnor y es una obra que se encuentra pronta a su ejecucin; la presa Marquiri en el municipio Mndez, an espera solucionar el factor de licencia ambiental para su posterior inicio de obras; mientras que los estudios de las presas Sella Rumicancha y Calderillas se efectan para la realizacin del proyecto. Estos proyectos se suman a las obras que estn listas a concluir, Huacata y El Molino y a la que ya se entreg, como es la presa de Calderas.Gracias a la construccin de estas obras, se podr brindar un mejor estilo de vida a la gente y que se est cumpliendo con algunas de las finalidades del plan departamental de agua que, adems de dotar de agua potable y riego en todo el departamento, tambin mostrar la realidad del mismo al respecto para que en base a los resultados que arroje este trabajo, se busque la mejor forma de afrontarlos.

Objetivos

Objetivos GeneralRealizar el diseo y dimensionamiento de la presa de Calderillas para beneficiar y para satisfacer las demandas de riego de una zona de cultivo.

Objetivos especficos Realizar los estudios correspondientes de hidrologa de la zona para disear la Presa de acuerdo a su principal funcin y a las caractersticas de la zona.

Hallar la altura mas optima que pueda tener la presa de acuerdo a las curvas caractersticas encontradas con la regulacin garantizando el correcto funcionamiento de la presa.

De acuerdo al estudio de los sedimentos y altura del nivel de aguas muertas (N.A.M) disear la obra de toma y su ubicacin.

Disear el vertedero de excedencias de acuerdo a la laminacin de la presa .

Disear el borde libre de la presa, tomando en cuenta la altura de las olas que puedan ser producidas por los vientos de la regin, por la fetch, la profundidad del agua, y el ancho del embalse.

Verificar la estabilidad de la presa de gravedad cumpliendo con los rangos de seguridad contra el volcamiento, deslizamiento, etc.

Disear los respectivos planos de la presa, de manera que los resultados obtenidos del dimensionamiento de la presa sean expresados grficamente.

Justificacin

El objeto del presente estudio es dotar a la comunidad de Calderillas de un sistema de riego que permita la incorporacin de nuevas reas de cultivo en la zona. Crear las condiciones necesarias para los asentamientos rurales y evitar la migracin de los agricultores a otros centros de mayor atraccin econmica. Incrementar la produccin agrcola y mejorar el nivel de vida de los campesinos beneficiados con el proyecto. Este proyecto podra suministrar agua al sector de la provincia Cercado para dotacin a la poblacin y desarrollos hidroproductivos, su estudio a diseo final espera regar ms de 580 hectreas en beneficio a las provincias cercanas.

Caractersticas del terreno

Dentro la provincia de Cercado se observan dos zonas o formas de relieve con diferente constitucin como consecuencia de los procesos endgenos y exgenos: Una zona alta (Montaosa de 3300 m.s.n.m.) y baja (Planicie de 1350 m.s.n.m.). La primera la constituyen rocas del Paleozoico y la segunda constituda por los depsitos Cuaternarios. La meteorizacin qumica se manifiesta a travs del proceso de hidratacin. El agente de erosin ms efectivo es el agua y en menor proporcin el viento. Las formas debidas a la acumulacin fluvial son las terrazas aluviales y las llanuras aluviales que se encuentran ubicadas a lo largo del ro principal

Ubicacin de la zona del proyecto

La comunidad de Calderillas se encuentra en su totalidad en la provincia de Cercado en el departamento de Tarija.

La principal va de acceso a la zona del proyecto (eje de presa) constituye el camino que une a las localidades de Iscayachi con Villazon y el desvo al sur que existe en la comunidad de Pasajes hasta el Abra de la comunidad de Calderillas Grande.

Otro acceso existe a travs del camino que une a Tarija-San Andrs- Pinos Sud, desde este sitio a travs del Camino del Inca se accede a la localidad de Calderillas Grande.

Delimitacin de la cuenca

La cuenca de Tolomosa tiene un rea de 108.89 Km2, el paisaje est compuesto por una llanura fluvio-lacustre entre 1.700 y 2.150 msnm, con pendientes entre 15 y 60% y mostrando diferentes grados de diseccin, desde las poco disectadas hasta los badlands, constituyendo estos ltimos aproximadamente el 50% de su extensin. El paisaje presenta un avanzado estado de degradacin del suelo y la vegetacin, siendo los procesos acelerados de erosin hdrica y el sobrepastoreo los aspectos ms elocuentes. La pedregosidad superficial es variable, los suelos son moderadamente profundos y en algunos sitios presenten salinidad y sodicidad alta. El clima es subhmedo con un periodo de disponibilidad de agua en el suelo para el crecimiento de plantas que vara entre los 4 y 6 meses y un periodo libre de heladas entre 7 y 9 meses.La vegetacin est formada por matorrales secundarios xeromrficos bajos a medios, con pastizales formando los denominados taquillares y churquiales con pastizales, donde la cobertura es variable, desde dispersa a semidensa.La cuenca de Tolomosa tambin est compuesta por un abanico aluvial, ubicado entre alturas de 1.950 y 2.650 msnm, con pendientes entre 0 y 5%, con una pedregosidad superficial menor de 15%. Los suelos son profundos, de baja a moderada disponibilidad de nutrientes. El perodo de disponibilidad de agua para el crecimiento de las plantas es de 7 meses.Las condiciones hidrogeolgicas son muy buenas y se dispone de un buen potencial de agua subterrnea con una surgencia de ella en la parte de unin del ordovcico y el cuaternario.

Geomorfologa

El objetivo principal del riego son los valles templados de Pinos Norte y Pinos Sud, geomorfolgicamente tiene como origen una fuerte accin fluvial o aluvial, esto se debe a la erosin de aguas de corrientes de ros tormentosos que socavaron los sedimentos de la roca preexistente y naturaleza relativamente suave.Constituye valles en forma de U con pendientes muy suaves, pero interceptadas con numerosas quebradas laterales que crean una topografa interrumpida por las quebradas citadas.

Esta zona se caracteriza por ser un valle frtil con disponibilidad de suelos extraordinario, convirtindose en una zona agrcola tradicional donde se explotan cultivos como el maz, vid, trigo, frjol, papa, cebolla y frutales de la lnea de los ctricos.

La cuenca del ro Tolomosa, que ocupa una extensin de 42.530 Ha, forma parte de la Provincia Cercado, una de las seis del departamento de Tarija, situndose en el Valle Central de Tarija, Fig. 1, (MUOZ REYES, 1991). A su vez, est compuesta por las subcuencas de los ros Mena, Pinos, Sola, del Molino y la quebrada de La Tablada, en el marco de las coordenadas geogrficas 2132 - 2147 de latitud Sur y 6443- 6502 de longitud Oeste. La cuenca est limitada al Norte y Noreste por el valle del Ro Guadalquivir, al Sur y Sureste por un cordn de cerros y al Oeste por la Serrana de Tacsara. Altimtricamente es una zona que flucta entre 4.000 y 1.800 m sobre el nivel de mar. Esta zona de la Cordillera Oriental est compuesta por litologas Paleozoicas deformadas, con rumbo norte-sur, configurando numerosos sinclinales y anticlinales y segmentos grantico-gnesicos Precmbricos (SUREZ-SORUCO, 2000; HORTON et al., 2002). Los cauces principales tienen una cuenca entre 18 y 45 km de recorrido, presentando un ndice de compacidad entre 1.27 y 1.57. El rea estimada es algo superior a 435 km2.

Las grandes unidades geomorfolgicas son:a) Complejo de serranas, con una serie de pequeas elevaciones y algunas colinas de menor altitud constitudas por materiales lacustres.b) Coluviones de pie de monte, generados en dos etapas, una arenosa y otra de granulometra ms fina, arcilla y limo, pero enriquecida en gravas y gravillas. Los suelos en esta unidad estn muy poco desarrollados.c) Llanuras fluviolacustres, con dos niveles de terrazas, una muy disectada y otra fuertemente erosionada, y por ltimod) Terrazas fluviales, que generalmente, presentan dos niveles. El paisaje, en parte de la Formacin Tolomosa, (SUREZ-SORUCO& DAZ-MARTNEZ 1990), est caracterizado por su elevada altitud originando un plateau disectado localmente mediante frecuentes valles (KLEY, 1996; VILLARROEL et al., 2006). La escasez de vegetacin en la cuenca es una constante y slo aparecen especies nativas como el churqui y la tusca (acacias), mimosceas, arbustivas (alpato) y herbceas; mientras que las especies forestales aloctonas van aumentando, como el eucalipto, el pino y el ciprs (WODZICKI et al., 1998).

Geologa

Los suelos que aparecen en la cuenca del ro Tolomosa son, fundamentalmente, y segn la clasificacin de la FAO (1990), del tipo Regosol, Cambisol, Leptosol, Fluvisol y Gleysol (Entisoles e Inceptisoles, segn SOILSURVEYSTAFF, 1999), sobre todo pardos con moderado contenido en materia orgnica y ligera condicin cida). Tras el reconocimiento de campo (FAO, 1977) y de los factores ambientales, se han seleccionado siete perfiles de suelos, en funcin de la litologa y posicin geomorfolgica. Entre las propiedades fsicoqumicas se han determinado pH con pHmetro ORION SA 720 y conductividad en conductmetro HANNA HA - 8733. El mtodo seguido para el anlisis granulomtrico ha sido el de KILMER & ALEXANDER (1949). Por otro lado, el fraccionamiento de arenas se ha realizado mediante una batera de tamices. La metodologa empleada en el anlisis de la fraccin arenosa sigue las propuestas de CAILLEUX & TRICART (1964) y VAUDOUR (1979).En los estudios mineralgicos se ha efectuado un anlisis mineralgico semicuantitativo sobre muestra total, mediante difraccin de rayos X en difractmetro PHILIPS - 1035, empleando en el tubo generador de rayos X lmpara con ctodo de filamento de volframio y nodo con placa de cobre y filtro de nquel; la velocidad de barrido es de dos grados minuto en el intervalo de 2 a 60 grados. En cada uno de los casos se han empleado los poderes reflectantes establecidos por SCHULTZ (1964) y BARAHONA (1974). Por otra parte, se ha estudiado la fraccin arena en microscopio petrogrfico de polarizacin en el tamao correspondiente a 0.06 mm, previa separacin de fracciones ligera y pesada con un lquido denso (bromoformo con peso especfico 2.9) contando cien granos en cada muestreo e identificando el comportamiento ptico de cada uno (DORRONSORO & DELGADO, 1970). Los granos de ambas fracciones se identifican por microscopa ptica de polarizacin, habiendo preparado la muestra con blsamo de Canad, para facilitar su reconocimento (JONES & FLEMING, 1965). La fraccin arcilla se ha estudiado por difraccin de rayos X en el mismo difractmetro empleado para la muestra total. Se realizaron preparaciones de agregados orientados secados al aire, solvatados con etilenglicol y calcinados a550C durante dos horas. La semicuantificacin se efectu utilizando los picos de reflexin a 10 para la ilita, 15 para la esmectita y 7 para la caolinita y empleando los poderes de reflexin propuestos por BARAHONA (1974).

La cuenca del ro Tolomosa est dominada por suelos no muy profundos ni muy desarrollados, con una erosin intensa que afecta, incluso, a horizontes profundos. Con frecuencia se distinguen discontinuidades litolgicas. Su naturaleza es moderadamente cida y no hay signos de salinidad, salvo en algunos espacios concretos. La limitacin principal, en cuanto a su posible uso, es la existencia de altos contenidos en gravas. La secuencia de horizontes es del tipo Ap-C, Ap-Bw-C-R, fundamentalmente. Las caractersticas generales de los perfiles se sealan en laTabla I. Los datos indican que los contenidos en arcilla son medios a bajos; casi todas las muestras son francoarenosas en el tringulo de textura, a excepcin de las muestras P7/C (arenosa), P7/C (arenolimosa) y P7/Bw (arcillosa). La granulometra correspondiente a la fraccin arena pone de manifiesto que dominan las fracciones mas finas, siendo prcticamente escasas la arena muy gruesa y la gruesa. Este hecho seguramente se debe a los procesos de transporte que actan erosionado, roturando, desgastando etc., las partculas procedentes de los materiales parentales.Desde la parte ms alta de la cuenca hasta la ms baja, la tendencia es idntica y as las variaciones encontradas son fruto de removilizaciones sedimentarias y erosivas. Las texturas limo-arenosas confieren a los suelos una estructura particulada y una ausencia de cohesin.Debido a que las reservas de agua son pequeas, estos suelos manifiestan una tendencia a secarse estacionalmente y, por tanto, a erosionarse. Mediante difraccin de rayos X se ha efectuado un anlisis mineralgico semicuantitativo indicando que cuarzo (74% - 27 %) y filosilicatos (65% - 21%) son los componentes mayoritarios, mientras que feldespatos son los de menor concentracin (18% - 5%). Se puede deducir que son muestras de composicin triaxial silicatada en la que aparecen cuarzo, filosilicatos y feldespatos, estando estos ltimos en concentraciones que no superan el 18% en el horizonte Ap del perfil 6 y cuyo valor mnimo es del 5% en varios de estos mismos horizontes. Los materiales identificados son compatibles con fuentes sedimentaras procedentes de la Cordillera Oriental que incluye materiales Paleozoicos-Mesozoicos y Precmbricos constituidos por granitos y gneises (PINTO et al., 2004).En el estudio de la fraccin arcilla sobresale el contenido en ilita (100% - 30%), seguido de esmectita (40% - 20%) y caolinita, con menor entidad (40% - 0%), si bien en un numero de muestras considerable su presencia es nul . El carcter iltico (como por ejemplo, el horizonte C del perfil 7) lleva a pensar que el resto de materiales como caolinita y esmectita (siempre minoritarias, excepto en la muestra P7/Bw), son de carcter secundario, es decir son de neoformacin y procedentes de la alteracin de los feldespatos. La ilita o procede directamente del material original o es el resultado de la transformacin de cristales de mica de mayor tamao. El tipo de ambiente edafogentico condiciona el grado y los productos de alteracin de esta mica, como se ha visto anteriormente, pudiendo considerarse la vermiculita como un producto de alteracin en ambientes prximos a la superficie del suelo, en funcin del drenaje y del pH. El origen de la caolinita se justifica por ser un mineral de neoformacin a partir de los feldespatos. La caolinita es un mineral considerado producto de alteracin de materiales primarios y secundarios, como feldespatos, micas y vermiculitas, en ambientes prximos a la superficie dependiendo de las condiciones de pH, as en condiciones cidas y con buen drenaje, la vermiculita es inestable, transformndose en caolinita de tamao arcilla, mineral ms estable en dicho ambiente a medida que la alteracin prosigue (CARLISLE & ZELAZNY, 1973; ZELAZNY et. al.,1975 y 1980).El cuarzo muestra un enriquecimiento residual en el horizonte superficial del perfil 7, donde predomina la alteracin de los componentes ms lbiles. En este mismo perfil, el horizonte subsuperficial Bw, sufre una disminucin en la concentracin de cuarzo y un aumento en el de filosilicatos, debido a su acumulacin y/o procesos de alteracin. La presencia de esmectita (Fig. 4) no es extraa, pues de hecho en la cuenca de Tarija est citada (ZALBA et al., 1995). El estudio de la composicin mineralgica de las arenas ha sido uno de los mtodos ms utilizados en Edafologa para establecer la procedencia de los materiales y su grado de evolucin. Para ello, se han establecido dos tipos de componentes, la fraccin ligera (componentes mayoritarios de la roca), y la fraccin pesada (componentes minoritarios). Sin embargo, desde hace tiempo se estableci que la composicin mineralgica de una formacin detrtica no depende exclusivamente de la naturaleza litolgica del rea madre, sino que tambin est ntidamente condicionada por factores como el clima, la energa del medio de transporte y los procesos diagenticos que haya podido sufrir el sedimento.

A) TABLA 1- CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS PERFILES ESTUDIADOS (POZO 1 A POZO 7)

B) TABLA 2 CARACTERISTICAS ANALITICAS DE LOS SUELOS (POZO 1 A POZO 7)