Manual River
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FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERO CIVIL
TÍTULO DE LA DISERTACIÓN:
Este trabajo está dedicado a mis padres Sonia y Marcelo que con su amor, esfuerzo y
paciencia me han apoyado incondicionalmente en todo momento enseñándome principios
y valores para la vida.
De igual manera a mis hermanas María Verónica Y Stephanie que siempre tuve su apoyo
y confiaron en mí y a la memoria de mis abuelas Fanny Ortiz y Zoila Ramos que fueron un
pilar importante en mi vida.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios y a la Virgen por haber guiado mi camino y haberme dado salud, fortaleza
y el bienestar de poder haber culminado con esta carrera. A mis padres por todo el apoyo
y esfuerzo que hicieron día a día para que logre culminar esta meta.
Al Ing. Carlos Luis Navas por su gran colaboración y guía para la realización de este
trabajo, de igual manera al Ing. Roberto Unda y al Ing. Guillermo Flores.
A Estefany Mena por todo su apoyo incondicional y técnico durante el transcurso de este
proyecto.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1
1.1. Antecedentes....................................................................................................... 1
1.2. Justificación ......................................................................................................... 1
1.3. Objetivos. ............................................................................................................ 2
1.3.1. Objetivo general ........................................................................................... 2
1.3.2. Objetivos específicos .................................................................................... 2
1.4. Alcance................................................................................................................ 2
2. REVISIÓN DE LITERATURA TÉCNICA. .................................................................... 3
2.1. Revisión de literatura técnica sobre vertederos. .................................................. 3
2.1.1. Vertederos de pared delgada. ...................................................................... 3
2.1.2. Vertedero de pared gruesa. .......................................................................... 4
2.1.3. Vertedero de Cimacio. .................................................................................. 4
2.2. Revisión de literatura técnica sobre vertederos tipo tecla de piano. ..................... 5
2.2.1. Base conceptual. .......................................................................................... 5
2.2.2. Características técnicas. ............................................................................... 8
2.2.3. Criterios de diseño ........................................................................................ 9
2.2.4. Aplicaciones. .............................................................................................. 12
2.2.5. Casos. ........................................................................................................ 14
2.3. Ensayo hidráulico sobre el modelo físico reducido............................................. 16
3. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PILATÓN-SANTA
ANA .......................................................................................................................... 18
3.1. Información de la zona. ..................................................................................... 18
3.1.1. Clima .......................................................................................................... 20
3.1.2. Población .................................................................................................... 21
3.2. Estado actual de los estudios ............................................................................ 21
3.2.1. Cartografía y ubicación de puntos GPS ...................................................... 23
3.2.2. Ubicación de puntos GPS ........................................................................... 23
3.2.2.1. Monumentación de nuevos puntos GPS .............................................. 23
3.2.3. Hidrología ................................................................................................... 24
3.2.3.1. Alcance................................................................................................ 24
3.2.3.2. Metodología ......................................................................................... 24
3.2.3.3. Fuentes de datos e información ........................................................... 24
3.3. Descripción general del proyecto ....................................................................... 25
3.3.1. Captaciones ............................................................................................... 26
3.3.1.1. Desarenadores .................................................................................... 29
3.3.1.2. Conducciones ...................................................................................... 31
3.3.1.3. Conducción Santa Ana ........................................................................ 32
3.3.1.4. Conducción Chitoa .............................................................................. 33
3.3.1.5. Tanque de presión ............................................................................... 34
3.3.1.6. Tubería de presión .............................................................................. 37
3.3.1.7. Casa de máquinas ............................................................................... 38
3.3.1.8. Equipamiento mecánico ...................................................................... 38
3.3.1.9. Potencia y eficiencia de la turbina........................................................ 38
3.3.1.10. Determinación del tipo de turbina ........................................................ 40
3.4. Caracterización del Río Pilatón .......................................................................... 44
3.5. Descripción y análisis de la estructura de captación. ......................................... 50
3.5.1. Captaciones ............................................................................................... 51
4. COMPARACIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO DEL VERTEDERO DE
EXCESOS DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PILATÓN-SANTA ANA .............. 57
4.1. Cálculo de caudales .......................................................................................... 57
4.1.1. Temperatura ............................................................................................... 58
4.1.2. Humedad relativa ....................................................................................... 60
4.1.3. Precipitación ............................................................................................... 60
4.1.4. Analisis de lluvias intensas ......................................................................... 62
4.1.5. Hidrología ................................................................................................... 64
4.1.5.1. Datos disponibles ................................................................................ 64
4.1.5.2. Curvas de descarga de estaciones ...................................................... 65
4.1.5.3. Caudales medios en estaciones .......................................................... 67
4.1.5.4. Caudales en las captaciones de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa .. 75
4.1.5.5. Método de transportación de caudales ................................................ 75
4.1.5.6. Transposición de caudales .................................................................. 75
4.1.5.7. Caudales aprovechables en los sitios de captación ............................. 79
4.1.5.8. Caudal ecológico ................................................................................. 79
4.1.5.9. Caudales aprovechables para el proyecto ........................................... 80
4.1.5.10. Caudales máximos .............................................................................. 81
4.1.5.11. Transporte de sedimentos ................................................................... 84
4.2. Prediseño del vertedero tipo Creager ................................................................ 89
4.3. Prediseño del vertedero tipo tecla de piano. ...................................................... 94
4.4. Comparación técnica y de costos. ..................................................................... 97
4.4.1. Comparación técnica .................................................................................. 97
4.4.2. Comparación de costos ............................................................................ 100
5. DISEÑO DEFINITIVO DEL VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO ....................... 103
5.1. Criterios de diseño. .......................................................................................... 103
5.2. Diseño Hidráulico............................................................................................. 103
5.2.1. Cálculo hidráulico de las dimensiones del vertedero................................. 104
5.3. Planos de construcción .................................................................................... 108
5.4. Especificaciones técnicas. ............................................................................... 111
5.4.1. Replanteo, limpieza y desbroce. ............................................................... 111
5.4.2. Excavación a cielo abierto. ....................................................................... 112
5.4.3. Obras de captación del rio Pilatón. ........................................................... 112
5.4.4. Hormigón .................................................................................................. 116
5.4.5. Muestras y ensayos .................................................................................. 117
5.4.6. Agregados ................................................................................................ 117
5.4.7. Granulometría........................................................................................... 119
5.4.8. Aditivos ..................................................................................................... 120
5.4.9. Dosificación .............................................................................................. 120
5.4.10. Encofrados ............................................................................................ 121
5.4.11. Tratamiento previo a la colocación (vaciado) del hormigón ................... 123
5.4.12. Colocación del hormigón ....................................................................... 124
5.4.13. Construcciones de hormigón ................................................................. 125
5.4.14. Juntas de construcción, de dilatacion e impermeables .......................... 126
5.5. Presupuesto. ................................................................................................... 128
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................... 131
6.1. Conclusiones ................................................................................................... 131
6.2. Recomendaciones ........................................................................................... 132
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 133
ÍNDICE DE TABLAS
Ecuación 1 ....................................................................................................................... 10
Ecuación 2 ....................................................................................................................... 10
Ecuación 3 ....................................................................................................................... 10
Ecuación 4 ....................................................................................................................... 10
Ecuación 5 ....................................................................................................................... 10
Ecuación 6 ....................................................................................................................... 11
Ecuación 7 ....................................................................................................................... 11
Ecuación 8 ....................................................................................................................... 38
Ecuación 9 ....................................................................................................................... 65
Ecuación 10 ..................................................................................................................... 83
Ecuación 11 ..................................................................................................................... 90
Ecuación 12 ..................................................................................................................... 90
Ecuación 13. .................................................................................................................... 91
Ecuación 14 ..................................................................................................................... 92
Ecuación 15 ..................................................................................................................... 92
Ecuación 16 ..................................................................................................................... 93
Ecuación 17 ..................................................................................................................... 95
Ecuación 18 ..................................................................................................................... 95
Ecuación 19 ..................................................................................................................... 96
Ecuación 20 ................................................................................................................... 104
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Antecedentes
1.2. Justificación
Con el propósito de analizar una alternativa al vertedero convencional (perfil Creager) que
se utiliza en las estructuras de captación para este tipo de proyectos, se ha previsto realizar
el presente estudio y el diseño del vertedero tipo tecla de piano para la central hidroeléctrica
de mediana capacidad PILATON SANTA-ANA que tendrá una potencia instalada de 36
MW.
1
disertación, para lo cual se ha previsto la utilización y diseño de vertederos tipo tecla de
piano.
1.3. Objetivos.
1.4. Alcance
El estudio del vertedero tipo tecla de piano para el proyecto hidroeléctrico Pilatón- Santa
Ana en el río Pilatón consta de:
2
2. REVISIÓN DE LITERATURA TÉCNICA.
El vertedero hidráulico cumple diferentes funciones entre las que se encuentran garantizar
que la estructura hidráulica ofrezca seguridad, pues impide que se eleve el nivel de aguas
arriba sobre el máximo.
En el caso de una presa, un vertedero es la zona de la estructura que permite evacuar las
aguas habitualmente o tener el control del nivel del reservorio de agua. Por lo general, las
aguas son descargadas a la superficie más cercana que está libre en el embalse, en
oposición a las descargas del fondo, por medio de las cuales salen de forma controlada del
embalse.
Este tipo de vertedero debe tener la lámina libre, es decir, se encuentra en contacto directo
con la presión atmosférica, su cresta es horizontal y su forma es como se muestra en la
figura a. El vertedero de pared delgada es el más utilizado especialmente como aforador
por ser una estructura de fácil construcción e instalación. Si el vertedero está debidamente
calibrado se pueden obtener ecuaciones o curvas en las cuales el caudal es función de la
carga hidráulica H (Granell Ninot & Toledo Municio, 2010)
3
Figura 1. Vertederos de pared delgada
Son aquellos en los que el agua bordea la superficie de su cresta, pudiendo ésta tener
diversidad de formas; tienen mayor capacidad de descarga para igual carga de agua que
los vertederos de pared delgada y su uso más frecuente es como estructuras de control de
nivel (Granell Ninot & Toledo Municio, 2010).
Entre los vertederos de pared gruesa más simples y más usados se tiene el vertedero
rectangular, el mismo que se representa en la siguiente figura.
Los vertederos de cimacio tienen sección en forma de S. La curva superior del cimacio
hace que se ajuste rigurosamente al perfil de la superficie inferior de una lámina de agua
con ventilación cayendo de un vertedero de cresta delgada. La lámina de agua se adhiere
al paramento del perfil, evitando el acceso de aire a la cara inferior de la lámina. Para las
descargas efectuadas con la carga del proyecto, el agua se desliza sobre la cresta sin
interferencia de la superficie que la limita y casi alcanza su máxima eficiencia de descarga.
El perfil, en la parte que sigue de la curva superior del cimacio se continúa en tangente a
lo largo de un talud para soportar la lámina de agua sobre la superficie de derrame. Una
4
curva inversa al pie del talud desvía el agua hacia el lavadero de un estanque amortiguador
o dentro del canal de descarga del vertedero (Salas, 2016).
Se puede definir el vertedero como un muro de altura P, que al interrumpir la corriente del
agua, obliga al líquido a que se derrame por encima del mismo. La abertura de la estructura
mencionada puede ser de diferentes formas geométricas y tamaños según las finalidades
a las que se destine (Granell Ninot & Toledo Municio, 2010).
5
Figura 4. Vista en 3D vertedero tipo tecla de piano
Un vertedero tipo tecla de piano es un vertedero usado en proyectos hidráulicos, que visto
en planta se representa en forma de zigzag; su fondo es inclinado y avanza en voladizo
con respecto a un vertedero en laberinto de muros verticales y mismas dimensiones de
base, toma esta geometría con el objeto de aumentar la longitud del vertedero lo que
producirá el aumento de la capacidad de descarga.
El vertedero tipo tecla de piano está conformado por varios ciclos, un ciclo es una secuencia
de paredes y ápices dando una forma similar a una onda.
Las formas en planta más comunes de estos vertederos son el rectangular, triangular y
trapezoidal. El vertedero rectangular está formado por paredes rectangulares dispuestas
de manera perpendicular entre ellas; el tipo triangular dispone las paredes de manera
angular semejando un triángulo. El tipo trapezoidal dispone las paredes en una formación
semejando un trapecio (Granell Ninot, Archivo Digital Universidad Politécnica de Madrid,
2015).
6
Figura 5. Tipos de vertedero tipo tecla de piano
7
1. Mediante procedimientos experimentales de cálculos matemáticos cuyos
resultados se extrapolan a una determinada gama de geometrías y rangos de
funcionamiento.
2. Por medio de ensayos hidráulicos sobre modelaciones físicas a escala reducida.
3. Mediante modelaciones numéricas por el MEF (Modelación por elementos finitos).
Actualmente, el diseño inicial de los vertederos tipo tecla de piano se realiza por el primero
de los tres métodos descritos anteriormente; una vez obtenidos los resultados se
comprueba con modelación física (Cordero & Granell Ninot, 2005).
El vertedero tipo tecla de piano muestra particularidades geométricas aguas arriba como
aguas abajo con voladizos de anchura variable, en las pendientes del fondo de entrada y
de salida, que implican un gran conjunto de variables de parámetros. El " vertedero tipo
tecla de piano-unidad" es la medida más pequeña de un compuesto del vertedero tipo tecla
de piano completa de una clave de entrada entero con dos paredes laterales y una clave
de medio de salida en ambos lados. Los principales parámetros geométricos de un
vertedero tipo tecla de piano son la altura del vertedero P, el número de vertedero tipo tecla
de piano-unidades Nu, la longitud lateral de coronación B, la entrada y salida anchos Wi
Wo, la de subida como la de bajada en voladizo longitudes de Bo y Bi y el espesor de pared
T (Cordero & Granell Ninot, 2005).
8
Hasta ahora, el diseño hidráulico de un vertedero tipo tecla de piano se lleva a cabo
principalmente sobre la base del conocimiento experimental y modelos numéricos,
utilizados para diseñar la geometría inicial, y que a continuación se realiza modelos a
escala paso a paso siguiendo los lineamientos de los ingenieros encargados del proyecto.
Un método de diseño preliminar para vertederos tipo tecla de piano tiene por objeto que se
aproxime de la mejor forma posible al modelo del diseño final, teniendo en cuenta las
limitaciones del proyecto y de los posibles imprevistos que puedan ocurrir, para de esta
manera tener un proyecto que sea óptimo y rentable.
Los criterios de diseño se basan en las limitaciones del proyecto (descarga, niveles de los
embalses, espacio disponible) y en la extrapolación de los resultados experimentales
existentes a partir de un modelo de referencia a escala.
Las opciones para ampliar el estudio de los modelos de referencia para el diseño final son
definidas en función de las necesidades del ingeniero diseñador del proyecto, ya que
depende de varios factores como son el aumento del nivel de seguridad, el aumento de la
capacidad de los embalses y la disminución de las dimensiones de la estructura.
Los requerimientos necesarios para el método de diseño se clasifican en los elementos del
proyecto y los elementos del modelo de referencia. Los elementos del proyecto son las
especificaciones hidráulicas y geométricas del proyecto (descarga, la cabeza y la anchura
máxima disponible). Con respecto al modelo de referencia, una curva de capacidad de
liberación emitida a partir de pruebas experimentales es necesario, así como
características geométricas del modelo de prueba (Castro, 2006).
Sobre la base de los elementos del proyecto pueden existir diferentes diseños eficientes.
El primer paso del método tiene por objeto definir estas diferentes posibilidades como una
función del número de unidades del vertedero tipo tecla de piano en la estructura, mediante
la ampliación de los parámetros geométricos e hidráulicos de la referencia del modelo
(Udall & Dominy, 1972).
La anchura del vertedero tipo tecla de piano-unidad de W u se define como una función del
número de unidades de vertederos tipo tecla de piano y de la anchura Nu disponible para
el proyecto W: (Kochin, 1978).
9
𝑊
Wu =𝑁𝑢
Ecuación 1
Fuente: (Erpicum, S; Laugier, F.; Boillat, J.; Pirotton, M.; Reverchon, B.; Schleiss, A. J., 2011)
La escala del modelo del proyecto X se define como la relación entre las anchuras del
vertedero tipo tecla de piano-unidades en el proyecto W u y en el modelo de referencia W u*.
𝑊𝑢
X=Wu•
Ecuación 2
Fuente: (Erpicum, S; Laugier, F.; Boillat, J.; Pirotton, M.; Reverchon, B.; Schleiss, A. J., 2011)
𝐻
H•=
𝑋
Ecuación 3
Fuente: (Erpicum, S; Laugier, F.; Boillat, J.; Pirotton, M.; Reverchon, B.; Schleiss, A. J., 2011)
𝑄 = 𝐶 dw.W.√(2𝑔𝐻3 )
Ecuación 4
Ecuación 5
Fuente: (Erpicum, S; Laugier, F.; Boillat, J.; Pirotton, M.; Reverchon, B.; Schleiss, A. J., 2011)
Insertar la ecuación (1) en (3) y (5) en la ecuación de Poleni (4), una relación entre la
cabeza y la descarga Se obtiene la descarga para el modelo del proyecto en función de la
10
hidráulica y de las características geométricas del modelo de referencia (W u y Cdw*) y de
las restricciones del proyecto (W) y del número de vertederos tipo tecla de piano-unidades
en el proyecto.
𝐻.W’u .Nu
𝑄 = 𝐶˙dw.W.√(2𝑔𝐻 3) con 𝐶˙dw = ƒ( 𝑊
)
Ecuación 6
Fuente: (Erpicum, S; Laugier, F.; Boillat, J.; Pirotton, M.; Reverchon, B.; Schleiss, A. J., 2011)
Al dibujar las curvas de altura / descarga definida por la ecuación (6) para diferentes
números de vertederos tipo tecla de piano unidades y la limitación de estas curvas de la
cabeza y la descarga de valores por debajo de la cabeza del diseño y sobre diferentes
diseños puede responder a las limitaciones del proyecto.
El segundo paso del método es optimizar los parámetros restantes en función de los
requerimientos del proyecto, para definir con claridad el diseño final. Mediante la aplicación
de la escala factor a la cotas del modelo de referencia X*, las cotas del modelo del proyecto
X son completamente definida (la ecuación (7)), lo que permite la optimización del diseño
final incluyendo el diseño estructural, criterios económicos e hidráulicos (Erpicum, S;
Laugier, F.; Boillat, J.; Pirotton, M.; Reverchon, B.; Schleiss, A. J., 2011).
X=x.X•
Ecuación 7
Fuente: (Erpicum, S; Laugier, F.; Boillat, J.; Pirotton, M.; Reverchon, B.; Schleiss, A. J., 2011)
11
4. Optimización del diseño basado en criterios hidráulicos, estructurales y
económicos, en función de los intereses del proyecto.
2.2.4. Aplicaciones.
Los vertederos tipo tecla de piano son estructuras que tienen aplicaciones muy extendidas
en todo tipo de proyectos hidráulicos, entre las cuales pueden tener las siguientes
funciones:
12
• Permitir el control del flujo en estructuras de caída, disipadores de energía,
transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas
de alcantarillado, etc.
Entre las aplicaciones más importantes del vertedero tipo tecla de piano es dejar escapar
el agua de excedentes o de crecientes que no cabe en el espacio destinado para el
almacenamiento y en las presas de derivación para dejar pasar los excedentes que no se
envían al sistema de derivación. Ordinariamente, los volúmenes en exceso se toman de la
parte superior del embalse creado por la presa y se conducen por un conducto artificial de
nuevo al río o hacia algún canal de drenaje natural (Flores Ortiz, 2013).
La importancia que tiene un vertedero seguro no se puede exagerar, muchas fallas de las
presas se han debido a vertederos mal proyectados o de capacidad insuficiente. La
amplitud de la capacidad es de extraordinaria importancia en las presas de tierra y en las
de enrocado, que tienen el riesgo de ser destruidas si son rebasadas, mientras que las
presas de concreto pueden soportar un rebasamiento moderado. Generalmente, el
aumento en costo no es directamente proporcional al aumento de capacidad. Con
frecuencia el costo de un vertedero de amplia capacidad es sólo un poco mayor que el de
uno que evidentemente es muy pequeño (Flores Ortiz, 2013).
La frecuencia del uso del vertedero la determinan las características del escurrimiento d la
cuenca y la naturaleza del aprovechamiento. Ordinariamente, las crecientes se almacenan
en el embalse, se derivan por las tomas o se descargan y no es necesario que funcione el
vertedero. Las descargas por el vertedero se pueden producir durante las avenidas o
periodos de escurrimiento elevado sostenido, cuando las capacidades de las demás
salidas se exceden. Cuando la capacidad del vaso es grande o cuando las otras de
descarga o de derivación son grandes, el vertedero se utilizará rara vez. En las presas
derivadoras en las que el almacenamiento es limitado y los volúmenes derivados son
relativamente pequeños, comparados con el gasto normal del río, el vertedero se usará
casi constantemente (Suárez, 2015).
13
2.2.5. Casos.
La presa de María Cristina fue construida durante las primeras décadas del siglo XX,
ubicada en la provincia de Castellón España, la presa tiene la tipología de ARCO-
GRAVEDAD, desde su diseño fue diseñada y construida como presa de GRAVEDAD, con
perfil LEVY. Sus dos paramentos son escalonados.
La cota de coronación es de 138 m.s.n.m. con una altura de 56,50 m sobre sus cimientos,
su longitud en coronación es de 322 m y su embalse puede almacenar un volumen de
19,59 Hm3 con el nivel del agua a la cota de máximo embalse normal (N.M.N.) (Cordero &
Granell Ninot, 2005)
14
3.154 m3/s y 116 Hm3 correspondientes respectivamente al volumen y al caudal de punta
de la crecida de 1.000 años de periodo de retorno y 5.620 m3/s y 207 Hm3, relativos a su
vez, a la crecida de 10.000 años. La capacidad del embalse es de 19 Hm3.
Por otra parte, el elevado valor histórico de la presa desaprueba la conversión de la misma
en una presa vertedero o una solución de recrecimiento empleando la existente. Además
de las condiciones geomorfológicas del emplazamiento impiden la actuación en cualquier
punto que no sea el aliviadero de superficie existente y ubicado en la margen derecha.
La solución óptima fue la implantación de un vertedero tipo tecla de piano sobre la playa
de alimentación del existente, previa demolición del existente y que evacue los caudales
de descarga actual.
Esta solución maximiza la longitud de vertido del vertedero, alcanzando los límites de una
cimentación adecuada de la losa de apoyo y solventa en la medida de lo posible, los
problemas derivados de la inapropiada alimentación, dado que acerca el vertedero al
embalse. El análisis hidráulico se realizó según diversas metodologías si bien fue preciso
acudir a la modelación hidráulica para determinar el ajuste y las formas del vertedero
(Cordero & Granell Ninot, 2005).
15
Figura 9. Presa de María Cristina con el nuevo aliviadero
El objetivo del modelo físico reducido fue analizar el comportamiento del nuevo aliviadero
tipo tecla de piano para ello se proyectó un modelo reducido a escala geométrica 1/50 que
fue construido en el centro C.E.H. en el modelo se reprodujo el vertedero y la totalidad de
la presa.
Figura 10. Modelo físico reducido del aliviadero de la presa Ma. Cristina.
16
El vertedero proyectado cuenta con los siguientes elementos: vertedero tipo tecla de piano,
cuenco de recogida, azud de control, rápida y estructura de restitución al cauce. El
vertedero tipo tecla de piano tiene una longitud desarrollada de 301,30 m, de 9 módulos
formados por dos muros diagonales de 14,10 m de longitud y dos muros de longitudinales
de 2,50 m. La longitud media proyectada de los módulos era de 8,30 m, y el umbral se
situaba a la cota 133,65 con una altura del vertedero de 7,15 m. Los ensayos tenían como
principal objetivo la obtención de la curva de capacidad de descarga en el modelo a la vez
que analizar el funcionamiento de cada parte de la obra (Cordero & Granell Ninot, 2005).
La modelación física del vertedero tipo tecla piano dio como resultado una muestra
aproximada del comportamiento que tendría el mismo en la presa María Cristina para poder
elevar la capacidad de evacuación de las aguas en el desagüe.
La implantación del vertedero tipo tecla de piano en la presa María Cristina dio como
resultado el incremento de la longitud efectiva del vertedero para la evacuación de las
aguas, resolviendo los continuos desbordes que sufría esta presa al momento de
crecientes centenarias o milenarias.
17
3. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PILATÓN-
SANTA ANA
El proyecto hidroeléctrico Pilatón Santa Ana está ubicado en el centro norte del país en la
provincia de Pichincha, cantón Mejía, al sur oriente de la provincia de Pichincha. Sus límites
son: al norte cantones quito y Rumiñahui, al sur: provincia de Cotopaxi, al oriente: provincia
de Napo y al occidente: provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas. Esta
aproximadamente a 40 km de distancia de la ciudad de Quito.
La parroquia Manuel Cornejo Astorga, también conocida como Tandapi, es parte del cantón
Mejía y es la población más cercana al proyecto. Los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa,
cuyas aguas se aprovechan para la generación hidroeléctrica, forman parte del sistema
hidrográfico de Esmeraldas, vertiente del Pacífico.
El área de interés para el proyecto está situada en la zona 17S, entre las coordenadas
UTM 745 074 mE y 9’995 169 mN en la Figura No. 1, se muestra la ubicación del proyecto
en el país (CONELEC, 2013).
El proyecto hidroeléctrico capta los caudales de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa. La
obra de toma del río Pilatón deriva el mayor caudal de aprovechamiento y corresponde a
una captación lateral. En las secciones transversales de derivación para los ríos Santa Ana
y Chitoa se han dispuesto captaciones con rejilla de fondo.
18
Figura 11. Ubicación del proyecto hidroeléctrico Pilatón Santa-Ana
19
Figura 12. Sitio de captación en el río Pilatón.
Figura 13. Sitio de captación en el río Santa Ana (izquierda) y Chitoa (derecha)
Para el acceso de los sitios seleccionados para la implantación de las obras se debe
construir los accesos necesarios, además de mejorar los accesos existentes de segundo
orden. Para acceder al sitio de la casa de máquinas y captación del río Chitoa se debe
construir puentes de acceso.
3.1.1. Clima
La zona del proyecto se encuentra en una zona cálida y húmeda, por lo que presenta las
siguientes características climáticas.
20
Tabla 1. Datos de clima y temperatura
3.1.2. Población
ÍNDICE
1. ANTECEDENTES PARA EL DESARROLLO DEL APROVECHAMIENTO
HIDROELÉCRICO PILATON- SANTA ANA ................................................... 1
1.1 ANTECEDENTES ...................................................................................1
1.2 DESARROLLO DEL PERFIL PARA EL PROYECTO PIALTÓN-SANTA
ANA ........................................................................................................ 2
2. OBJETIVOS Y ALCANCE DEL ESTUDIO DE INVENTARIO .......................... 2
3. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ZONA DEL APROVECHAMIENTO ......... 6
3.1 UBICACIÓN DEL APROVECHAMIENTO ................................................ 6
3.2 ACCESOS .............................................................................................. 11
21
3.3 CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA ........................................................ 11
3.4 CLIMA ..................................................................................................... 12
3.5 POBLACIONES ...................................................................................... 13
3.6 INFORMACIÓN BÁSICA SOBRE LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA O
GANADERA Y ACTIVIDADES TURÍSTICAS DE LA ZONA DE
INFLUENCIA .......................................................................................... 13
4. CARTOGRAFÍA Y UBICACIÓN DE PUNTOS GPS ..................................... 13
4.1 CARTOGRAFÍA ...................................................................................... 13
4.2 UBICACIÓN DE PUNTOS GPS ............................................................. 13
4.3 CONCLUSIONES ................................................................................... 15
5. CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA ................................................................ 16
5.1 CLIMATOLOGÍA ..................................................................................... 22
5.2 TEMPERATURA ..................................................................................... 23
5.3 HUMEDAD RELATIVA ............................................................................ 25
5.4 PRECIPITACIÓN .................................................................................... 25
5.5 ANÁLISIS DE LLUVIAS INTENSAS ....................................................... 29
5.6 HIDROLOGÍA .......................................................................................... 30
5.7 CAUDALES EN LAS CAPTACIONES DE LOS RÍOS PILATÓN, SANTA
ANA Y CHITOA ...................................................................................... 42
5.8 CAUDALES APROVECHABLES EN LOS SITIOS DE CAPTACIÓN ..... 48
5.9 TRANSORTE DE SEDIMENTOS ........................................................... 52
5.10 CONCLUSIONES ................................................................................. 55
6. GEOLOGÍA Y GEOTECNÍA .......................................................................... 59
6.1 LITOLOGÍA REGIONAL ......................................................................... 59
6.2 ESTRUCTURAS REGIONALES.............................................................. 61
6.3 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA DE LAS OBRAS ............................ 62
6.4 SISMICIDAD ........................................................................................... 68
6.5 VOLCANISMO ......................................................................................... 69
6.6 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ..................................................... 71
6.7 CONCLUSIONES ................................................................................... 72
7. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL APROVECHAMIENTO ..................... 74
7.1 DESCRPCIÓN DE LAS OBRAS CIVIL-HIDRÁULICAS ......................... 74
7.2 EQUIPAMIENTO MECÁNICO ................................................................ 97
7.3 COMPONENTE ELÉCTRICO ............................................................... 107
7.4 VÍAS DE ACCESO ................................................................................ 113
8. ESTUDIO AMBIENTAL ............................................................................... 122
9. PRESUPUESTO REFERENCIAL ............................................................... 147
10. EVALUACIÓN ECONÓMICA Y FINANCIERA PRELIMINAR, A NIVEL DE
INVENTARIO ............................................................................................... 148
11. ANÁLISIS DE LA VIALIDAD TÉCNICA, ECONÓMICA, FINANCIERA Y
AMBIENTAL.................................................................................................. 153
(CONELEC, 2013)
22
3.2.1. Cartografía y ubicación de puntos GPS
Se definen los sitios exactos donde se colocarán los nuevos puntos GPS de precisión
verificando que existan las condiciones mínimas para la formación del cono de enlace a fin
de que se pueda realizar la conexión satelital y cuidando que la ubicación del punto permita
la intervisibilidad con la posición del siguiente punto GPS a monumentarse (se recomienda
que la distancia máxima entre puntos GPS pares no exceda los 500 metros).
23
El hito o vértice utilizado como base de la micro red interna GPS colocada para los estudios
de Inventario del proyecto PILATON SANTA-ANA, corresponde al hito del instituto
Geográfico Militar(IGM), con código PE 8933-X, el cual es un punto de control horizontal y
vertical.
3.2.3. Hidrología
3.2.3.1. Alcance
Definir los principales parámetros hidrológicos de diseño de los sitios de captación del
proyecto hidroeléctrico PILATON SANTA-ANA (PSA), es decir, caudales medios, mínimos,
máximos y el aporte de sedimentos de la cuenca hacia las obras.
3.2.3.2. Metodología
24
• Información Cartográfica 1:50.000 del Instituto Geográfico Militar (IGM)
correspondiente a las cartas Jatunloma, Machachi, Amaguaña y Manuel Cornejo
Astorga.
• Anuarios Metereológicos del Instituto Nacional de Meteorología e Higrología
(INAHMI).
• Anuarios Hidrológicos del Instituto Nacional de Meteorología e Higrología (INAHMI).
• Inventario de Recursos Energéticos del Ecuador con fines de generación eléctrica,
2009, CONELEC, 2010.
Para el análisis hidrológico a nivel de Inventario son de interés particular los sitios de
captación.
El proyecto hidroeléctrico PILATON SANTA-ANA aprovecha las aguas de los ríos Pilatón,
Santa Ana y Chitoa que corresponde a una central de pasada, que turbina un caudal total
de 29,0 m3/s, aprovechando una carga bruta de 239,2 m, para instalar una potencia de
58,45 MW.
El proyecto plantea una captación con rejilla lateral en el río Pilatón y captaciones con rejilla
de fondo en los ríos Santa Ana y Chitoa. Estas obras permitirán la derivación de los
caudales de diseño, así como también el tránsito seguro de los caudales de crecida. Se
incluye un desarenador ubicado mediante canales y túneles con flujo libre, hasta el tanque
de carga donde se presuriza el flujo y desciende a través de la tubería de presión hasta la
casa de máquinas ubicada aguas arriba de la confluencia del río Chitoa con el Pilatón, al
cual se restituyen los caudales turbinados (CONELEC, 2013).
25
3.3.1. Captaciones
La sección del río en el sitio de derivación se cierra totalmente con tres (3) vanos de
compuertas radiales, montadas entre pilas sobre un umbral de fondo cuya geometría
facilita el tránsito del material sólido durante las crecidas y aperturas de compuertas. El
ancho total del cierre es de 25,0 m. Cada compuerta radial tiene un ancho de 8,2 m y una
altura de 6,0 m. El ancho de las pilas es de 2.5m (CONELEC, 2013).
Aguas arriba del cierre móvil, se cuenta con muros laterales de aproximación. En el muro
lateral derecho, se ha dispuesto el orificio de toma con una longitud total de 12,5 m, con
dos pilas de 4,0 m de ancho. El extremo inferior del orificio lateral se ubica a 2,0 m sobre
el fondo del río para evitar su obstrucción.
26
Para evitar el ingreso de material grueso y material flotante hacia la conducción se ha
dispuesto delante del orificio lateral de toma, una rejilla con separación de 5,0 cm entre
barrotes, conformada por platinas de 30x12 mm. Esta rejilla permitirá el ingreso del agua
hacia una cámara desripiadora, seguida por una transición que continua con el canal de
conducción hacia el desarenador, dispuesto sobre la margen derecha del río a 120 m desde
la captación.
El cierre móvil planteado favorece el tránsito de los caudales líquidos y sólidos esperados
durante el tránsito de los eventos extraordinarios, reduciendo el efecto de obstrucción que
la obra de derivación ocasiona en el tramo de río Pilatón. Al abrir las compuertas radiales
se recupera en gran medida el área hidráulica disponible para el flujo de crecida. El caudal
centenario definido para el diseño de toma corresponde a 245,8 m3/s. (CONELEC, 2013)
La captación Santa Ana.- considerando el caudal disponible así como las características
morfológicas del río Santa Ana en el tramo de captación, caracterizado por una pendiente
longitudinal representativa del 3%, taludes laterales estables y la mayor cantidad de
material grueso en el lecho del río, como se observa en la fotografía, se plantea como obra
de toma a la captación con rejilla o caucasiana (CONELEC, 2013).
La obra de toma con rejilla de fondo cierra la sección transversal del río con un ancho total
de 10 m, medidos desde la margen izquierda hasta su salida en la margen derecha.
A 1.0 m sobre el fondo natural del río, se ha dispuesto una rejilla que cubre 8 m en el cierre.
La separación de barrotes en esta rejilla de toma es de 5 cm. Los barrotes estarán
conformados por perfiles estructurales de 3 x 2.2 mm dispuestos con una pendiente del
27
22% en el sentido de flujo. Esta rejilla permitirá el ingreso del agua hacia la galería de
recolección, que se conecta con el canal de salida de la toma y que conduce el flujo hacia
el desarenador dispuesto sobre la margen derecha del río. El ancho de la galería
(dimensión en el sentido de flujo) es de 2.30 m.
Aguas abajo del azud se ha dispuesto el cuenco de disipación de energía que confinará el
resalto hidráulico con un profundizamiento de 1.0 m y una de 12 m. a continuación del
cuenco se ha dispuesto un enrocado de protección en una longitud de 10 m (CONELEC,
2013).
El caudal disponible para el aprovechamiento en este río es de 3.8 m3/s, por lo que se
plantea la opción de una rejilla de fondo, apropiada para cauces con pendientes
relativamente fuertes, que arrastran gran cantidad de material grueso.
La rejilla está conformada por perfiles estructurales de 3x2.2 mm., con separación entre
barrotes de 5 cm. El caudal captado en la galería sale por el margen izquierdo y es
conducido por un canal abierto hasta el Desarenador, que se encuentra ubicado a 50 m
aguas abajo.
El caudal de crecida centenaria corresponde a 45.60 m3/s, el mismo que pasa sobre el
azud de cierre con una carga de 1.31 m.
28
Figura 16. Implantación de la captación Chitoa
3.3.1.1. Desarenadores
El proyecto hidroeléctrico Pilatón Santa Ana dispone de tres desarenadores, uno por cada
captación. El diseño garantiza la retención de partículas sólidas con tamaño mayores o
iguales a 0.2 mm, con velocidades horizontales de la partícula de 0,25 m/s.
29
El desarenador de la captación Pilatón, recibirá un caudal de 17,2 m3/s; es de cuatro
cámaras idénticas. Para uniformizar y distribuir uniformemente el flujo que llega por la
conducción desde la captación se ha dispuesto una transición de 40,9 m de longitud. Al
inicio de cada una de las cámaras se ha ubicado una compuerta que permitirá suspender
el flujo en caso de mantenimiento. Cada cámara del desarenador tiene una longitud de
55,0 m y ancho de 5,1 m.
El desarenador de la captación Santa Ana está diseñado para el caudal de 8.0 m3/s ha sido
diseñado como el lavado continuo con dos cámaras idénticas. La transición de entrada
desde la conducción al desarenador tiene una longitud de 18.8 m permitiendo que el flujo
se distribuya uniformemente. Se han dispuesto compuertas planas en el ingreso de cada
cámara para suspender el flujo a cada cámara durante las operaciones de mantenimiento
de esta obra.
Cada una de las cámaras del desarenador tiene una longitud de 61.00 m, un ancho de
5.70m y una profundidad útil de 4.95 m. Para el desarrollo de los vertederos de salida del
desarenador y la transición de entrega se requiere de una longitud total de 79.80 m y un
ancho total de 11,80 m, considerando que las paredes intermedias tienen un ancho de 0.40
m.
Cada cámara dispone de una tolva de retención de material sólido, que descarga hacia el
canal de limpieza, el mismo que permite la evacuación del material sólido, que descarga
hacia el canal de limpieza, el mismo que permite la evacuación del material retenido sólido
retenido en el desarenador hacia el río.
30
Tabla 6. Características de los desarenadores
3.3.1.2. Conducciones
El caudal captado por el río Pilatón es conducido a gravedad por un canal rectangular
abierto. La sección transversal tiene una altura de 2,85 m y un ancho de 3.50 m. La
pendiente longitudinal en este tramo es igual al 1 por mil para garantizar velocidades de
autolimpieza y reducir al mínimo la perdida de carga.
Aguas abajo del desarenador, el tramo de conducción mantiene las mismas características
hidráulicas y geométricas durante el tramo de 2820 m, desde donde se continúa con un
túnel con flujo a gravedad de 3.50 m de ancho y 4.00 m de altura e igual pendiente con una
longitud de 2256 m hasta el punto donde se une con el túnel de conducción en donde se
juntan los caudales derivados desde los ríos Pilatón y Santa Ana. En las figuras
(CONELEC, 2013).
31
Figura 18. Sección transversal – conducción en túnel – Pilatón
El caudal que se capta del río Santa Ana es conducido por un canal de flujo a gravedad de
forma rectangular, con una altura de 2.35 m y con un ancho de 2.50 m y una pendiente del
1 por mil hasta el desarenador. Aguas abajo continúa con un canal de las mismas
características geométricas hasta llegar al túnel que conduce el caudal de 25.20 m3/s, hasta
el tanque de carga.
32
Figura 19. Sección de conducción en canal rectangular desde la captación Santa Ana
hacia el desarenador
Por medio de un canal rectangular abierto, con flujo a gravedad de 1.80 m de altura y de
2.00 m de ancho es captado el caudal del río Chitoa. La pendiente longitudinal es 1 por mil.
Se plantea el diseño de dos sifones con sus respectivos tanques de carga y de salida ya
que en el trazado existente se debe cruzar dos quebradas importantes. El sifón No. 1, que
33
atraviesa la quebrada No. 1 está diseñado para 15 m de carga y requiere un desarrollo de
120 m, con un diámetro de 1600 mm, en este sifón la perdida de carga es de 2 m.
El sifón No. 2 está diseñado para 39 m de carga, y tiene una longitud de 168 m y un
diámetro de 1600 mm, con una longitud de 168 m, se estima que la perdida de carga en
este cruce llegue hasta los 2 m.
A la salida del túnel de captación de la conducción Santa Ana se ubica el tanque de presión,
que transporta el caudal derivado en los ríos Pilatón y Santa Ana que es de 25,20 m 3/s, a
este tanque también llega el canal de conducción de la captación del río Chitoa con 3.8
m3/s.
Las dimensiones del tanque de carga garantizan un volumen de reserva de 165 segundos,
que se requiere para el funcionamiento del equipo electromecánico. Por medio de
compuertas deslizantes ubicadas en su sección transversal inicial se puede suspender el
ingreso del flujo al tanque. Su ancho es de 15.00 m y la longitud definida es de 75.95 m la
profundidad de 13.35 m garantiza que el flujo ingrese sin aire y su presurización
(CONELEC, 2013).
34
Se ha previsto la instalación de una rejilla fina con una inclinación de 70° a una distancia
de 10.00 m aguas arriba del inicio de la tubería de presión.
Para realizar las operaciones de lavado del tanque de carga y evacuar los caudales de
exceso se ha previsto una rápida con cubetas que permite la disipación gradual de energía
hasta su entrega al cauce del río Pilatón.
35
Figura 21. Implantación de tanque de carga Corte longitudinal de tanque de carga
36
3.3.1.6. Tubería de presión
A través de dos tuberías de las mismas características se realizara la conducción del flujo
en el tramo de alta presión, con una longitud de 813.40 m y un diámetro interno constante
de 2650 mm.
37
3.3.1.7. Casa de máquinas
En la zona más cercana a la confluencia de los ríos Chitoa y Pilatón se ubicará la casa de
máquinas, la cota de implantación de la casa de máquinas corresponde a una altura mínima
de 10 m sobre el fondo del río, con lo que se garantiza la estabilidad de la casa de máquinas
y del canal de restitución en caso de que exista tránsito de caudales extraordinarios que
puedan afectar a las estructuras.
Tabla 10. Datos Fundamentales para el Proyecto Hidroeléctrico PILATÓN – SANTA ANA
DATOS FUNDAMENTALES
CAUDAL DE ALTURA ALTURA
CAUDALES DIÁMETRO
PROYECTO DISEÑO BRUTA NETA
CAPTACIÓN m3/s M m mm
Pilatón
PILATÓN
Santa Ana
SANTA ANA 29,00 239,2 237,8 2 x 2700
Chitoa
Fuente: (CONELEC, 2013)
𝑄∗𝐻∗ƞ
Pot = 0.102
Ecuación 8
38
Donde:
39
Se utilizaran dos turbinas en paralelo, el caudal de cada turbina será de 14,5 m3/s.
En el siguiente cuadro se presenta la selección del tipo más adecuado de la turbina para
los valores calculados de velocidades específicas.
40
Figura 22. Determinación del número de inyectores de la turbina Pelton
41
Tabla 15. Características de la turbina tipo PELTON
PARÁMETRO TÉCNICO ECUACIÓN UNIDADES VALOR
Altura neta H m 237,8
Caudal de diseño Q m3/s 29
Potencia hidráulica Potht=poth/2 Kwatt 67652
Número de turbinas 4
Caudal por turbina Qt m3/seg 7,25
Potencia hidráulica por turbina Potht=poth/2 Kwatt 16913
Potencia hidráulica por turbina CV 22995
CV
Velocidad de rotación de N RPM 450
turbina
Velocidad sincrónica del RPM 450
generador
Eficiencia de la turbina Ƞt % 90%
Eficiencia del generador Ƞg % 96%
Potencia generada por unidad Pot Kwatt 14613
Potencia generada por unidad CV 19868
CV
Potencia total generada Pot Kwatt 58451
Velocidad específica (Sistema ns=(N*Pot^(1/2))/^(5/4) N=RPM;Pot=CV; H=m 68
Europeo)
Velocidad Específica (Sistema nq=(N*Qt^(1/2))/^(3/4) N=RPM;Qt= m3/seg;H=m 20
Americano)
Tipo de Turbina CUATRO TURBINAS PELTON DE SEIS INYECTORES DE EJE
VERTICAL
Fuente: (Fernández Diez, 2002)
Por su diseño y características técnicas cabe recalcar que las turbinas PELTON pueden
soportar variaciones de grandes caudales sin una gran disminución de su rendimiento. Esta
característica es muy importante cuando se va a seleccionar aquellas unidades que pueden
operar con bajos valores de caudal sin que represente una disminución significativa de la
eficiencia o el rendimiento.
42
turbinas Pelton aseguran la operación de estas unidades con caudales entre el 50 y 100%
de su caudal nominal sin que esto afecte significativamente su rendimiento, como se
muestra en la siguiente figura.
En este caso cada turbina trabajará con caudales entre 3.5 a 7.25 m 3/s sin variación
significativa de su eficiencia.
43
Imágenes referenciales de las turbina de seis inyectores y eje vertical
Las cuencas hidrográficas de interés para el proyecto hidroeléctrico se ubican sobre los
1400 msnm, la zona se caracteriza por sus fuertes pendientes.
44
En el caso del área de drenaje de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa se presentan una
cobertura vegetal poco intervenida, mientras que en la cuenca del río Pilatón se observa
mayor intervención dada la facilidad de acceso.
Los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa nacen en las estribaciones occidentales de la cordillera
por sobre los 3300 msnm. Los principales aportes del río Pilatón hasta el sitio de captación
son: río Corazón, río Naranjal, río Chisinche y el río Yamboya. El río Santa Ana se forma
de varios afluentes entre los cuales se destaca la quebrada del mismo nombre y la
quebrada Esperanza. El Río Chitoa tiene como principal aporte el río Del Paso (CONELEC,
2013).
De la unión de los ríos Corazón y Naranjal, se forma el río Pilatón, en la cota 1600 msnm,
siendo afluentes importantes del río Pilatón los ríos Santa Ana y Chitoa, antes de su
descarga al río Toachi. Los ríos analizados son parte del sistema hidrográfico del río
Esmeraldas y corresponden a la subestación del río Blanco (CONELEC, 2013).
Figura 26. Cuenca hidrográfica de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa.
45
Tabla 16. Características físicas de las cuencas hidrográficas de interés
En donde:
Los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa tienen características de ríos de montaña, la pendiente
del cauce es fuerte, pendientes de las superficies de drenaje importantes, relieve
determinado por procesos tectónicos, fluviales y fenómenos de remoción de masa.
La pendiente ponderada del cauce del Río Pilatón hasta el sitio de captación tiene un valor
de 6.0 %, la pendiente ponderada del río Santa Ana es del 6.8 % y la pendiente del cauce
del río Chitoa es de 8.3%.
46
Figura 27. Perfil longitudinal y pendiente ponderada del cauce del río Pilatón
Figura 28. Perfil longitudinal y pendiente ponderada del cauce del río Santa Ana
47
Figura 29. Perfil longitudinal y pendiente ponderada del cauce del río Chitoa
Los suelos de origen volcánico y la vegetación, permiten la retención de agua, que da como
resultado una regulación natural de los caudales que se originan en cuencas con páramo,
permitiendo el aporte de caudal base.
D2: Sierra volcánica alta, en altitudes > 2800 msnm, relieve moderado a fuertemente
ondulado y estribaciones occidentales de la sierra de fuertes pendientes. Suelos negros o
muy negros, francos, profundos, drenaje bueno, pH ácido, fertilidad baja, áreas húmedas,
retención de humedad de 20 a 50 %.
D3: Sierra volcánica alta entre 3200 y 4000 msnm y estribaciones de la Cordillera, con
relieve fuertemente ondulado, de áreas húmedas. Suelos negros o muy negros, franco a
franco limoso, profundo, drenaje bueno, pH ácido (4.5-5.5), fertilidad mediana, retención
de humedad del 50 al 100%.
48
Los suelos son principalmente franco y franco limosos, la textura de los suelos es
moderadamente gruesa. De acuerdo con estas características del suelo, se tiene en el área
bajo estudio un suelo que corresponde al grupo hidrológico B.
En el siguiente cuadro se muestra los tipos de suelo identificados en la cuenca del río
Pilatón, del río Santa Ana y del río Chitoa.
49
Tabla 18. Características de la cobertura vegetal
Las cuencas en estudio están ubicadas en parte de la reserva ecológica de los Ilinizas y
dentro del área del bosque protector Toachi Pilatón.
La Reserva Ecológica Los Ilinizas tiene una superficie de 149.000 hectáreas y comprende
las provincias de Pichincha y Cotopaxi, abarca los ríos Toachi y Angamarca, los páramos
occidentales de los cerros Ilinizas, cerro Corazón, Quilotoa y estribaciones de la cordillera
Occidental conocidas como Sarapullo, Cerro Azul, Jaligua Alto Tenefuerte.
El proyecto a nivel de inventario plantea una captación con rejilla lateral en el río Pilatón y
captaciones con rejilla de fondo en los ríos Santa Ana y Chitoa. Estas obras permitirán la
derivación de los caudales de aprovechamiento así como también el paso seguro de los
caudales de crecida. Se incluye un desarenador ubicado cerca de cada una de las obras
de toma.
50
La conducción desde los desarenadores se realiza mediante canales y túneles con flujo
libre, hasta el tanque de carga donde se presuriza el flujo y desciende a través de la tubería
de presión hasta la casa de máquinas ubicada aguas arriba de la confluencia del río Chitoa
con el Pilatón, al cual se restituyen los caudales turbinados.
3.5.1. Captaciones
La sección transversal del río en el sitio de derivación, se cierra totalmente con tres vanos
de compuertas radiales, montadas entre pilas sobre un umbral de fondo cuya geometría
facilita el transito del material sólido durante el tránsito de las crecidas y apertura de
compuertas. El ancho total de cierre es de 25 m. Cada compuerta radial tiene un ancho de
8.2 m y una altura de 6m. El ancho de las pilas es de 2.5 m.
Aguas arriba del cierre móvil, se tiene muros laterales de aproximación. En el muro lateral
derecho, se ha dispuesto el orificio de toma con una longitud total de 12.5 m, con dos pilas
de 4 m de ancho. El extremo inferior del orificio lateral se ubica 4.0 m sobre el fondo del río
para evitar su obstrucción.
El cierre móvil planteado favorece el tránsito de los caudales líquidos y sólidos esperados
durante el tránsito de los eventos extraordinarios, reduciendo el efecto de obstrucción que
51
la obra de derivación ocasiona en el tramo del río Pilatón. Al abrir las compuertas radiales
se recupera en gran medida el área hidráulica disponible para el flujo de crecida. El caudal
centenario definido para el diseño de toma corresponde a 267.32 m3/s (CONELEC, 2013).
52
La captación Santa Ana.- Teniendo en cuenta el caudal de aprovechamiento
hidroeléctrico así como las características morfológicas del río Santa Ana en el tramo de
captación, caracterizado por una pendiente longitudinal representativa del 3%, taludes
laterales estables y la mayor cantidad de material grueso en el lecho del río, se plantea
como obra de toma a la captación con rejilla de fondo o caucasiana.
La obra de toma con rejilla de fondo cierra la sección transversal del río con un ancho total
de 10 m, medidos desde la margen izquierda hasta su salida en la margen derecha.
A 1.00 m sobre el fondo natural del río, se ha dispuesto una rejilla que cubre 8 m en el
cierre. La separación de barrotes en esta rejilla de toma es de 5 cm. los barrotes estarán
conformados por perfiles estructurales de 3x2.2 mm dispuestos con una pendiente del 22
% en el sentido del flujo.
Esta rejilla permitirá el ingreso del agua hacia la galería de recolección, que se conecta con
el canal de salida de la toma y que conduce el flujo hacia el desarenador dispuesto sobre
la margen derecha del río. El ancho de la galería (dimensión en el sentido de flujo) es de
2.30 m.
Aguas abajo del azud se ha dispuesto el cuenco de disipación de energía que confinará el
resalto hidráulico con una profundidad de 1.0 m y una longitud de 12 m. A continuación del
cuenco se ha dispuesto un enrocado de protección en una longitud de 10m (CONELEC,
2013).
53
Figura 32. Implantación de la Captación Santa Ana.
La captación Chitoa.- La pendiente longitudinal representativa del tramo es del 3.8% con
taludes laterales bien definidos. El caudal disponible para el aprovechamiento en este río
es 3.38 m3/s, por lo que se plantea una captación con rejilla de fondo, apropiada para
cauces con pendientes relativamente fuertes, que arrastran gran cantidad de material
grueso.
54
El caudal de crecida centenaria corresponde a 45.60 m3/s, el mismo que pasa sobre el
azud de cierre con una carga de 1.31 m (CONELEC, 2013).
Aguas abajo del azud se ha dispuesto un zampeado de protección con una profundidad
de 1 m y una longitud de 10 m. Finalmente para proteger el cauce en el tramo aguas abajo
del cuenco de disipación de energía se ha dispuesto un enrocado de protección cuya
longitud es de 10 m (CONELEC, 2013).
55
Tabla 19. Características de las captaciones
Captación. Tipo de Caudal Caudal Cota de Ancho Ancho Longitud
Captación de Crecida TR= Derivación. de la de del Cuenco
diseño 100 años Galería. Azud. de
Disipación
Río m3/s m3/s msnm m m m
Pilatón Rejilla 17.20 245.80 1407.7 - 25.00 23.00
Lateral
Santa Ana Rejilla de 8.00 96.90 1403.3 2.25 12.30 12.00
fondo
Chitoa Rejilla de 3.80 45.60 1406.5 1.60 20.00 10.00
fondo
Fuente: (CONELEC, 2013)
56
4. COMPARACIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO DEL VERTEDERO DE
EXCESOS DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PILATÓN-SANTA ANA
Altitud
Estación Código Longitud Latitud Periodo Tipo Institución
(msnm)
Izobamba M003 772702 9959435 3058 1962-2009 AP INAMHI
Chiriboga M116 746875 9976709 1750 1962-2009 PV INAMHI
Palo
M198 731869 9959045 1160 1974-1993 CP INAMHI
Quemado
Alluriquín
M209 723643 9964823 850 1976-1993 CO INAMHI
Inecel
Hda. La
Granja M350 761190 9947300 3100 1963-1994 PV INAMHI
Alóag
Pilatón AJ
M355 730107 9965744 920 1967-1985 PV INAMHI
Toachi
Chitoa
M360 728746 9961904 1120 1964-1984 PV INAMHI
Tandapi
Las
M362 726300 9950970 1640 1965-2009 CP INAMHI
Pampas
Nota: Coordenadas UTM WGS84 17S
Fuente: Elaboración propia
AP Agrometereológica
CP Climatológica Principal
CO Climatológica Ordinaria
57
PV Pluviométrica
4.1.1. Temperatura
58
Figura 37. Variación estacional de la temperatura media (˚C)
59
Figura 38. Relación de la temperatura media con la altitud.
La humedad relativa media en el área de interés, de acuerdo con los registros es del orden
del 80% en la parte alta; mientras en la parte baja es del orden del 87%.
4.1.3. Precipitación
La precipitación es uno de los parámetros climatológicos determinantes del ciclo del agua
en una región, así como también de la ecología, paisaje y uso del suelo.
60
La distribución anual de las precipitaciones observa un comportamiento unimodal, con un
pico máximo en el mes de abril. El periodo de menor precipitación ocurre entre los meses
de junio y septiembre como se puede observar en la figura.
Mes Total
Estación
anual
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Izobamba 129.3 156.9 181.9 196.4 147.7 68.4 31.1 38.2 86.8 135.0 144.9 130.2 1446.8
Chiriboga 378.6 363.6 434.9 442.2 288.2 159.8 81.9 76.1 151. 171.6 168.8 238.2 2955.2
2
Palo 311.2 318.1 341.2 328.2 188.8 88.9 41.2 39.3 61.7 91.2 88.6 171.9 2070.4
Quemado
Alluriquín 336.7 386.4 387.4 357.1 191.8 78.1 38.1 39.5 60.4 83.4 83.4 183.2 2218.5
INECEL
Hda. La 126.5 125.7 149.7 150.1 113.4 60.1 41.5 49.6 83.0 105.5 96.7 101.5 1203.2
Granja
Alóag
Chitoa 277.8 300.5 322.7 318.4 191.0 98.9 44.6 55.1 102. 138.2 102.3 174.7 2126.8
Tandapi 5
Las 308.2 343.8 341.1 338.6 224.0 98.9 45.2 47.6 86.5 95.6 87.9 179.9 2197.4
Pampas
Fuente: (CONELEC, 2013)
61
4.1.4. Analisis de lluvias intensas
Según este estudio la zona de interes, aquella de las cuencas de los ríos Pilatón, Santa
Ana y Chitoa, se encuentra ubicada en la zona 22 de la regionalización propuesta por el
INAMHI.
En donde:
Para el presente análisis se consideraron los valores Id, Tr de intensidad máxima de 24h de
la estación M360 Tandapi, como representativos del área de interes.
62
Tabla 25. Ecuaciones de intensidades de lluvia Zona 22
Periodo de Ecuaciones Intensidades 24
retorno hr mm
5 min < t < 67 min 67 min < t < 1440 min
5 I= 145.34 t-0.35 I = 794.59 t – 0.7687 2.98
10 I= 161.92 t-0.35 I = 885.24 t – 0.7687 3.32
25 I= 195.09 t-0.35 I = 999.90 t – 0.7687 3.75
50 I= 209.72 t-0.35 I = 1085.22 t – 0.7687 4.07
100 I= 234.11 t-0.35 I = 1170.55 t –0.7687 4.39
Fuente: (CONELEC, 2013)
63
Figura 40. Curva intensidad – duración – periodo de retorno Zona 22
4.1.5. Hidrología
Altitud Área
Estación Código Longitud Latitud Período
(msnm) (km2)
Pilatón DJ
H155 740920 9960479 1130 1974 – 1984 470
Sacalzón
Pilatón DJ Chitoa H188 739932 9961713 1110 2000 – 2010 508
Sarapullo AJ 1964 – 1981 /
H156 730211 9965663 890 520
Toachi 1996 – 2010
Sarapullo AJ
H160 73492 9956590 1020 1968 – 1982 329
Toachi
Toachi AJ Pilatón H161 727990 9965077 820 1964 - 2010 1435
Nota: *Coordenadas UTM WGS84 17 S
Fuente: (CONELEC, 2013)
64
Se ha tomado en cuenta los registros de la cuenca del río Toachi y Sarapullo, como
referencia de las cuencas vecinas.
Q = a (H+Ho)b
Ecuación 9
En donde:
Q - caudal (m3/s)
H – Nivel del agua (m)
a, b, Ho - coeficientes
65
H0161 TOACHI AJ 01/01/1964 02/02/1968 -1 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 03/02/1968 15/01/1970 -1.1 3.5 1.543 1.100 2.800
PILATON
H0161 TOACHI AJ 03/02/1968 15/01/1970 3.501 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 16/01/1970 31/01/1973 -1.3 4.6 1.665 1.300 2.730
PILATON
H0161 TOACHI AJ 16/01/1970 31/01/1973 4.601 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/02/1973 09/08/1980 -1.57 5.8 1.460 1.570 2.780
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/02/1973 09/08/1980 5.801 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 10/08/1980 26/12/1980 -1.3 4.6 1.665 1.300 2.730
PILATON
H0161 TOACHI AJ 10/08/1980 26/12/1980 4.601 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 27/12/1980 10/06/1981 -1.57 5.8 1.460 1.570 2.780
PILATON
H0161 TOACHI AJ 27/12/1980 10/06/1981 5.801 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 11/06/1981 08/11/1981 -1.3 4.6 1.665 1.300 2.730
PILATON
H0161 TOACHI AJ 11/06/1981 08/11/1981 4.601 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 09/11/1981 01/02/1983 -1.57 5.8 1.460 1.570 2.780
PILATON
H0161 TOACHI AJ 09/11/1981 01/02/1983 5.801 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 02/02/1983 31/05/1983 -1.1 3.5 1.543 1.100 2.800
PILATON
H0161 TOACHI AJ 02/02/1983 31/05/1983 3.501 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/06/1983 31/12/1986 -1.57 5.8 1.460 1.570 2.780
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/06/1983 31/12/1986 5.801 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/06/1987 31/12/1989 -1.1 3.5 1.543 1.100 2.800
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/06/1987 31/12/1989 3.501 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/01/1990 31/12/1995 -1.1 3.5 1.543 1.100 2.800
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/01/1999 31/12/1998 -2.1 7 0.280 2.100 3.350
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/01/1999 31/07/2007 -1.3 4.6 1.665 1.300 2.730
PILATON
H0161 TOACHI AJ 01/01/1999 31/07/2007 4.61 7.5 1.221 1.000 2.990
PILATON
66
H0161 TOACHI AJ 01/01/1999 08/04/2008 -1.3 7 1.665 1.300 2.730
PILATON
H0161 TOACHI AJ 09/04/2008 14/05/2012 -1.1 7 1.543 1.100 2.800
PILATON
H0188 PILATON D.J. 12/04/1995 18/05/2012 -0.5 2.5 8.200 0.500 3.310
TOACHI
Fuente: (CONELEC, 2013)
67
Tabla 29. Caudales medios en estaciones hidrológicas
Caudales medios mensuales (m3/s) QM A
Código Estación
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC (m3/s)
Pilatón DJ
H155
Sacalzón 38.7 55.1 54.8 54.7 41.7 22.8 14.5 10.1 12.2 16.9 17.9 27.1 30.5
Pilatón AJ
H156
Toachi 49.1 65.4 62.9 71.0 48.8 30.3 20.4 16.1 16.4 19.5 21.6 28.3 37.8
Pilatón DJ
H188
Chitoa 33.8 45.4 44.3 46.8 34.8 20.0 13.0 10.0 11.5 11.9 13.9 23.2 25.7
Sarapullo
H160 AJ
24.9 34.6 34.4 34.3 26.5 17.6 10.5 7.6 8.0 10.4 11.4 15.2 19.0
Toachi
Toachi
H161
AJ Pilatón 46.1 71.1 74.1 81.2 58.3 37.1 24.7 19.1 18.8 21.9 24.1 30.4 42.5
Fuente: (CONELEC, 2013)
Siendo las estaciones H155 Pilatón DJ Sacalzón y H188 DJ Chitoa las más próximas a los
sitios de captación de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa, inicialmente se evaluaron los
caudales medios en estas estaciones.
68
Los registros de los caudales medios mensuales se la estación H155 Pilatón DJ Sacalzón
del periodo 1974 – 1984, determina un caudal medio de 30.538 m3/s, que corresponde a
un caudal específico igual a 65 l/s/km2.
Los caudales medios anuales y específicos obtenidos en base a los registros de cada
estación, se incluyen en el siguiente cuadro.
69
Figura 42. Ubicación de autorizaciones de uso de aguas y caudales concesionados
Por todo lo antes expuesto se considera tomar los caudales naturales de la estación H155
como base para el análisis de los caudales disponibles en los sitios de aprovechamiento
de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa. Obviamente, se deberá considerar los caudales
autorizados para diversos usos.
Para usar los caudales medios naturales en la estación H155 Pilatón DJ Sacalzón, se
realizó el relleno y extensión de la serie, para lo cual aplicando regresiones de tipo lineal,
se correlacionaron los caudales mensuales con los registros de las estaciones H156 Pilatón
AJ Toachi, H160 Sarapullo AJ Toachi y H161 Toachi AJ Pilatón. Las ecuaciones
determinadas para el relleno y extensión de la serie de la estación H155 Pilatón DJ
Sacalzón, se muestra en el siguiente cuadro
Ecuación Correlacion, r
QH155 = 0.8649 * QH165 – 0.0542 0.95
QH155 = 1.6405 * QH160 – 0.3864 0.96
QH155 = 0.6049 * QH161 + 5.4565 0.89
Fuente: (CONELEC, 2013)
70
Figura 43. Regresión lineal entre caudales medios mensuales estación H155 Pilatón DJ
Sacalzón vs. Estación H 156 Pilatón AJ Toachi (m3/s)
Figura 44. Regresión lineal entre caudales medios mensuales estación H155 Pilatón DJ
Sacalzón vs. Estación H160 Sarapullo AJ Toachi (m3/s)
71
Figura 45. Regresión lineal entre caudales medios mensuales estación H155 Pilatón Dj
Sacalzón vs. Estación H162 AJ Pilatón (m3/s)
72
Tabla 32. Caudales medios mensuales en la estación H155 Pilatón DJ Sacalzón (m3/s)
Año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual
1964 40.22 31.45 23.57 43.18 26.49 22.88 16.27 12.45 12.89 18.32 19.51 19.89 23.93
1965 42.34 35.75 47.83 63.04 51.26 25.63 15.67 12.83 16.84 25.43 32.54 24.21 32.78
1966 46.95 57.87 53.27 46.60 48.86 25.95 17.20 13.78 12.61 25.84 14.13 19.01 31.84
1967 52.72 83.90 62.11 26.48 29.64 22.18 13.33 10.25 8.76 10.84 9.67 10.03 28.33
1968 21.72 35.53 38.97 36.24 19.91 15.64 18.04 10.66 12.94 16.59 10.32 8.59 20.43
1969 22.51 39.25 47.78 61.82 42.58 36.25 18.04 10.85 10.42 11.53 17.92 26.75 28.81
1970 43.99 62.58 50.45 55.03 48.05 26.99 14.95 11.06 12.50 13.48 19.96 26.27 32.11
1971 54.32 79.29 82.44 50.35 32.85 28.22 16.67 15.21 15.61 24.19 22.65 20.01 36.82
1972 48.81 58.25 61.64 50.08 42.50 34.23 10.27 14.81 14.90 18.27 21.69 34.46 34.91
1973 31.87 47.38 54.80 68.50 55.51 41.35 26.12 10.76 24.39 22.17 20.91 20.17 36.08
1974 38.71 71.54 58.26 47.82 44.72 28.87 15.28 9.40 14.35 33.35 31.24 48.47 36.83
1975 61.83 81.72 61.08 61.44 42.96 31.98 22.62 14.34 16.40 15.72 17.75 28.17 38.00
1976 50.20 64.18 68.43 77.85 53.90 13.54 14.44 10.79 10.23 9.67 13.85 32.29 34.86
1977 46.61 51.55 58.08 52.54 52.35 29.94 17.02 12.89 12.97 13.29 8.09 14.46 30.82
1978 43.43 37.31 43.76 60.43 60.26 19.51 16.75 10.76 12.79 14.84 9.13 20.67 29.14
1979 26.10 32.33 63.07 43.71 31.07 26.41 11.11 8.91 15.38 16.01 7.59 6.99 24.05
1980 21.66 58.85 40.58 39.09 30.28 19.79 8.72 6.89 5.04 8.40 13.86 15.63 22.40
1981 22.29 53.80 55.34 48.15 23.29 12.89 10.29 7.26 7.23 7.06 12.19 15.81 22.97
1982 41.77 54.42 41.13 47.87 39.24 17.89 10.45 7.70 9.47 28.37 46.78 57.24 33.53
1983 43.51 45.37 58.74 58.18 43.66 25.27 14.48 10.77 12.16 16.89 17.88 227.06 31.17
1984 29.67 55.34 54.29 64.28 37.31 25.05 18.90 11.85 17.76 22.22 18.36 30.87 32.16
1985
1986
1987 18.85 18.85
1988 15.61 14.60 15.58 18.16 14.80 14.43 13.96 14.00 12.91 13.37 14.52 15.05 14.75
1989 15.43 16.42 15.63 16.70 15.69 14.83 14.61 14.20 14.27 14.89 14.87 15.23
73
1990 17.10 17.53 17.65 16.96 15.68 17.49 17.66 23.88 19.70 18.29 18.19
1991 20.43 36.03 32.75 25.29 15.52 14.73 17.96 15.33 14.00 14.02 13.63 16.11 19.65
1992 15.60 16.22 17.58 17.46 16.38 15.11 14.35 14.20 14.42 14.18 14.85 15.49
1993 22.02 96.37 55.28 167.4 85.28
1994 23.98 19.79 15.54 15.91 18.80
1995
1996 13.43 13.43
1997 34.23 49.93 39.72 41.14 36.22 33.01 18.12 14.84 19.68 25.03 46.28 50.03 34.02
1998 42.29 47.56 51.14 69.21 59.38 30.26 21.12 17.51 15.74 14.71 17.45 14.33 33.39
1999 31.09 68.06 73.02 68.85 56.78 33.62 26.68 18.82 20.00 20.02 18.10 33.05 39.01
2000 44.31 63.07 73.63 85.85 68.31 39.69 18.53 14.97 17.57 19.03 13.97 15.59 39.64
2001 22.10 42.95 74.20 81.15 89.42 18.28 20.80 14.39 11.68 11.68 11.05 33.81 36.53
2002 27.82 25.55 85.72 113.5 38.18 25.07 18.79 15.80 14.67 16.97 19.60 42.05 36.98
2003 48.71 65.64 76.24 63.72 34.51 18.59 17.25 11.92 10.35 17.19 14.66 24.17 33.58
2004 35.85 50.59 35.94 48.24 47.76 30.59 20.40 12.87 19.54 23.49 24.14 30.32 31.64
2005 35.70 86.67 40.17 45.32 28.95 16.65 16.73 14.39 5.44 6.45 8.01 9.39 26.16
2006 19.14 64.79 48.28 56.42 33.59 21.18 13.96 11.94 14.39 12.14 24.30 31..01 29.26
2007 42.66 33.80 43.33 59.81 48.37 32.04 17.27 13.99 12.07 12.54 21.91 20.94 29.89
2008 83.59 80.06 74.85 78.12 51.81 29.67 27.72 20.66 19.62 27.64 32.85 35.02 46.80
Med 36.02 51.63 51.19 55.80 40.21 24.79 17.12 13.38 14.06 17.43 18.82 23.95 30.54
S 14.77 20.79 18.31 27.41 16.34 7.61 4.18 3.47 4.01 6.40 9.13 11.61 11.97
Cv 0.41 0.40 0.36 0.49 0.41 0.31 0.24 0.26 0.29 0.37 0.49 0.48 0.39
*40.22 Valores rellenados con correlación con la estación H156
18.04 Valores rellenados con correlación con la estación H160
18.85 Valores rellenados con correlación con la estación H161
Fuente: (CONELEC, 2013)
74
El caudal medio para el periodo 1964-2008 es 30.54m3/s, el valor medio de la serie
extendida es igual al de la serie original.
4.1.5.4. Caudales en las captaciones de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa
Se determina la magnitud del caudal medio en los sitios de captaciones aplicando el factor
de proporcionalidad con el área de drenaje, y también el factor por lluvia, considerando
como estación base la H155 DJ Sacalzón. La precipitación anual media de la cuenca del
río Pilatón hasta el sitio de la estación considerando el método de cálculo de las isoyetas
es 2062 mm, mientras que la precipitación en la cuenca del río Pilatón es 1925 mm, por
tanto, el factor de precipitación es 0.93, la precipitación en la cuenca del río Santa Ana es
75
2265 mm, entonces el factor es 1.10 y la precipitación en la cuenca del río Chitoa es 2271,
el factor también es 1.10.
Los caudales disponibles en los sitios de captación serán iguales a los naturales
considerando que las derivaciones son mínimas.
76
Tabla 34. Caudales medios mensuales en el Río Pilatón captación PSA (CSA1)
Año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual
1964 23.29 18.22 13.65 25.01 15.34 13.25 9.42 7.21 7.47 10.61 11.30 11.52 13.86
1965 24.52 20.70 27.70 36.51 29.69 14.84 9.07 7.43 9.75 14.72 18.85 14.02 18.98
1966 27.19 33.51 30.85 26.99 28.29 15.03 9.96 7.98 7.30 14.96 8.18 11.01 18.44
1967 30.53 48.59 35.97 15.34 17.16 12.85 7.72 5.93 5.07 6.28 5.60 5.81 16.40
1968 12.58 20.57 22.57 20.99 11.53 9.05 10.45 6.17 7.49 9.61 5.98 4.98 11.83
1969 13.04 22.73 27.67 35.80 24.66 20.99 10.45 6.28 6.03 6.68 10.38 15.49 16.68
1970 25.47 36.24 29.22 31.87 27.83 15.63 8.66 6.40 7.24 7.81 11.56 15.21 18.59
1971 31.46 45.92 47.74 29.16 19.02 16.34 9.66 8.81 9.04 14.01 13.11 11.59 21.32
1972 28.27 33.73 35.70 29.00 24.61 19.82 11.16 8.58 8.63 10.58 12.56 19.95 20.22
1973 18.45 27.44 31.74 39.67 32.14 23.95 15.13 11.44 14.12 12.84 12.11 11.68 20.89
1974 22.42 41.43 33.74 27.69 25.90 16.72 8.85 5.45 8.31 19.31 18.09 28.07 21.33
1975 35.81 47.33 35.37 35.58 24.88 18.52 13.10 8.30 9.50 9.10 10.28 16.31 22.01
1976 20.07 37.17 39.63 45.08 31.21 7.84 7.78 6.25 5.92 5.60 8.02 18.70 20.19
1977 26.99 29.85 33.63 30.43 30.32 17.34 9.86 7.46 7.51 7.70 4.69 8.37 17.85
1978 25.15 21.61 25.34 35.00 34.90 11.30 9.70 6.23 7.41 8.59 5.29 11.97 16.87
1979 15.11 18.66 36.52 25.31 17.99 15.29 6.43 5.16 8.91 9.27 4.40 4.05 13.93
1980 12.54 34.08 23.50 22.64 17.54 11.46 5.05 3.99 2.92 4.86 8.03 9.05 12.97
1981 12.91 31.16 32.05 27.88 13.49 7.46 5.96 4.20 4.19 4.09 7.06 9.16 13.30
1982 24.19 31.52 23.82 27.72 22.72 10.36 6.05 4.46 5.48 16.43 27.09 33.15 19.42
1983 25.20 26.27 34.02 33.69 25.28 14.63 8.39 6.24 7.04 9.78 10.36 15.67 18.05
1984 17.18 32.05 31.44 37.23 21.61 14.51 10.95 6.86 10.29 12.87 10.63 17.88 18.62
1985
1986
1987 10.92 10.92
1988 9.04 8.46 9.02 10.52 8.57 8.35 8.09 8.11 7.48 7.74 8.41 8.72 8.54
1989 8.93 9.51 9.05 9.67 9.09 8.59 8.46 8.23 8.26 8.62 8.61 8.82
77
1990 9.90 10.15 10.22 9.82 9.08 10.13 10.23 13.83 11.41 10.59 10.54
1991 11.83 20.87 18.97 14.64 8.99 8.53 10.40 8.88 8.11 8.12 7.90 9.33 11.38
1992 9.03 9.40 10.18 10.11 9.49 8.75 8.31 8.22 8.35 8.21 8.60 8.97
1993 12.75 55.81 32.01 96.97 49.39
1994 13.89 11.46 9.00 9.21 10.89
1995
1996 7.77 7.77
1997 19.82 28.91 23.00 23.82 20.98 19.12 10.50 8.59 11.40 14.50 26.80 28.97 19.70
1998 24.49 27.54 29.62 40.08 34.39 17.52 12.23 10.14 9.12 8.52 10.10 8.30 19.34
1999 18.01 39.42 42.29 39.87 32.88 19.47 15.45 10.90 11.58 11.60 10.48 19.14 22.59
2000 25.66 36.52 42.64 49.72 39.56 22.99 10.73 8.67 10.17 11.02 8.09 9.03 22.90
2001 12.80 24.88 42.97 47.00 51.78 10.58 10.71 12.04 8.33 6.76 6.40 19.58 21.15
2002 16.11 14.79 49.64 65.73 22.11 14.52 10.98 9.15 8.50 9.83 11.35 24.35 21.41
2003 28.21 38.02 44.15 36.90 19.98 10.77 9.99 6.90 6.00 9.96 8.49 14.00 19.45
2004 20.76 29.30 20.81 27.94 27.66 17.71 11.82 7.45 11.32 13.60 13.98 17.56 18.33
2005 20.68 50.19 23.26 26.25 16.77 9.64 9.69 8.33 3.15 3.74 4.64 5.44 15.15
2006 11.08 37.52 27.96 32.68 19.45 12.27 8.09 6.91 8.33 7.03 14.07 17.96 16.95
2007 24.70 19.58 25.09 34.64 28.01 18.55 10.00 8.10 6.99 7.26 12.69 12.13 17.31
2008 48.41 46.36 43.35 45.24 30.00 17.18 16.06 11.97 11.37 16.01 19.02 20.28 27.10
Med 20.70 30.46 30.13 32.40 23.33 14.38 9.95 7.77 8.11 9.95 10.67 13.93 17.7
S 8.76 12.11 10.54 16.25 9.58 4.53 2.48 2.06 2.37 3.73 5.26 6.89 6.93
Cv 0.42 0.40 0.35 0.50 0.41 0.31 0.25 0.27 0.29 0.37 0.49 0.49 0.39
Fuente: (CONELEC, 2013)
78
Tabla 35. Caudales característicos en valores medios mensuales de las captaciones del
Aprovechamiento PSA (m3/s)
79
Para la determinación de los caudales ecológicos, a manera de referencia, se aplica el método
de Tennant, ampliamente usado en la ingeniería nacional, es decir, que el caudal ecológico
será al menos al 10% del caudal anual (CONELEC, 2013) .
Los caudales aprovechables en los sitios de captación de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa,
serán la diferencia entre los naturales, los usos y los ecológicos. Los caudales aprovechables
se detallan en el siguiente cuadro.
Q
Q Q
Área Cota Q med Otros Q eco
Sitio disp40% aprov40%
(km2) (msnm) (m3/s) usos (m3/s)
(m3/s) (m3/s)
(m3/s)
Río Pilatón
captación PSA 291.6 1400 17.657 17.164 0.240 1.766 15.158
(CSA1)
Río Santa Ana
captación PSA 114.9 1400 8.183 7.954 0.000 0.818 7.136
(CSA2)
Río Chitoa
captación PSA 54.1 1400 3.864 3.76 0.000 0.386 3.370
(CSA3)
Fuente: (CONELEC, 2013)
80
Tabla 37. Caudales aprovechables mensuales en las captaciones (m3/s)
Captación ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Qmed Río 20.86 29.90 29.64 32.31 23.29 14.36 9.91 7.75 8.14 10.09 10.90 13.87
Pilatón(CSA1)
Qmed Río 9.67 13.86 13.74 14.97 10.79 6.65 4.59 3.59 3.77 4.68 5.05 6.43
Santa Ana
(CSA2)
Qmed Río 4.57 6.54 6.49 7.07 5.10 3.14 2.17 1.70 1.78 2.21 2.39 3.04
Chitoa (CSA3)
Qaprov40% Río 23.03 32.95 32.33 36.33 25.68 15.48 10.52 8.26 8.73 11.03 12.24 15.58
Pilatón Río
Pilatón(CSA1)
Qaprov40% Río 10.67 15.27 14.98 16.84 11.90 7.17 4.88 3.83 4.04 5.11 5.67 7.22
Santa Ana
(CSA2)
Qaprov40% Río 5.04 7.21 7.07 7.95 5.62 3.39 2.30 1.81 1.91 2.41 2.68 3.41
Chitoa (CSA3)
Qaprov40% 38.74 55.43 54.38 61.12 43.2 26.04 17.7 13.9 14.68 18.55 20.59 26.21
Total
Fuente: (CONELEC, 2013)
81
1967 210.576
1968
1969 186.086
1970 249.333
1971 154.098
1972
1973 280.693
1974 266.011
1975 254.783
1976 243.725
1977 245.295
1978 217.594
1979 232.069
1980 234.103
1981 174.075
1996 -
1997 122.525
1998 -
2000 -
2001 260.38
2002 262.999
2003 260.38
2004 393.081
2005 301.223
2006 167.481
2007 211.063
2008 426.776
2009 308.356
2010 370.417
med 243.26
S 73.63
Cs 0.67
Fuente: (CONELEC, 2013)
82
Los caudales máximos con periodo de retorno se obtuvieron para los sitios de interés CSA1,
CSA2 y CSA3, aplicando una distribución de probabilidades Log-Normal.
A una distribución de probabilidades tipo Gumbel. Para otros valores de Cs, se puede aplicar
una distribución Pearson, de acuerdo a las recomendaciones establecidas para el análisis de
frecuencias incluidas en (Monsalve, 1995).
XT= Xmed + S KT
Ecuación 10
En primera instancia se han obtenido los valores de caudales máximos asociados a varios
periodos de retorno para la estación H156. En base a estos datos y aplicando coeficientes de
transposición de caudales máximos en base al área de drenaje se determinan los caudales de
83
crecida para los sitios de captación del proyecto hidroeléctrico Pilatón Santa Ana. El factor de
transposición para los caudales máximos de la captación del río Pilatón es 0.561, para el río
Santa Ana es 0.221 y para el río Chitoa es 0.104.
En el siguiente cuadro se resumen los valores de los caudales máximos determinados en los
sitios de interés CSA1, CSA2 y CSA3.
El caudal específico máximo para un periodo de retorno de 100 años es de 0.92 m3/s/km2.
El estudio del proyecto hidroeléctrico del río Sarapullo de Genlitoral realizado por el INAMHI
(2007), reporta un caudal específico máximo para un retorno de 100 años, aplicando el método
del hidrograma sintético del SCS, igual al valor de 0.91 m3/s/km2.
84
El movimiento de las partículas que arrastra el río obedece a características propias del flujo,
de la geometría del cauce y de las partículas o materiales que conforman el fondo. El inicio o
umbral del movimiento de las partículas se relaciona con el esfuerzo de corte actual en el
fondo, el esfuerzo crítico de corte, la velocidad media en la sección transversal y la velocidad
en el fondo.
Se busca calcular la cantidad total del material que puede ser transportado.
Hay tres parámetros importantes que afectan la carga de fondo, según Lane y Barland:
La carga de sólidos en suspensión en la estación H188 Pilatón DJ Chitoa, resulta menor debido
a los menores caudales registrados en esta estación, en todo caso los valores mantienen
coherencia.
85
Para la determinación de la carga de transporte de sólidos en suspensión en las captaciones
de los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa, se consideró la carga de la estación H155 Pilatón DJ
Sacalzón, por ser el valor mayor. El siguiente cuadro incluye los valores de transporte en
suspensión estimados para los sitios de captación.
El transporte de fondo de acuerdo con el criterio de Maddock, se toma como un porcentaje del
transporte en suspensión.
86
Por tanto, las cargas de sedimentos para las captaciones del proyecto hidroeléctrico Pilatón
Santa Ana son las presentadas en el siguiente cuadro.
El proyecto hidroeléctrico Pilatón Santa Ana contempla la captación de las aguas de las
siguientes fuentes ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa, aproximadamente en la cota 1400 msnm.
Los ríos Pilatón, Santa Ana y Chitoa son parte del sistema hidrográfico del río Esmeraldas y
corresponde a la subcuenca del río Blanco, las cuencas hidrográficas de interés para el
proyecto hidroeléctrico se caracterizan por sus fuertes pendientes, presentan una cobertura
vegetal poco intervenida, en la cuenca del río Pilatón se observa una mayor intervención.
El área de aporte de las fuentes hídricas son río Pilatón A= 291.5 Km2, río Santa Ana A = 114.9
Km2, río Chitoa A = 291.5 Km2.
Los suelos de la zona son principalmente franco limosos que corresponden al grupo
hidrológico B, en cuanto a las precipitaciones se consideraron varias estaciones pluviométricas
de la zona, se determinó la variación altitudinal. En la parte alta se registran precipitaciones
anuales de 1500 mm mientras que en la zona baja se observan registros del orden de 2500
mm.
87
Tabla 44. Precipitación anual media en las cuencas de las captaciones (mm)
Lámina de Precipitación
Sitio/Cuenca
(mm/año)
Río Pilatón captación PSA (CSA1) 1925
Río Santa Ana captación PSA (CSA2) 2264
Río Chitoa captación PSA (CSA3) 2271
Fuente: (CONELEC, 2013)
Los registros de los caudales medios mensuales de la estación H155 Pilatón DJ Sacalzón del
periodo 1974 – 1984, determinan un caudal medio de 30.538 m3/s, que corresponde a un
caudal específico igual a 65 l/s/km2. Datos que sirvieron de base para determinar los caudales
en las captaciones.
El caudal específico máximo para un periodo de retorno de 100 años es de 0.92 m3/s/km2.
La carga total de solidos aportantes desde las cuencas hasta los sitios de captación se incluyen
en el siguiente cuadro.
Desde el punto de vista hidrológico y de las cuencas hidrográficas y de los ríos analizados y
de la estación H155 se consideran homogéneas y similares.
Los caudales con probabilidad de excedencia asociada para los sitios de captación son:
88
Tabla 46. Caudales con probabilidad de excedencia asociada
Caudales Caudales Caudales
Probabilidad de Río Pilatón Río Santa Ana Río Chitoa
excedencia captación PSA captación PSA captación PSA
(%) (CSA1) (CSA2) (CSA3)
(m3/s) (m3/s) (m3/s)
10 34.636 16.051 7.579
20 27.827 12.896 6.089
30 22.416 10.388 4.905
40 17.164 7.954 3.756
50 12.846 5.953 2.811
60 10.607 4.916 2.321
70 9.213 4.270 2.016
80 8.351 3.870 1.828
90 7.029 3.258 1.538
Qmed 17.657 8.183 3.864
Fuente: (CONELEC, 2013)
Para el pre dimensionamiento del perfil Creager se utilizó la metodología recomendada por el
BUREAU OF RECLAMATION en el cual procedemos a determinar la altura del azud para
89
después determinar los valores de los coeficientes necesarios para la determinación de las
coordenadas del perfil.
𝑌 𝑥
= −𝐾( )𝑛
𝐻𝑜 Ho
Ecuación 11
Para determinar el valor de Ho (calado crítico de máxima crecida) del diseño determinamos el
coeficiente de descarga del vertedero siguiendo la metodología recomendada por Gehy.
Según Gehy se puede determinar el coeficiente de descarga mediante la relación P/Ho, donde
P es la altura del paramento mientras que Ho es la carga de diseño del vertedero. (García
Vélez, 2000) estas relaciones son:
𝑃
Cuando 0 ≤ Ho < 0.5
𝑃 𝑃
Co =-2.025 [Ho]2 + 2.8 [Ho] + 1.704
𝑃
Cuando 0.6 ≤ Ho < 2.5
𝑃 𝑃
Co = -0.034 [Ho]2 +0.145 [Ho] + 2.031
𝑃
Cuando Ho > 2.5
Co = -2.18
Una vez determinado el coeficiente de descarga del perfil Creager se puede utilizar la ecuación
de descarga en vertederos para así determinar de manera teórica el valor de Ho esta ecuación
es:
Q=Co *L * H3/2
Ecuación 12
90
Tabla 47. TEORIA DE GEHY PARA EL COEFICIENTE c
P/Ho asumido c Ho P/Ho
0.50 2.10 2.96 1.18
1.01 2.14 2.92 1.20
1.10 2.15 2.91 1.20
1.15 2.15 2.91 1.20
1.19 2.16 2.91 1.20
1.20 2.16 2.91 1.20
1.30 2.16 2.90 1.21
1.40 2.17 2.90 1.21
1.50 2.17 2.89 1.21
1.60 2.18 2.89 1.21
1.80 2.18 2.89 1.21
2.0 2.19 2.88 1.21
Fuente: Elaboración propia
Mediante un proceso iterativo se determina los valores de c y Ho lo que nos permite comprobar
cuál será la máxima descarga del vertedero mediante la fórmula general de vertederos de
pared delgada.
Q=CM*b *L * H3/2
Ecuación 13.
Donde:
C: es un coeficiente de corrección
M: es un coeficiente según la forma del vertedero
B: es el ancho del vertedero
H: es la carga
Una vez determinado el valor del parámetro P (carga en máxima crecida) Ho se
determinara la carga cinética en máxima crecida ho.
91
𝑄𝑚𝑎𝑥
ho=2𝑔𝐿(𝑃+ℎ0)2
Ecuación 14
Donde:
g: gravedad.
L: longitud del vertedero.
P: altura del paramento.
ho: carga cinética.
ho 0.43306
= = 0.148
Ho 2.92
Ecuación 15
Una vez obtenido el valor de ho podemos obtener los valores de K y n utilizando las tablas del
libro DISEÑO DE PRESAS PEQUEÑAS BUREAU OF RECLAMATION.
K= 0.49
Fuente: (Udall & Dominy, 1972)
92
Figura 47. Grafico ábaco para la obtención de n
n=1.83
Fuente: (Udall & Dominy, 1972)
Ecuación 16
93
1 -0,20
1,5 -0,42
2 -0,72
2,5 -1,08
3 -1,51
3,5 -2,00
4 -2,55
4,5 -3,17
5 -3,84
5,5 -4,57
6 -5,36
6,5 -6,20
7 -7,10
Fuente: Elaboración propia
Figura 48. Perfil del vertedero tipo Creager de Pilatón – Santa Ana
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
94
𝑄 = CD √(2g) h3/2 Le
Ecuación 17
Donde:
Q: Caudal (m3/s).
CD: Coeficiente de descarga para valores entre 0,55 y 0,65.
g: Aceleración de la gravedad (m/s2).
h: Carga hidráulica sobre la cresta (m).
Le: longitud efectiva del vertedero (m).
Para la determinación de la longitud efectiva (Le) del Vertedero Tipo Tecla de Piano se realizó
un análisis teniendo en cuenta las principales variables que son el ancho y la profundidad de
cada unidad.
Ecuación 18
Figura 49.
Mediante procesos iterativos se determina el número de unidades además del calado crítico
en el evento de máxima crecida.
95
Mediante la fórmula de vertederos de pared delgada ponemos una h aproximada para un
Prediseño.
𝑄 = CD √(2g) h3/2 Le
Ecuación 19
96
Figura 50. Curva de descarga para el pre dimensionamiento del vertedero Tipo Tecla De
Piano
CURVA DE DESCARGA
350
300
250
Q(m3/s)
200
150
100
50
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
ALTURA(m)
Para la comparación técnica se tomó los parámetros más importantes de cada vertedero que
influyen en el diseño y construcción de los mismos.
97
Tabla 52. Tabla comparativa entre el vertedero tipo tecla de piano y perfil Creager (Calado)
Al realizar la comparación técnica del calado entre el vertedero tipo tecla de piano y el
vertedero con perfil Creager se observa que el vertedero tipo tecla de piano es 51,72 % menor
que el vertedero con perfil Creager, lo que permite concluir que:
• Los niveles máximos y mínimos de operación en el vertedero tipo tecla de piano serán
menores, por lo tanto, los muros de ala o muros de encauzamiento serán de menor
altura, teniendo en cuenta la altura de seguridad en el caso de una creciente extrema.
• La energía a disiparse en el cuenco disipador aguas abajo del vertedero tipo tecla de
piano es menor que la del vertedero con perfil tipo Creager, por consiguiente, las obras
de disipación de energía serán de menor volumen o tamaño, dando como resultado un
menor costo de inversión del proyecto.
• Los riesgos asociados al calado de máxima crecida son menores en el vertedero tipo
tecla de piano debido a su forma en zigzag, ya que ésta disipa la energía del río cuando
el agua ingresa y sale por sus unidades o teclas disminuyendo el riesgo de desborde
del vertedero.
Tabla 53. Tabla comparativa entre el vertedero tipo tecla de piano y perfil Creager (Longitud
efectiva)
La longitud efectiva del perfil Creager es un 37,76 % menor que la longitud efectiva del
vertedero tecla de piano, por lo que se concluye que:
• El vertedero tipo tecla de piano puede ser implantado en secciones de río que tengan
un ancho mínimo y por su forma en zigzag y geometría la longitud efectiva va a ser
mayor que la del vertedero con perfil Creager, aumentando la capacidad de descarga.
98
• Mientras que con el vertedero con perfil Creager la longitud efectiva será menor debido
a que tendrá la forma de una línea continua horizontal que no aumentará la capacidad
de descarga del vertedero.
• En el vertedero tipo tecla de piano la relación de la longitud efectiva y la altura del
vertedero son inversamente proporcionales, debido a que a menor longitud efectiva
mayor altura de las unidades y viceversa.
• Con una mayor longitud efectiva del vertedero tecla de piano, se puede evacuar con
mayor facilidad los elementos flotantes del cuerpo de agua, reduciendo el impacto
morfológico del río aguas abajo.
Tabla 54. Tabla comparativa entre el vertedero tipo tecla de piano y perfil Creager
(Coeficientes de descarga)
VERTEDERO TIPO PERFIL
DESCRIPCIÓN UNIDAD
TECLA DE PIANO CREAGER
COEFICIENTES DE DESCARGA
(Co) Adim. 2 2,16
Fuente: Elaboración propia
En el vertedero tipo tecla de piano se determinó que el coeficiente de descarga será igual a
dos para propósitos de diseño, debido a la similitud del funcionamiento de este vertedero con
el vertedero de pared delgada; mientras que el coeficiente de descarga del vertedero Creager
se determinó mediante el planteamiento de Gehy, método recomendado por bibliografía
especializada en el diseño de obras hidráulicas.
Para la determinación del coeficiente de diseño del vertedero de perfil Creager se utilizó
ábacos del libro Bureau Of Reclamation (USBR) para hallar el valor de 2,16.
Tabla 55. Tabla comparativa entre el vertedero tipo tecla de piano y perfil Creager (Aforo
máximo de diseño)
99
• El aforo máximo de diseño del vertedero tipo tecla de piano, con dimensiones finales
para la construcción, es un 10 % mayor que el perfil Creager con sus dimensiones
finales para su construcción
• Mientras que con el vertedero tipo tecla de piano se puede descargar un 40% más que
el caudal de máxima crecida, condición inicial de diseño, con el perfil Creager se puede
descargar un 27% más que el caudal inicial de diseño.
Para la comparación de costos se tomó en cuenta los rubros y cantidades que más inciden en
cada uno de los vertederos, cuyos volúmenes de obra fueron calculados en base a los planos
del capítulo V, sub capítulo 3.
Los valores de los rubros manejados son los del medio ecuatoriano actual; los mismos que en
el análisis de precios unitarios incluyen rendimiento, mano de obra y equipo a usarse.
100
Tabla 56. Valores de los rubros manejados
CANTIDAD PRECIO UNITARIO PRECIO TOTAL
DESCRIPCIÓN DE RUBROS PRINCIPALES UNIDAD TECLA DE PERFIL TECLA DE PERFIL TECLA DE PERFIL
PIANO CREAGER PIANO CREAGER PIANO CREAGER
101
Una vez realizada la comparación de costos, se puede concluir que el vertedero tipo tecla
de piano representa un 66% del costo del vertedero con perfil Creager; los rubros usados
para los dos presupuestos son los mismos, a excepción de dos de ellos, los cuales solo se
calcularon para el vertedero con perfil Creager. El costo del vertedero con perfil Creager
es más elevado, debido al área, volumen y dimensiones del mismo, ya que estas
propiedades son mayores que en el vertedero tipo tecla de piano.
102
5. DISEÑO DEFINITIVO DEL VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO
• El caudal que se tome en cuenta será el que corresponda a una crecida entre 50 y
100 años, para condiciones de operación extrema.
• Calcular el caudal de captación de acuerdo a la topografía de la zona.
• Para reducir el ingreso de sólidos de fondo, se puede incluir un canal de limpieza o
desripiador.
• Para la operación de captación del caudal de diseño se deberá tener en cuenta que
se podrá efectuar en época de estiaje y durante el periodo de crecientes centenarias
o extremas.
• El diseño de la estructura vertedora en el cauce del río, deberá permitir el paso de
la creciente máxima de diseño, mediante la acción combinada entre los muros de
encauzamiento y el cuenco disipador aguas abajo se deberá contemplar una
protección como un colchón de agua con un enrocado o una losa de hormigón.
• El curso del río se recomienda que sea un tramo recto o curvo.
• Topografía del terreno (pendiente del cauce, ancho del valle).
• Caudal a derivarse, caudal del río, ángulo de desvío.
• Régimen del río, niveles de aguas mínimas y máximas ordinarias, nivel de aguas
máximas extraordinarias (periodo de retorno).
• Acarreo de materiales (tamaño de materiales acarreados, frecuencia de acarreo,
materiales de fondo, materiales de suspensión).
• Capacidad portante de los suelos, geología del lugar del emplazamiento del
vertedero.
• Disponibilidad presupuestal debido a la importancia de la obra.
El diseño hidráulico del vertedero Tipo Tecla De Piano, de acuerdo a las condiciones
planteadas inicialmente, consiste en determinar la altura, las dimensiones del vertedero y
el número de unidades del mismo para poder evacuar el caudal de máxima crecida con un
tiempo de retorno de 100 años.
103
5.2.1. Cálculo hidráulico de las dimensiones del vertedero
Para el dimensionamiento del vertedero Tipo Tecla de Piano se usó la ecuación del
vertedero de pared delgada que tiene el mismo funcionamiento hidráulico.
𝑄 = CD √(2g) h3/2
Ecuación 20
Donde:
Q: Caudal.
CD: Coeficiente de descarga.
g: gravedad.
h: altura del vertedero.
Le: longitud efectiva
Mediante operaciones iterativas se obtuvo las dimensiones óptimas del Vertedero Tipo
Tecla de Piano usando los datos conocidos como el caudal de máxima crecida con un
tiempo de retorno de 100 años, la gravedad y el coeficiente de descarga que según Sotelo
en su libro de Hidráulica General vol. 1 el valor es de (2).
Para la longitud efectiva (Le) se dedujo mediante la geometría del vertedero y las
condiciones que el lugar ofrece.
104
Tabla 57. Tabla de dimensionamiento del vertedero tipo tecla de piano
Q max
267,32 m3/s h(m) n teclas Q(m3/s)
crecida
a 3,2 m 0,0000 6 0,00
b 7,00 m 0,2000 6 9,70
Cd 2 adim 0,4000 6 27,42
gravedad 9,81 m/s 0,6000 6 50,38
0,8000 6 77,56
1,0000 6 108,40
1,2000 6 142,50
1,4000 6 179,56
1,6000 6 219,39
1,8000 6 261,78
1,8253 6 267,32
2,0000 6 306,60
2,4000 6 403,04
3,0000 6 563,26
Fuente: Elaboración propia
Por seguridad del funcionamiento hidráulico se decidió realizar el cálculo del caudal con
una altura de 2,40 m dando como resultado que satisface para el caudal de máxima crecida
centenaria.
105
Figura 51. Curva de descarga del vertedero tipo tecla de piano h=2,40 m
400,00
Q=m3/s
300,00
200,00
100,00
0,00
0,0000 0,5000 1,0000 1,5000 2,0000 2,5000 3,0000 3,5000
h=(m)
106
Figura 52. Dimensiones vertedero tipo tecla de piano
107
5.3. Planos de construcción
108
Figura 54. Cortes del vertedero tipo Tecla de Piano.
109
Figura 55. Perspectivas en 3D del vertedero tipo Tecla de Piano.
110
5.4. Especificaciones técnicas.
Generalidades
Alcance de los trabajos. Este tema cubre todo lo relacionado con el replanteo de las
obras, limpieza y desbroce de los lugares de los trabajos y disposición final de todos los
materiales que se produzcan en la limpieza y desbroce e incluyen las siguientes áreas:
111
5.4.2. Excavación a cielo abierto.
Alcance de los trabajos. Este rubro cubre todos los trabajos de remoción de capa vegetal,
roturación del suelo, carga, transporte, descarga, colocación en los sitios donde vayan a
ser utilizados o en los sitios de disposición final en las zonas de depósitos de materiales en
las áreas que constan en los planos o lo disponga la Fiscalización. Las áreas de excavación
a cielo abierto incluyen, pero no están limitadas a:
Durante la ejecución de los trabajos puede presentarse la necesidad de variar las cotas,
alineaciones, gradientes y dimensiones constantes en los planos como también modificar
los niveles de cimentación, si los materiales encontrados en las cotas indicadas, no
satisfacen a los requerimientos técnicos.
Materiales y equipos. El Contratista podrá utilizar los materiales y equipos que considere
conveniente para la realización de este rubro, pero deberá comunicar previamente a la
Fiscalización y obtener las aprobaciones respectivas. El Contratista es responsable del
almacenamiento, control y registro del material explosivo, mecha, fulminantes y
detonadores que vaya a utilizar.
112
antes de la iniciación de los trabajos. El Contratista podrá utilizar el material adecuado que
salga de la excavación, hasta donde le sea posible, para construcciones temporales
siempre y cuando sea aprobado por la Fiscalización.
Excavación para estructuras. La superficie excavada para fundaciones deberá ser firme
y estable en los niveles y dimensiones previstos, si la excavación excede a estos niveles y
dimensiones, la sobre excavación no será pagada y el Contratista deberá rellenar, a su
costo, con hormigón de la misma calidad de aquel que vaya a utilizarse en la fundación o
con material selecto y compactado, aprobados por la Fiscalización. Si el material de la
113
superficie de fundación fuera de mala calidad, deberá ser sustituido por otro material y
compactado mediante capas de 0,15 m de espesor con una compactación del 95%. Los
costos están contemplados en el precio unitario propuesto.
Relleno de zanjas. El relleno se iniciará colocando suelo fino hasta una altura de 0,30 m
por encima del conducto o tubería que contenga la zanja, mediante capas compactadas de
0,10 m de espesor, con pisones de mano y sin causar daño a las tuberías; en caso de
producir daño, la reparación correrá por cuenta del contratista. Desde el nivel indicado
anteriormente se completará el relleno hasta la altura final con material aprobado por la
Fiscalización, en capas horizontales de no más de 0,20 m de espesor compactadas
manualmente o por medios mecánicos operados manualmente (rodillos, pisones
neumáticos), manteniendo los límites de humedad adecuados. No se permitirá que un
relleno parcial se mantenga por mucho tiempo sin completarse ni que queden vacíos en su
interior. Cuando estas zanjas tengan entibados, éstos se irán retirando a medida que
avanza el relleno. Concluido el relleno, se limpiará todo el material sobrante de los
alrededores y restaurar la superficie hasta obtener condiciones iguales a las que había
antes de la excavación.
Cuidará de los daños que pudieran producir las lluvias, mediante el empleo de drenajes
adecuados.
Relleno para plataformas. En las áreas donde se conformen las plataformas se retirará
la capa vegetal y el suelo inapropiado hasta la profundidad que determine la Fiscalización.
Cuando la pendiente del terreno sea mayor a 20% se cortará la ladera en escalones de
ancho suficiente para que pueda operar el equipo de compactación y se iniciará en la
intersección del terreno original con los planos de los escalones. El suelo no deberá tener
más de 25% de rocas de diámetro mayor de 0,15 m y se colocará en capas no mayores a
0,30 m de espesor antes de compactarse. La compactación deberá ser tal que alcance el
95% de densidad seca según el ensayo Proctor Standard ASTM D 698 T Método C y para
material granular con el ensayo Proctor Standard Modificado. Si se permitiera la utilización
de rocas de diámetros mayores a 0,15 m, serán distribuidos en capas de espesor suficiente
para contener estas rocas, pero no más de 0,60 m de espesor, medidos antes de
compactarse y cubiertos los intersticios con suelo sin roca para obtener una masa
compacta y densa.
Rellenos tras muros. El relleno en las áreas adyacentes a las estructuras se realizará
hasta obtener una densidad equivalente o mejor a la del suelo circundante usando medios
114
de compactación manuales o mecánicos operados manualmente. No se permitirá la acción
de rodillos vibradores dentro de los 2,00 m adyacentes a las estructuras; en todo caso la
Fiscalización podrá aprobar el uso de equipo o maquinaria de compactación. La
compactación junto a estructuras de hormigón no deberá comenzar antes de 14 días de
colocado el hormigón. Las características del material de relleno serán las indicadas a
continuación: deberá ser suelo granular, material rocoso o combinaciones de ambos; libre
de material orgánico y escombros; tendrá una granulometría tal que todas las partículas
pasen por el tamiz de 100 mm, con abertura cuadrada y no más de 20% pasará el tamiz
No. 200 (0,075 mm), de acuerdo al ensayo AASHO-T.11. La parte del material que pase el
tamiz No. 40 (0,425 mm) deberá tener un índice de plasticidad no mayor a 9 y límite líquido
hasta 35% siempre que el valor del CBR sea mayor al 20%, tal como se determina en el
ensayo AASHO-T- 91. El material mayor al especificado deberá ser retirado antes de que
se incorpore al material en la obra. La densidad de la capa compactada deberá ser el 95%
de la densidad máxima, según AASHO-T- 180, método D. La capa superficial no deberá
contener rocas o piedras que pasen por el tamiz de 7,5 cm de abertura.
Disposición del material de excavación. Será realizada en forma tal que no se produzcan
derrumbes en el futuro, no comprometa la seguridad de las obras permanentes en la fase
de operación de la central ni ponga en peligro las operaciones de construcción.
115
tomando cuidado de causar daños a las áreas circundantes, a estructuras o rellenos y
terraplenes que estén dentro del área de los trabajos.
Generalidades. El pago por excavación a cielo abierto se hará sobre la base del precio
unitario por metro cúbico de la Tabla de Cantidades y Precios y estarán incluido los costos
de mano de obra, equipos, herramientas, materiales, rellenos, obras provisionales, drenaje
temporal, transporte, trabajos de acabado de superficies de las zonas de disposición final
y todo los gastos que tenga que realizar el Contratista para realizar el rubro de acuerdo con
estas especificaciones y a satisfacción de la Fiscalización. Los rubros de pago serán los
siguientes:
5.4.4. Hormigón
Cemento
116
Cemento. El cemento a utilizarse será portland tipo I, cuyas características cumplirán los
requerimientos de la especificación ASTM C 150 o norma equivalente.
1. Muestras para ensayos. Muestras representativas del cemento serán tomadas por
la Fiscalización, según las recomendaciones de las normas C183 ó C311 de la
ASTM.
Las muestras serán tomadas en el puerto cuando se trate de cemento importado,
en los sitios de almacenamiento en caso de cementos nacionales, y en los lugares
de almacenamiento en el sitio del Proyecto.
2. Ensayos. Los ensayos serán aquellos especificados en las normas C-150 de la
ASTM, para cemento. En base a resultados estadísticos que se obtengan y a los
certificados de control de calidad del cemento presentado por el fabricante o por el
Contratista, la Fiscalización podrá definir:
• Los ensayos a efectuarse con mayor prioridad.
• La frecuencia de ejecución de ciertos ensayos tales como: calor de hidratación,
expansión en autoclave, determinación de álcalis, etc.
• La modificación de la frecuencia de toma de muestras individuales o compuestas.
5.4.6. Agregados
El material deberá ser obtenido por el Contratista de las fuentes de abastecimiento por él
seleccionadas y aprobadas por la Fiscalización.
117
Ensayos. Los ensayos cuyos resultados deben someterse para la aprobación de la
Calidad. Los agregados deberán tener sus partículas de roca resistente, densa, durables,
limpias, libres de elementos indeseables, tales como arcillas, limos o materia orgánica.
Impurezas no deseables. Los siguientes son los porcentajes máximos (en peso de la
muestra) permisibles de sustancias no deseables:
Arcilla 0,25
Otras 1,0
118
El agregado grueso será rechazado si además de lo indicado no cumple con las siguientes
especificaciones:
5.4.7. Granulometría
119
Tabla 60. Porcentaje de retención en tamices
Tamiz % en peso que pasa el tamiz
1’’ (25 mm) 100
3/4’’ (19 mm) 90-100
3/8’’ (9,5 mm) 20-45
No. 4 0-5
Fuente: (Empresa Eléctrica Quito S. A.,)
5.4.8. Aditivos
Ningún aditivo se utilizará sin previo ensayo con los materiales que van a utilizarse en la
obra. Por esta razón, el Contratista someterá un aditivo a su aprobación, por lo menos con
60 días de anticipación a su uso propuesto.
5.4.9. Dosificación
120
La planta mezcladora deberá asegurar una uniforme distribución de todos los componentes
del hormigón al final del período de mezclado.
Las canaletas para el vaciado del hormigón serán cónicas y no se dejará caer verticalmente
al hormigón de alturas mayores de 1,5 m, excepto cuando se utilice un equipo que evite la
segregación y sea expresamente autorizado por la Fiscalización.
El Contratista facilitará la identificación visual, con etiquetas o marcas de color, de los tipos
de hormigones que llegan para ser vaciados y mantendrá contacto telefónico o por radio
entre el sitio de la obra y las plantas de dosificación y mezclado.
5.4.10. Encofrados
Generalidades. Los encofrados deberán tener suficiente rigidez para mantener su posición
y resistir las presiones del vaciado y vibrado del hormigón, y serán lo suficientemente
apretados para evitar la pérdida de mortero. Las superficies de contacto con el hormigón,
deberán encontrarse limpias, libres de toda sustancia indeseable. Las superficies que luego
serán expuestas estarán exentas de bordes agudos y de defectos e imperfecciones.
121
y desmontaje. Las cargas asumidas en el diseño deberán garantizar su comportamiento
durante todas las operaciones de hormigonado. Todo encofrado con fallas o alabeado será
rechazado y reemplazado, a expensas del Contratista.
De modo general, de acuerdo con las clases de acabado, los tipos de encofrados se
ajustarán a los siguientes requerimientos:
122
hormigón sea tal que se evite la formación de fisuras, grietas, desconchamientos o ruptura
de aristas. Toda imperfección será inmediatamente corregida.
Como regla general, los encofrados podrán ser retirados después de transcurrido, por lo
menos, el siguiente tiempo, luego de la colocación del hormigón.
Túneles 1 día
Superficies de fundición. Antes de colorar el hormigón sobre una superficie, ésta deberá
estar exenta de rocas o material suelto o meteorizado, agua estancada, lodos, aceite, o
residuos indeseables y si es base de fundación, deberá estar cubierta de una capa de re
plantillo de hormigón de por lo menos 5 cm de espesor. Previamente la superficie se
humedecerá a fin de evitar la absorción del agua de la mezcla del hormigón.
123
cualquier caso, el método empleado deberá evitar el desgarre de agregado grueso del
hormigón.
Como regla general, las juntas de construcción serán localizadas en aquellos sitios en que
los esfuerzos de corte o de tensión sean los mínimos, teniendo en cuenta, además, el
efecto visual si son hormigones expuestos.
124
Pre enfriamiento de los agregados, agua de mezcla refrigerada, colocación del hormigón
durante la noche, etc.
Hormigón ciclópeo. Estará constituido por una mezcla de hormigón de cemento Portland
de 210 kg/cm 2 (21 MPa) en el 60% y con piedra de una dimensión máxima de 0,30 m en
el 40%. Las características de la piedra deberán cumplir los siguientes requerimientos:
125
Las superficies de las piedras serán limpias, libres de fracturas y no mostrarán signos de
meteorización. La colocación será al momento que vibra la masa de hormigón, tratando de
que queden totalmente rodeadas de mezcla. La separación entre dos piedras será de 0,10
m como mínimo.
Hormigón para replantillo. Es el que se coloca sobre la línea “A” de excavación y que
vaya a servir de soporte de las fundaciones. El diámetro máximo del agregado grueso será
de 1” (25 mm) y resistencia mínima a la compresión de 210 kg/cm 2 (21 MPa).
Generalidades
Alcance de los trabajos. Esta sección cubre lo relacionado con las juntas y el suministro
e instalación de sellos y relleno de juntas, en las estructuras de hormigón.
126
Tabla 61. Material de relleno (sellado).
Material Requisito
Mezclas para vaciado en caliente ASTM D 1190
Mezclas para vaciado en frío Aprobación de la fiscalización
Emulsión asfáltica (pintura bituminosa) ASTM D41
Emulsión bituminosa (para trabajos de
caminos) u otro similar aprobado. Por
Revestimiento para adherencia ejemplo, revestimiento especial de aceite
mineral
Relleno preformado tipo bituminoso para
ASTM D 994, ASTM D 1751
juntas de dilatación
Relleno de juntas con planchas prensadas
Aprobación de la fiscalización
de corcheo granulado
Solución clara aprobada por la
Pintura de resina de vinyl
fiscalización
Fuente: (Empresa Eléctrica Quito S. A.,)
Procedimientos
Preparación de la junta. Antes de proceder al relleno de la junta ésta deberá estar limpia
y exenta de todo residuo, o material extraño al hormigón. El relleno se efectuará lo más
pronto posible, después del tiempo de fraguado del hormigón adyacente.
Aplicación de la mezcla, vaciada en caliente. Una vez limpia la junta se aplicará una
capa delgada y uniforme de pintura bituminosa por medio de cepillos. El material de mezcla
será calentado hasta la temperatura especificada por el fabricante y ésta será mantenida
(con termostato) durante las operaciones y vaciado. No se empleará calor directo. Todo
material excedente será retirado.
127
5.5. Presupuesto.
El presupuesto ha sido realizado en base a los planos del capítulo V, subcapítulo 4; de los
cuales se consideró únicamente los rubros principales como son excavaciones,
hormigones, acero de refuerzo, etc.
128
Tabla 62. Presupuesto obra civil vertedero tipo tecla de piano
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CAPTACIÓN DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO
PILATÓN-SANTA ANA, PROVINCIA DE PICHINCHA.
PROPONENTE : MARCELO BARROS BARBOSA
PROPIETARIO : ARCONEL
CANTIDAD PRECIO UNITARIO PRECIO TOTAL
DESCRIPCIÓN DE RUBROS PRINCIPALES UNIDAD
TECLA DE
TECLA DE PIANO TECLA DE PIANO
PIANO
129
ENCOFRADO/DESENCOFRADO METALICO
RECTO m² 567,00 31,58 17.905,86
ACARREO MECANICO HASTA 1Km
m³ / Km 6.930,00 1,94 13.444,20
(carga,transporte,volteo)
SOBREACARREO (transporte/medios
m³ / Km 69.300,00 0,34 23.562,00
mecanicos)(SE PAGARA EN m3/Km)
130
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. Conclusiones
• Para realizar el diseño del vertedero tipo tecla de piano para la central hidroeléctrica
Pilatón-Santa Ana, una gran herramienta al alcance de todos es el método
matemático, ya que para trabajar con el mismo la información requerida es de fácil
acceso y los datos necesarios son mínimos; adicionalmente, este método no implica
gastos económicos al momento de diseñar y reduce el costo final del proyecto.
• En esta disertación se usó varios parámetros de diseño como son: los principios
fundamentales acerca de vertederos, medición de caudales, coeficientes de
descarga, formas y dimensiones de los vertederos y una altura aproximada del flujo
respecto a la cresta del vertedero; mediante los cuales se obtuvo el Prediseño y
diseño definitivo del vertedero según las condiciones del proyecto.
• Uno de los parámetros más importantes que se debe tener en cuenta al momento
de realizar el diseño del vertedero tipo tecla de piano para la central hidroeléctrica
Pilatón-Santa Ana es la relación cresta-longitud, puesto que este tipo de vertederos
amplifica la longitud incrementando el volumen de aforo del vertedero a ser usado.
• El calado depende del ancho de cada ciclo, ya que al incrementar o disminuir las
dimensiones de éste, varía notablemente el ingreso del caudal desalojado por el
vertedero, por lo que se concluye que la relación entre las formas verticales y
horizontales del vertedero es un parámetro clave para el diseño del mismo.
• Al momento de tener una crecida catastrófica del caudal del río Pilatón, el vertedero
tipo tecla de piano puede tener un comportamiento no deseado, realizando un cruce
de los flujos laterales lo cual disminuye la eficiencia del mismo.
• Para el diseño y construcción del vertedero tipo tecla de piano para la central
hidroeléctrica Pilatón-Santa Ana no existe un diseño único en la parte hidráulica,
debido a que el diseño escogido estará en función de las restricciones del lugar,
monto de la inversión, materiales a utilizarse, lugar de implantación del vertedero,
topografía del lugar, geología del lugar, tipo de río y del sistema de disipación de
energía aguas abajo del vertedero.
• El vertedero tipo tecla de piano constituye una solución técnica óptima cuando se
pretende obtener una mayor capacidad de aforo o de descarga hidráulica de presas
nuevas y también de presas ya existentes.
• De acuerdo a las comparaciones entre los vertederos tipo tecla de piano y perfil
Creager, se puede concluir que el diseño óptimo a usarse es el vertedero tipo tecla
131
de piano debido a las diferencias existentes entre los mismos, como son: menor
costo, máximo aprovechamiento del lugar de implantación, mayor capacidad de
aforo y descarga hidráulica, entre otros.
6.2. Recomendaciones
• Para el diseño del vertedero tipo tecla de piano para la central hidroeléctrica Pilatón-
Santa Ana se recomienda mantener un coeficiente de descarga de 2 según Sotelo,
ya que según la literatura hidráulica, este coeficiente es el más adecuado para
obtener resultados óptimos.
• Se recomienda que al diseñar el vertedero tipo tecla de piano para la central
hidroeléctrica Pilatón-Santa Ana, éste sea ubicado en secciones del río uniformes
y de alineamiento recto aguas arriba, en una longitud mayor de 20H.
• Para un futuro diseño o análisis de vertederos tipo tecla de piano, se recomienda
emplear un paquete computacional disponible, con el fin de obtener una mayor
cantidad de datos que permita comparar los resultados obtenidos con la modelación
matemática realizada en este trabajo.
• Se recomienda tener una correcta fabricación del hormigón siguiendo todos los
procesos definidos en las especificaciones técnicas, para de esta manera obtener
un hormigón que cumpla con la dosificación de diseño.
• Para evitar una erosión excesiva en la cresta del vertedero tipo tecla de piano, los
materiales a usarse deben cumplir con estándares de alta calidad y mantener un
óptimo proceso constructivo y una adecuada fiscalización.
• Una vez construido el vertedero tipo tecla de piano para la central hidroeléctrica
Pilatón-Santa Ana, se recomienda la instalación de piezómetros en la rápida de
descarga, con el objetivo de obtener resultados reales que describan el
comportamiento del flujo sobre la estructura.
132
BIBLIOGRAFÍA
Blanc, P., & Lempérière, F. (2001). Labyrinth spillways have a promising future.
International Journal on Hydropower and Dams.
Buchanan, P. (2017). Vic – loombah dam – spillway upgrade utilising a piano key weir in a
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español de grandes presas: http://www.spancold.es/Ponencias/JEPVIII_021.pdf
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%20revised%20version.pdf
Udall, S., & Dominy, F. (1972). Diseño de presas pequeñas. Barcelona: Continental S.A.
134
ANEXOS
Anexo 1. Análisis de precios unitarios del proyecto Vertedero tipo tecla de piano para la
central hidroeléctrica Pilatón – Santa Ana.
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 1 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : REPLANTEO Y NIVELACION DE VERTEDERO UNIDAD : M2
DESCRIPCION :
EQUIPOS
COSTO
CANTIDAD TARIFA HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 2,00 0,01 0,02 0,06667 0,00
EQUIPO DE TOPOGRAFIA 1,00 2,00 2,00 0,06667 0,13
SUBTOTAL M 0,13
MANO DE OBRA
COSTO
CANTIDAD JORNAL/HR HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN (CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E.O.C1. TOPÓGRAFO 2 TITULO EXPER. MAYOR A 5
AÑOS 1,00 3,82 3,82 0,06667 0,25
E.O.D2. CADENERO 2,00 3,45 6,90 0,06667 0,46
E.O.E2. PEÓN 2,00 3,41 6,82 0,06667 0,45
SUBTOTAL N 1,16
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
CLAVOS KG 0,05 2,20 0,11
ESTACAS U 0,50 0,10 0,05
TIRA DE EUCALIPTO 2,5X2 CM M 0,40 0,13 0,05
SUBTOTAL O 0,21
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
135
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
SUBTOTAL M 0,00
MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E.O.E2. PEÓN 2,00 3,41 6,82 0,2 1,36
SUBTOTAL N 1,36
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL O 0
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
136
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
SUBTOTAL M 1,53
MANO DE OBRA
COSTO
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR HORA COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B RENDIMIENTO R D=C*R
E.O.C1. OPERADOR EQUIPO PESADO (GRUPO I) 1,00 3,82 3,82 0,025 0,10
E.O.D2. ENGRASADOR O ABASTECEDOR
RESPONSABLE 1,00 3,45 3,45 0,025 0,09
E.O.C1. CHOFER VOLQUETAS 1,00 5,00 5,00 0,025 0,13
SUBTOTAL N 0,32
MATERIALES
CANTIDAD COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A PRECIO UNIT. B C=A*B
AGUA M3 0,02 0,66 0,01
SUBTOTAL O 0,01
TRANSPORTE
CANTIDAD COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A TARIFA B C=A*B
SUBTOTAL P 0
137
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 4
DE 14
CAPITULO : GENERALES
UNIDAD :
RUBRO : EXCAVACION EN ROCA M3
DESCRIPCION :
EQUIPOS
COSTO
CANTIDAD TARIFA HORA COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B RENDIMIENTO R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 3,00 0,01 0,03 0,03333 0,00
MARTILLO NEUMATICO 2,00 25,00 50,00 0,03333 1,67
TRACTOR DE ORUGAS CON RIPPER 1,00 42,53 42,53 0,03333 1,42
COMPRESOR DE AIRE 252 PCM 2,00 6,49 12,98 0,03333 0,43
SUBTOTAL M 3,52
MANO DE OBRA
COSTO
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR HORA COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B RENDIMIENTO R D=C*R
E.O.C1. OPERADOR EQUIPO PESADO(GRUPO I) 2,00 3,82 7,64 0,03333 0,25
E.O.C1. OPERADOR EQUIPO PESADO (GRUPO II) 3,00 3,64 10,92 0,03333 0,36
E.O.D2. ENGRASADOR O ABASTECEDOR
RESPONSABLE 3,00 3,45 10,35 0,03333 0,34
E.O.B3. INSPECTOR DE OBRA 1,00 3,83 3,83 0,03333 0,13
E.O.E2. PEÓN 3,00 3,41 10,23 0,03333 0,34
SUBTOTAL N 1,42
MATERIALES
CANTIDAD COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A PRECIO UNIT. B C=A*B
CORDÓN DETONANTE 5 GR. 500 M 0,30 145,60 43,68
EXPLOGEL 1 1 PLG X 8 DINAMITAS KG 0,10 4,00 0,40
NITRATO DE AMONIO (ANFO) KG 0,35 1,00 0,35
DETONADORES U 0,04 1,00 0,04
SUBTOTAL O 44,47
TRANSPORTE
CANTIDAD COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A TARIFA B C=A*B
SUBTOTAL P 0
138
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 5
DE 14
CAPITULO : GENERALES
UNIDAD :
RUBRO : EXCAVACION A MAQUINA EN FANGO M3
DESCRIPCION :
EQUIPOS
COSTO
CANTIDAD TARIFA HORA COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B RENDIMIENTO R D=C*R
RETROEXCAVADORA 1,00 25,00 25,00 0,33333 8,33
SUBTOTAL M 8,33
MANO DE OBRA
COSTO
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR HORA COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B RENDIMIENTO R D=C*R
E.O.C1 (GRUPO I) OPERADOR
RETROEXCAVADORA 1,00 3,82 3,82 0,33333 1,27
E.O.D2. ENGRASADOR O ABASTECEDOR
RESPONSABLE 1,00 3,45 3,45 0,33333 1,15
SUBTOTAL N 2,42
MATERIALES
CANTIDAD COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A PRECIO UNIT. B C=A*B
SUBTOTAL O 0
TRANSPORTE
CANTIDAD COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A TARIFA B C=A*B
SUBTOTAL P 0
139
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 6 DE
14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : MEJORAMIENTO DE SUELOS UNIDAD : M3
DESCRIPCION :
EQUIPOS
COSTO
CANTIDAD TARIFA HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 3,00 0,01 0,03 0,06667 0,00
RETROEXCAVADORA 1,00 25,00 25,00 0,06667 1,67
MOTONIVELADORA 1,00 25,00 25,00 0,06667 1,67
RODILLO COMPACTADOR 12 TON. 1,00 8,16 8,16 0,06667 0,54
TANQUERO 1,00 14,00 14,00 0,06667 0,93
SUBTOTAL M 4,81
MANO DE OBRA
COSTO
CANTIDAD JORNAL/HR HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN (CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E.O.C1. OPERADOR EQUIPO PESADO(GRUPO I) 3,00 3,82 11,46 0,06667 0,76
E.O.D2. ENGRASADOR O ABASTECEDOR
RESPONSABLE 3,00 3,45 10,35 0,06667 0,69
E.O.B3. INSPECTOR DE OBRA 1,00 3,83 3,83 0,06667 0,26
E.O.E2. PEÓN 3,00 3,41 10,23 0,06667 0,68
CHOFER TANQUERO 1,00 5,00 5,00 0,06667 0,33
SUBTOTAL N 2,72
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
LASTRE M3 1,30 2,90 3,77
SUBTOTAL O 3,77
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
140
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 7 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : RELLENO COMPACTADO GRAVA (EQUIPO PESADO) UNIDAD : M3
DESCRIPCION :
EQUIPOS
COSTO
CANTIDAD TARIFA HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 3,00 0,01 0,03 0,06667 0,00
RETROEXCAVADORA 1,00 25,00 25,00 0,06667 1,67
RODILLO COMPACTADOR 12 TON. 1,00 8,16 8,16 0,06667 0,54
TANQUERO 1,00 14,00 14,00 0,06667 0,93
SUBTOTAL M 3,14
MANO DE OBRA
COSTO
CANTIDAD JORNAL/HR HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN (CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
CHOFER TANQUERO 1,00 5,00 5,00 0,06667 0,33
E.O.C1. OPERADOR EQUIPO PESADO(GRUPO I) 2,00 3,82 7,64 0,06667 0,51
E.O.D2. ENGRASADOR O ABASTECEDOR
RESPONSABLE 2,00 3,45 6,90 0,06667 0,46
E.O.B3. INSPECTOR DE OBRA 1,00 3,83 3,83 0,06667 0,26
E.O.E2. PEÓN 3,00 3,41 10,23 0,06667 0,68
SUBTOTAL N 2,24
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
LASTRE M3 1,30 2,90 3,77
SUBTOTAL O 3,77
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
141
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 8 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : REPLANTILLO HORMIGON SIMPLE F´C=210 KG/CM2 UNIDAD : M3
DESCRIPCION :
EQUIPOS
CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 12,00 0,01 0,12 1 0,12
CONCRETERA 1,00 2,00 2,00 1 2,00
VIBRADOR 1,00 2,00 2,00 1 2,00
SUBTOTAL M 4,12
MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E. O.C1. MAESTRO MAYOR 1,00 3,82 3,82 1 3,82
E.O.D2 ALBAÑIL 4,00 3,45 13,80 1 13,80
E.O.E2. PEÓN 12,00 3,41 40,92 1 40,92
SUBTOTAL N 58,54
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
RIPIO M3 0,95 13,00 12,35
AGUA M3 0,22 0,66 0,15
CEMENTO KG 360,00 0,20 72,00
ARENA M3 0,65 15,00 9,75
SUBTOTAL O 94,25
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
142
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 9 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : HORMIGON SIMPLE F´C=350KG/CM2 UNIDAD : M3
DESCRIPCION :
EQUIPOS
CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 12,00 0,01 0,12 1 0,12
CONCRETERA 1 SACO 1,00 2,10 2,10 1 2,10
VIBRADOR 1,00 2,00 2,00 1 2,00
SUBTOTAL M 4,22
MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E.O.D2 ALBAÑIL 4,00 3,45 13,80 1 13,80
E.O.E2. PEÓN 12,00 3,41 40,92 1 40,92
E. O.C1. MAESTRO MAYOR 1,00 3,82 3,82 1 3,82
SUBTOTAL N 58,54
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
CEMENTO KG 500,00 0,20 100,00
ARENA M3 0,65 15,00 9,75
RIPIO M3 0,95 13,00 12,35
AGUA M3 0,19 0,66 0,13
SUBTOTAL O 122,23
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
143
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 10 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : ACERO REFUERZO FY=4200 KG/CM2 (SUMINISTRO, CORTE Y COLOCADO) UNIDAD : KG
DESCRIPCION :
EQUIPOS
CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
CIZALLA 4,00 1,00 4,00 0,025 0,10
HERRAMIENTA MENOR 5,00 0,01 0,05 0,025 0,00
SUBTOTAL M 0,10
MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E.O.D2 FIERRERO 2,00 3,45 6,90 0,025 0,17
E.O.E2. PEÓN 5,00 3,41 17,05 0,025 0,43
SUBTOTAL N 0,60
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
ALAMBRE DE AMARRE #18 KG 0,04 2,20 0,09
ACERO DE REFUERZO FC=4200KG/CM2 KG 1,05 0,95 1,00
SUBTOTAL O 1,09
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
144
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 11 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : JUNTAS IMPERMEABLES DE PVC 18 CM UNIDAD : M
DESCRIPCION :
EQUIPOS
CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 2,00 0,01 0,02 0,125 0,00
SUBTOTAL M 0,00
MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E.O.D2 ALBAÑIL 1,00 3,45 3,45 0,125 0,43
E.O.E2. PEÓN 2,00 3,41 6,82 0,125 0,85
SUBTOTAL N 1,28
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
BANDAS DE PVC DE 18MM M 1,15 12,00 13,80
SUBTOTAL O 13,80
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
145
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 12 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : ENCOFRADO/DESENCOFRADO METALICO RECTO UNIDAD : M2
DESCRIPCION :
EQUIPOS
CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
HERRAMIENTA MENOR 4,00 0,01 0,04 0,25 0,01
SUBTOTAL M 0,01
MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E. O.C1. MAESTRO MAYOR 1,00 3,82 3,82 0,25 0,96
E.O.D2 ALBAÑIL 2,00 3,45 6,90 0,25 1,73
E.O.E2. PEÓN 4,00 3,41 13,64 0,25 3,41
SUBTOTAL N 6,10
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
ALAMBRE DE AMARRE #18 KG 0,10 2,20 0,22
ENCOFRADO METALICO M2 1,00 15,00 15,00
PINGOS M 2,40 1,50 3,60
CLAVOS KG 0,10 2,20 0,22
ACEITE QUEMADO GALON 0,24 0,44 0,11
SUBTOTAL O 19,15
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
146
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 13 DE 14
CAPITULO : GENERALES
UNIDAD : M3 /
RUBRO : ACARREO MECANICO HASTA 1Km (carga,transporte,volteo) KM
DESCRIPCION :
EQUIPOS
COSTO
CANTIDAD TARIFA HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
VOLQUETA 8 M3 1,00 17,00 17,00 0,025 0,43
CARGADORA FRONTAL 1,00 25,00 25,00 0,025 0,63
SUBTOTAL M 1,06
MANO DE OBRA
COSTO
CANTIDAD JORNAL/HR HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN (CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E.O.C1 (GRUPO I) OPERADOR RETROEXCAVADORA 1,00 3,82 3,82 0,025 0,10
E. O. C1. CHOFER VOLQUETAS 1,00 5,00 5,00 0,025 0,13
E.O.D2. ENGRASADOR O ABASTECEDOR
RESPONSABLE 1,00 3,45 3,45 0,025 0,09
E.O.E2. PEÓN 2,00 3,41 6,82 0,025 0,17
SUBTOTAL N 0,49
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL O 0
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
147
PROYECTO: VERTEDERO TIPO TECLA DE PIANO PARA LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PILATÓN - SANTA ANA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
HOJA : 14 DE 14
CAPITULO : GENERALES
RUBRO : SOBREACARREO (transporte/medios mecanicos)(SE PAGARA EN m3/Km) UNIDAD : M3/KM
DESCRIPCION :
EQUIPOS
CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
DESCRIPCIÓN A B C=A*B R D=C*R
VOLQUETA 8 M3 1,00 17,00 17,00 0,01 0,17
SUBTOTAL M 0,17
MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEGORÍA) A B C=A*B R D=C*R
E. O. C1. CHOFER VOLQUETAS 2,00 5,00 10,00 0,01 0,10
SUBTOTAL N 0,10
MATERIALES
CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL O 0
TRANSPORTE
CANTIDAD TARIFA COSTO
DESCRIPCIÓN UNIDAD A B C=A*B
SUBTOTAL P 0
148