UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPAFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL-ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILI. INTRODUCCION

1. ANTECEDENTES

Cuando se habla del ro Chili asoma la imagen mental de sus turbulentas aguas quediscurren debajo de los puentes Grau o Bolognesi. O los problemas de contaminacin que afronta con los desages alimentando el caudal. Sin embargo, pocos se han preguntado dnde nacen esas aguas que dan vida a Arequipa y satisfacen las necesidades vitales. Sin el recurso hdrico sera imposible generar agua potable,regar cultivos, producir electricidad, abastecer a la minera e industria. La cuenca Chili- Quilca nace de la unin de los ros Sumbay y Blanco, en laReserva Nacional Salinas y Aguada Blanca (RNSAB). El rea se extiende en ms de 366 mil hectreas donde hay lagunas, bofedales, pastizales, etc. La reserva est en peligro, la amenaza el cambio climtico y la depredacin, lo que tambin coloca al Chili en una situacin de vulnerabilidad extrema. Hoy no lo sentimos, en los dos ltimos aos las lluvias fueron generosas. Pero qu ocurrira en una eventual sequa.La Autoridad Nacional del Agua (ANA) y diario La Repblica realizaron la mesa tcnicaOportunidades de Conservacin en la cuenca alta Chili-Quilca. En esta se esbozaron alternativas para preservar las nacientes de la cuenca. Participaron el director de la Autoridad Administrativa del Agua (AAA) I Caplina Ocoa, Ronal Fernndez Bravo; John Machaca Centty, jefe del Servicio Nacional de reas Naturales Protegidas; el gerente de Contrato de Administracin RNSAB de Desco, Juan Carlos Lizrraga Medina; el administrador local de Agua Chili, Alfredo Llaja Chvez; el gerente de la Autoridad Regional del Medio Ambiente (ARMA), Anbal Daz Robles, y Julio Alegra Galarreta, del Instituto de Promocin para la Gestin del Agua.Segn Fernndez, uno de los principales problemas de las zonas altas es la depredacin de los pastos andinos. Se estima en un promedio de 300 hectreas por ao. Lostlares son convertidos en lea para la industria panificadora. Los pastos naturales terminan devorados de raz por los auqunidos y otro ganado que sobre pastorea en el lugar. El colchn verde cumple un rol capital. Retiene el agua y la profundiza en la capa fretica para alimentar manantiales que luego terminan alimentando el ro.Sin flora, el agua de lluvias discurre formando enormes caudales queprovocan inundaciones en las zonas bajas y erosionan los pisos. Ah se pierden los minerales de los suelos.

2. OBJETIVO

El objetivo general de los estudios que se vienen realizando en el proyecto es disponer de la informacin bsica procesada necesaria que nos permita establecer los lineamientos de desarrollo agropecuario que permita elevar el estndar de vida de la poblacin de la zona aledaa del rio Chili que se dedica a la agricultura a travs de los adecuados planes de desarrollo mediante instalacin de sistemas hidrulicos que conduzcan a un aprovechamiento ptimo de los recursos humanos y naturales del lugar.

La realizacin de estudios con fines acadmicos en esta zona se justifican ampliamente, y en el caso especfico de la ciudad de Arequipa, esto es mayor ya que el margen de ser una zona de potencial en cuanto a recursos naturales se refiere generara una perspectiva de desarrollo econmico lo cual puede ser logrado hacia la conclusin de estudios del tipo de los que se vienen conduciendo y q es materia del presente documento. De esta manera se habr logrado colocar el fundamento requerido para el establecimiento definitivo de una adecuada poltica socio-econmica acorde a los intereses de nuestro estudio acadmico.

II. CARACTERISTICAS GENERALES DEL AREA DE ESTUDIO

1. UBICACIN, EXTENSIN Y LIMITESEl rea del proyecto polticamente pertenecera al distrito del Cercado, Provincia de Arequipa, Departamento de Arequipa, abarca una Superficie bruta total estudiada en ha y limita por el Norte y Nor-Este con terrenos agrcolas por el Sur-Este con el Rio Chili y la Av. La Marina y por el Oeste con el rio Chili y terrenos agrcolas.

2. Acceso y ComunicacionesLas principales vas de acceso al rea del proyecto estn constituida por la Av. La marina y el puente San Martin y la AV. Vallecito respecto a estas vas de comunicacin el rea del proyecto se encuentra a los lados de estas no siendo difcil el acceso ya que el rio chili se encuentra en el mismo centro de la ciudad.Ubicacin del Proyecto

3. FISIOGRAFA Y TOPOGRAFA

FisiografaLa regin Arequipa est ubicada a 60 km. En lnea recta del Ocano Pacifico, a 16 de Latitud Sur, mostrando fuertes contrastes de altitud desde los ms de 6000 msnm de la cumbre del Chachani hasta los 1100 m.s.n.m. del glacis desrtico de la Joya.Las geoformas existentes en el rea de estudio son el resultado de las interacciones, principalmente de factores climticos y litolgicos los cuales han dado lugar a procesos erosivos y depocisionales que han actuado sobre esta zona

TopografaLa topografa de la zona no es muy accidentada la cual nos muestra algunas planicies las cuales sirven perfectamente para cultivos la cual nos permite tambin el fcil acceso a la zona ya que se encuentra cerca del centro histrico de la cuidadLos relieves donde actualmente hay areas verdes q estn cubiertas por pasto

4. GEOLOGA SUPERFICIAL

Los Estudios Geolgicos que hemos realizado son parte integrante del aprovechamiento de los recursos hdricos de la cuenca Ro Chili.Sin embargo se hace necesario la construccin de obras hidrulicas adicionales que permitan un mximo de utilidad de las aguas de la cuenca del Rio Chili puesto q los estudios Hidrolgicos demuestran un mayor aprovechamiento de estas aguas

5. ECOLOGA VEGETAL

a) GeneralidadesFisiogrficamente la cuenca del Chili se caracteriza por ser un sistema montaoso que domina el paisaje geogrfico de dicha cuenca. Se ha tomado como base la clasificacin fisiogrfica de Pulgar Vidal [1984] basada en la altitud de las regiones naturales, cuya fisonoma, clima y recursos se describen a continuacin para nuestro proyecto

b) Clasificacin ClimticaEl mbito a beneficiarse le corresponde clima per-rido templado. Suelos de origen aluvio-coluvial. La temperatura media anual 15 C. Precipitacin muy escasa [se requiere la utilizacin de agua de riego para desarrollar la actividad agrcola]. Relieve semi accidentado, conformada por terrazas y laderas empleadas en agricultura con disponibilidad del recurso hdrico. Permite desarrollar agricultura y ganadera de buenos rendimientos.

6. SUELOS

CONDICIN DEL SUELO El suelo corresponde a la formacin geologa denominada suelo aluvial Debido del aumento del nivel fretico lo que se manifiesta mediante el afloramiento de aguas subterrneas esto ayuda a la existencia de una gran cantidad de reas verdes, aumentando as la humedad y disminuyendo la presencia del polvo. A su vez la presencia de cerros compone una barrera natural contra el viento. En la cuenca se distinguen los dos grandes tipos de uso de la tierra agrcola: Cultivos permanentes: Que comprende la alfalfa, tuna y rboles frutales. Cultivos transitorios: Que comprende: cereales en los que se encuentra el trigo, cebada y maz; los tubrculos como la papa; los bulbos como la cebolla y ajo; las legumbres como el haba, arveja, vainitas, aj, alcachofa; hortalizas como el repollo, coliflor, betarraga, zanahoria, lechuga, rabanito y otros.

Con relacin a los cultivos permanentes se consideran dos grupos, uno referido a la alfalfa por ser un cultivo de mayor importancia en cuanto a su superficie cultivada y al segundo se le va a denominar otros donde se agrupa a la tuna y a los rboles frutales. Las caractersticas principales del suelo son las siguientes.

7. CLIMA CLIMA : Es templado hmedo TEMPERATURA : Fluctan entre 10 C Y 25 C HUMEDAD : Nivel promedio 30.30 mm. HUMEDAD PROMEDIO ANUAL VARIA : De 36% a 67%, PRECIPITACIN PLUVIAL : Nivel promedio 30.30 mm. VIENTOS : 3.5 m/s OESTE RADIACION SOLAR : 8.81 horas/da

III. DESCRIPCION DE LAS OBRAS A EJECUTAR

1. ANCHO DE ENCAUSAMIENTO DEL RIO

Para el clculo del ancho de encausamiento se tomaron 3 criterios que obedecen a las formulas descritas ms adelante:

a) Formula Blench

Material

M. SueltoFs:0.10

M. GruesoFb:1.20

B =129.26m

b) Formula de Atunin

Zona

Zona de montaa, cauce con canto rodado, guijarros, corrientes rpidas

a =0.75

B =44.61m

c) Formula de Petit

B = 50.51m

Para la eleccin del ancho de encausamiento del Rio se puede usar el promedio de los valores obtenidos, esto ser al criterio del diseador.

B = 74.79m

B=70.00m

2. DISTRIBUCION DEL ANCHO DE ENCAUSAMIENTO

La distribucin del ancho de encausamiento se har de la siguiente manera

DESCRIPCIONNDimensiones

L (m)A (m)LT (m)

Compuerta despedradora14.001.404.00

Compuerta Desgravadora11.501.201.50

Ancho de Pilares20.601.20

Zona de Transicin13.303.30

10.00

Ancho de barraje60.00

2.1. CALCULO DEL TIRANTE NORMAL DEL RIO (Yn)

DATOS

Q =425.00m3/s

B =70.00m

S rio =0.0050

Z =0.00Canal rectangular

n =0.045

El tirante normal del rio lo calcularemos con la ecuacin de Manning

Ecuacin de Manning

Donde :

Resolviendo la ecuacin anterior

Yn :2.308m

3. DISEO DEL SECTOR DE LA TOMA

3.1. CALCULO DEL FRENTE Y1 EN EL CANAL DE DERIVACION

DATOS

Tipo de canal :CANAL RECTANGULAR

Bcanal :3.00m

ncanal :0.016

Scanal :0.0010

Qderiv :7.00m3/s

Z :0.00

Nuevamente hacemos uso de la ecuacion de Manning

Y1 :1.447 mV1 :1.612m/s

3.2. CALCULO DEL TIRANTE Y2

Para el clculo del tirante Y2 hacemos uso de la ecuacin de Bernoulli (porque hay prdida de carga por contraccin).

En las zonas 1 y 2

Donde:Hc: perdida de carga por contraccin y se expresa de la siguiente manera.

Reemplazando en la ecuacin anterior, los valores de Z1 y Z2 son aproximadamente iguales por que est separados una distancia pequea.

;

B3 :3.00m

k :1.10

Y2 :1.447mV2 :1.612m/s

3.3. CALCULO DEL TIRANTE Y3

DATOS2 Ventanas de captacin(B4)

B4 :3.60m

h1 :0.60mk :1.10

Q :7.00m3/s

Aplicamos la ecuacin de Bernoulli porque hay perdida de carga por contraccin

;

Y4 :1.520mV4 :1.28m/s

Otra forma del diseo de la ventana de captacin es usando la ecuacin de vertedero lateral, modificndolo con un factor:

C1 :0.610.6 C1 1

C :1.901.8 C 2.1

L :3.60

H :1.412m

4. DISEO DE LA ALTURA DEL MURO FRONTAL Y MURO DE TRANSICION

Calculo de la carga sobre el barraje

Q :425.00m3/s

C :1.90

L :60.00m

H :2.40m

* La cota del barraje de acuerdo con los clculos anteriores ser :

Cota inicio del canal de derivacin :1900.0m.s.n.m.

Seguridad : 0.1m

Cota barraje :1902.1m.s.n.m.

* Cota de nivel de aguas mximas :

CNAM :1904.5m.s.n.m.

* Altura del muro Frontal :x :15.0%

AMF :1904.9m.s.n.m.

Para determinar la altura de los muros de transicin y la altura del canal de derivacin, se estudia para el caso ms crtico; esto es abriendo todas las ventanas de captacin y en esas circunstancias representa el caudal mximo;Con lo que las estructuras de captacion funcionan como orificios sumergidos.Siempre la ventana de captacion llevan rejillas por lo que hay que descontar del rea total.

CALCULO DE LA ALTURA DE LOS MUROS DE TRANSICION Y LA ALTURA DEL CANAL

C : 0.61

A1 : 5.08 2 Ventanas de captacion

15.0 % descuento por rejillas

C1 : 0.604

A2 : 5.081 Compuerta de regulacin

Q'derv1 :13.070m3/s(Asumido)

h1 :1.25m

h2 :0.92m

Yn :2.34m

Q :13.060m3/s( Debe de coincidir con el asumido )

CONCLUSION:

a) Altura de muro del canal X: 15%

Altura de muro de canal: 1902.5 m.s.n.m.

b) Altura de Muro de Transicin

Altura de muro de Transicin: 1904.0 m.s.n.m.

c) Altura de Muro Frontal

CSV: Carga sobre vertederoAltura de muro de Frontal: 1905.0 m.s.n.m.

5. DISEO DE BARRAJE

5.1. ALTURA DEL BARRAJE

La altura del barraje se calcula con el dato que se obtiene de las curvas de nivel de topografa el cual debe ser la cota media del rio en el eje longitudinal del barraje:

B: 1.61 mCalculo de los otros parmetros del barraje:

Q :425.00m3/s

C :1.90

L :60.00m

HD :2.40m

Reemplazando en las formulas anterioresHA :2.701m

D :0.297m

I1 :0.421m

I2 :0.678m

R1 :0.481m

R2 :1.202m

6. DISEO DE LA POSA DE DISCIPACION DE ENERGIA

DATOS

B :1.61mYn :2.31m

B1 :60.00m

HD :2.40m

Q :425.00m3/s

rasY1asV1Y'1EoE1Y2rcalComparacin

0.5000.8338.5010.8334.5164.5162.8090.5000.5000.500

0.8330.833

6.1. LONGITUD DE LA POSA DE DISCIPACION

La longitud de la posa se calcularan con las formulas empricas siguientes:

:11.23m

:9.88m

:12.64m

:7.75m

1.- 2.- 3.- 4.-

Longitud de la Posa :11.25m

6.2. DETERMINACION DEL CAUDAL BAJO LAS COMPUERTAS DESPEDRADORAS

1.- Asumimos un caudal por debajo de las compuertas

Q'c :10.70m3/s

Qb :414.30m3/sQmax :425.00m3/s

C1 :1.90

L :60.00m3/s

* Con la ecuacin calculamos Ho :

Ho :2.36m

2.- Calculamos Z1 con la ecuacin siguiente :

Z1:0.98m ( * )

n:numero de compuertas

n:1.00NOTA

C2 :0.61Los valore de Z1 (*) y Z2 (**) deben de coincidir

A :4.00 m2

3.- Calculo de los dems parmetros

Z1 :0.98m ( **)

donde :

H

Altura de la compuerta

Hc :

Y2 = Yn :2.31 m

V2 :3.07 m/

7. DISEO DEL MURO DE ENCAUZAMIENTO

DATOS

B :70.00m

n :0.045

S :0.005

Q :425.00m3/s

Z :0.00

Yn :2.31m

Se usaran las siguientes expresiones para el clculo del encausamiento

Pendiente del rio

rea:

Permetro:

Radio hidrulico:

Energa: Variacin de energa:

YiAR=A/p

V

EiESf

XXT

4.50314.803.996.321.350.094.59-0.0005842--0.00

4.45311.303.956.241.370.104.540.04790.00060540.000594810.8710.87

4.40307.803.916.151.380.104.490.04780.00062760.000611210.9021.77

4.35304.303.876.071.400.104.450.04780.00065080.000631010.9332.70

4.30300.803.835.991.410.104.400.04770.00067530.000653110.9743.67

4.25297.303.795.901.430.104.350.04760.00070100.000677111.0154.68

4.20293.803.755.821.450.114.300.04750.00072790.000702511.0565.73

4.15290.303.715.741.460.114.260.04740.00075630.000729411.1076.83

4.10286.803.675.661.480.114.210.04730.00078620.000757811.1587.99

4.05283.303.635.571.500.114.160.04720.00081760.000787711.2199.20

4.00279.803.595.491.520.124.110.04710.00085080.000819211.27110.46

3.95276.303.555.411.540.124.070.04700.00088570.000852511.33121.80

3.90272.803.515.331.560.124.020.04690.00092260.000887511.40133.20

3.85269.303.475.251.580.133.970.04680.00096150.000924511.47144.67

3.80265.803.435.161.600.133.930.04660.00100270.000963611.55156.23

3.75262.303.385.081.620.133.880.04650.00104610.001004911.64167.86

3.70258.803.345.001.640.143.830.04640.00109220.001048511.73179.60

3.65255.303.304.921.660.143.790.04620.00114090.001094711.83191.43

3.60251.803.264.841.690.153.740.04600.00119260.001143711.94203.37

3.55248.303.224.761.710.153.700.04590.00124740.001195512.06215.43

3.50244.803.184.681.740.153.650.04570.00130560.001250512.19227.61

3.45241.303.144.591.760.163.610.04550.00136740.001309012.33239.95

3.40237.803.104.511.790.163.560.04530.00143320.001371112.49252.43

3.35234.303.054.431.810.173.510.04510.00150320.001437112.66265.09

3.30230.803.014.351.840.173.470.04490.00157780.001507412.85277.94

3.25227.302.974.271.870.183.430.04460.00165730.001582413.06291.00

3.20223.802.934.191.900.183.380.04440.00174230.001662313.30304.30

3.15220.302.894.111.930.193.340.04410.00183300.001747713.56317.86

3.10216.802.854.031.960.203.290.04380.00193020.001838913.86331.72

3.05213.302.803.951.990.203.250.04350.00203420.001936614.21345.93

3.00209.802.763.872.030.213.210.04320.00214580.002041214.60360.53

2.95206.302.723.792.060.223.160.04280.00226560.002153415.05375.58

2.90202.802.683.712.100.223.120.04250.00239440.002273915.58391.16

2.85199.302.633.642.130.233.080.04210.00253300.002403416.20407.36

2.80195.802.593.562.170.243.040.04160.00268230.002542916.95424.30

2.75192.302.553.482.210.253.000.04120.00284350.002693217.85442.15

2.70188.802.503.402.250.262.960.04070.00301770.002855518.97461.13

2.65185.302.463.322.290.272.920.04020.00320630.003030920.39481.52

2.60181.802.423.242.340.282.880.03960.00341070.003220822.24503.76

2.55178.302.373.172.380.292.840.03900.00363250.003426724.76528.52

2.50174.802.333.092.430.302.800.03830.00387380.003650228.37556.88

2.45171.302.293.012.480.312.760.03760.00413660.003893433.94590.83

2.40167.802.242.942.530.332.720.03680.00442340.004158443.70634.53

2.35164.302.202.862.590.342.690.03590.00473700.004447765.04699.56

2.30160.802.162.782.640.362.650.03500.00508040.0047640148.29847.85

8. DISEO DEL DESARENADOR

8.1. DESARENADOR DE DOBLE CMARA

DATOS

Q derv :7.00m3/sQ' :3.50m3/s/nave

d 35 :0.30mm

Canal de entrada Rectangular :

SOLUCIONd 35 :0.30mm0.0324

La velocidad del agua en la cmara

V : 0.30m/s

rea necesaria /cmara

A :11.67m2

Adoptamos cmara o nave tipo Trapezoidal

Z : 0.50

Y :1.67m

b = h :3.34m

Luego la longitud del desarenador ser:

L :37.14m

k:1.20

Calculo de la longitud de transicin:

L' :8.31m( En la parte inferior )

B :8.36m

b2 :6.68m

b1 :3.00mL' :12.08m( En la parte superior )

Entonces la longitud del vertedero ser :

Lo :14.74m

Q :3.50m3/s

C :1.90

H :0.25m

9. DISEO DEL VERTEDERO LATERAL

Q' :13.07m3/sY :1.447m

Qderiv :7.00m3/sh' :1.00m(Asumido)

S :0.001H2 :0.447m

n :0.016

B :3.00m

C :1.90

C2 :0.50

L :21.34m

10. DISEO DE VERTEDERO TIPO SIFON

Q' :13.07m3/s

Qderiv :7.00m3/s

a:0.30m

Yn' :2.34m

Yn :1.45m

C :0.75

H :0.89m

B :6.44m