Estudio de factibilidad para el aprovechamiento y recuperacion del río xibi xibi

1

A.E. Perullini & Asociados – TALLER DE INGENIERIA

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD

PARA EL APROVECHAMIENTO Y RECUPERACION DEL RIO XIBI-XIBI

JUNIO 2012

Ingeniero Civil Alfredo Ernesto PerulliniIngeniero Civil Alfredo Ernesto PerulliniIngeniero Civil Alfredo Ernesto PerulliniIngeniero Civil Alfredo Ernesto Perullini

2


ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA EL APROVECHAMIENTO Y RECUPERACION DEL RÍO XIBI-XIBI

La zona donde su ubica la cuenca del Río XIBI-XIBI, cerca de la ciudad de San Salvador de Jujuy, posee un clima templado y suave, con una temperatura media de 19,4ºC, una oscilación anual escasa, de tan solo 11ºC y unas precipitaciones anuales de 777,7 mm. Los veranos son cálidos, pero sin alcanzar temperaturas extremas, y muy lluviosos, concentrando el 75% de las precipitaciones anuales. Los inviernos son secos y suaves, aunque las temperaturas mínimas pueden ser frías.

Sin embargo, en el mes de agosto (aunque a veces aparece en cualquier época del año) azota el denominado viento norte. El viento norte es caliente, seco y puede soplar con mucha violencia, generando trastornos físicos y materiales a los habitantes de la zona. A determinadas personas, este viento les ocasiona dolores de cabeza, bajo nivel de la presión arterial, cansancio general y desgano. Por eso, para evitar un "golpe de calor" se recomienda tomar mucho líquido, permanecer en zonas con sombra y evitar realizar esfuerzos físicos innecesarios.

El Río Xibi-Xibi es un afluente del Río Grande, quien a su vez es una fluente de la cuenca del Río Bermejo. El centro de la ciudad de San Salvador de Jujuy se encuentra ubicado entre los dos Ríos mencionados, a la altura de la desembocadura del Río XIBI-XIBI en el Río Grande.

El Río XIBI-XIBI, posee una cuenca tributaria de 59.75 km2, con un Modulo hidráulico de 0.61 m3/s,

con un Caudal mínimo de 0.040 m3/s (40 litros/segundos), dato extraído de la página www.diccionaríojujuy.gov.ar/ Río Chico - Peña Blanca Caudal anual medio = 0,61 m3/s Caudal anual medio máximo = 1,20 m3/s Caudal anual medio mínimo = 0,20 m3/s Caudal instantáneo mínimo= 0,04 m3/s

CURVAS CARACTERISTICAS DE LA CUENCA Si bien es poca la información sobre los datos pluviométricos o de aforos del Río XIBI-XIBI, se trato de confeccionar las curvas características de la cuenca según formulas empíricas dadas por la literatura

3


existente sobre el aprovechamiento hídrico, de manera tal de poseer valores para realizar un análisis de viabilidad sobre el aprovechamiento del Río XIBI-XIBI.

CUENCA DEL RÍO XIBI XIBI-Curvas de Niveles cada 50.00 metros.

Analizaremos la cuenca hasta el puente Paraguay sobre Ruta Nacional Nª 9, con una superficie de

52.64 km2, y cuyas alturas van desde los 1300 hasta los 2000 msnm.

Elaborado por: A. E. Perullini


4


En la curva anterior se puede observar que la cuenca tiene su mayor superficie entre los niveles 1400 y 1600 msnm. PERFIL DEL LECHO DEL RÍO

El perfil del Río XIBI-XIBI posee tres zonas de acuerdo a su pendiente, una de erosión, otra de equilibrio y otra de sedimentación.

A continuación se muestra el perfil del recorrido más largo de la línea de corriente, con el cual vamos a obtener el “tiempo de concentración” de la Cuenca, teniendo en cuenta las zonas según su pendiente.

Para obtener las velocidades de escurrimientos en el cauce se utilizo el método de T. Blench, obteniéndose una velocidad de 0.72 m/s, lo cual nos da un tiempo de concentración de la cuenca de 5.35 hs.

Para poder comprobar los datos anteriores se utilizo las formulas de Manning para canales abiertos con rugosidades del orden de 0.045, teniendo como datos las pendientes, y tomando un caudal que no genere velocidades de socavación en la parte baja de la cuenca, obtenemos un tiempo de concentración de 5.46 hs, muy parecido al obtenido con el método de T. Blench.

Según la fórmula propuesta por Van Te Chow tenemos un Tc = 4.00 hs, y si tomamos la del US Corps

of Engineers” nos da un Tc = 3.96 hs. Tomando un promedio de los valores obtenidos obtenemos un Tc = 4.70 hs.

HIDROGRAMA

Para obtener el hidrograma de la cuenca, primeramente se obtuvo un hidrograma unitario característico de la cuenca, obtenido mediante formulas empíricas.



5


El tiempo de concentración, que se obtuvo anteriormente, es el tiempo de recorrido del agua que fluye en forma superficial, sin tener en cuenta los tiempos de saturación y llenado de depresiones del terreno en la cuenca, etc. CURVAS INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA (I-D-F)

No se dispone de gran cantidad de datos pluviométricos en la cuenca como para poder obtener las curvas I-D-F de manera estadística, sin embargo vamos a hacer uso de formulas empíricas especialmente las propuestas por Bell en 1969 para expresar valores de precipitaciones (P), duración (t), y recurrencia (T) dadas como funciones sencillas de “t” y “T”.

La principal hipótesis de la metodología se fundamenta en el hecho aceptado que los eventos de

lluvias de gran intensidad y corta duración obedecen a mecanismos atmosféricos similares, que aparentemente son independientes de la región que se considere, ya que se han observado tendencias similares cuando se han usado datos de lugares tan diversos como Estados Unidos, Australia o Sudáfrica.

En el presente estudio se seleccionó la función propuesta por Sherman (Caamaño y Dasso, 2003), que se escribe de la siguiente manera:

Fuente: XXIº Congreso Nacional del Agua –“VALIDACIÓN DE RELACIONES IDF GENERALIZADAS A NIVEL REGIONAL EN EL NORTE ARGENTINO”-Héctor Daniel Farías, Luis Alejandro Olmos-Instituto de Recursos Hídricos, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías, Universidad Nacional de Santiago del Estero

Los valores de la tabla anterior fueron extractados de estudios localizados (generalmente para

proyectos de desagües pluviales o drenaje vial). El trabajo mencionado anteriormente permite deducir que la aproximación de la formula de Bell

posee una buena aproximación para recurrencia hasta 50 años, sin embargo posee errores mayores del 10% para duraciones cortas (menores a 10 minutos) lo cual no influye en este caso.

De acuerdo al mapa de Isohietas del NOA, publicado por el INTA, de precipitaciones media anual

(mm), con periodo base de 1934 a 1990, la ciudad de San Salvador se encuentra entre las Isohietas 800-1000 (900 mm de promedio), y la ciudad de Salta entre 600-700 (650mm de promedio).

De acuerdo a estos datos se ajusto los valores para San Salvador de Jujuy y se obtuvo:

a= 3451 – b= 24.66 – c= 0.95 – d= 0.21

6


A continuación se muestra un grafico con las curvas I-D-F con los datos propuestos anteriormente para la ciudad de San Salvador de Jujuy, Teniendo en cuenta que el tiempo de concentración es de 6.50 horas:

Con estos datos se obtuvieron la precipitación para una recurrencia de 10 años, siendo la intensidad

igual 10.36 mm/h para una duración de 6.50 horas para esta recurrencia, con la cual aplicamos la formula de Bell:

Obteniéndose los siguientes valores para un tiempo de duración de 6.50 horas:

T PTt / P10

t PTt

años Adim mm/h

5 0.86 11.99

10 1.00 13.95

15 1.09 15.20

20 1.15 16.04

25 1.20 16.74

30 1.23 17.16

35 1.27 17.71

40 1.29 17.99

45 1.32 18.41

50 1.34 18.69



7


APROVECHAMIENTO DEL RÍO XIBI-XIBI Se podría enumerar en línea general dos posibles tipos de aprovechamientos, que son:

1. Regulación del volumen del agua del cauce para su uso.

2. Control de crecida para utilizar la tierra en la parte baja de la cuenca. Los dos tipos requieren embalses, uno para acumular agua en período de lluvia para aprovecharla en la

época de estiaje, el otro para laminar la crecida y bajar los picos de la misma a niveles que sean compatibles con las actividades a realizar en las orillas de su cauce.

En la ciudad de San Salvador de Jujuy, seria necesario los dos tipos de aprovechamiento en el río XIBI-

XIBI. REGULACION El agua regulada podría ser útil para usarla en los siguientes casos:

• Agua potable: Aun cuando el modulo no es muy grande (0.61 m3/s), la cantidad de agua que se podría regular, podría proveer agua potable para 150.500,00 habitante. Esto por supuesto estaría sujeto a un estudio del tipo de tratamiento necesario según la calidad del agua embalsada.

• Riego de cultivo: No hay tierras cultivables cerca de la cuenca, y el modulo es despreciable para incorporarlo al canal que va hacia las madera, por lo que no tendría mucho sentido este uso.

• Regado de parques y jardines, Limpieza y regados de calles, Elementos ornamentales, etc.: En este caso se usaría el agua cruda para estos trabajos municipales, ahorrando significativamente el uso del agua potable en la ciudad, sin embargo estaría sujeto a la ubicación del embalse para que el transporte del agua captada no sea oneroso.

CONTROL DE CRECIDA Si se controla el pico de crecida y se lo reduce a un valor que permita encausarlo aguas abajo mediante un canal de ancho predecible, podría desarrollarse en las márgenes del mismo, a la altura del centro de la ciudad, una serie de actividades recreativas que impactarían favorablemente a la calidad de vida de sus habitantes. UBICACIÓN DEL EMBALSE La ubicación del embalse, para ambos casos debe cumplir con los siguientes requisitos:

• No debe afectar zonas urbanizadas.

• Debe ubicarse en un lugar donde pueda captar la mayor cantidad de agua de la cuenca. Esta premisa y la CURVA HIPSOMETRICA de la cuenca, limitan a la ubicación del embalse a una altura no mayor de 1450 msnm, ya que por arriba de esa cota la superficie de la cuenca empieza a descender rápidamente.

• Características geológicas adecuadas del terreno que permita el embalse de agua.

• El volumen de almacenamiento debe ser tal que permita regular el agua escurrida, o en su defecto laminar la creciente bajando el pico de la misma a valores mínimos.

8


PROPUESTA 1 De acuerdo a las premisas mencionadas anteriormente, y según mi criterio la ubicación más racional

se ubica en la cota 1405, la cual se muestra en el siguiente grafico.

El sector pertenece al tipo de suelo Alfisoles (Clasificación Americana), que son un tipo de suelo con horizonte superficial claro y subsuelo arcilloso, lo cual permitiría el embalse de agua, sin embargo es necesario realizar un estudio de suelo antes de realizar el proyecto ejecutivo para asegurar la impermeabilización.



9


Este embalse tendría como objetivo principal laminar las crecientes reduciendo de esta manera picos de crecientes. Para poder realizar un estudio del amortiguamiento de creciente es necesario obtener el volumen en función de la altura, la cual se obtiene mediante una regresión que en este caso da una formula polinómica, a continuación se muestran las planillas y gráficos para obtener dicha curva.

Sm Parcial

(Si+Si+1)/2 hi Sm.hi

msnm m2 m2 m m3 m3

1400.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

1401.00 1029.08 514.54 0.50 257.27 257.27

1402.00 4856.46 2942.77 1.00 2942.77 3200.04

1403.00 17086.22 10971.34 1.00 10971.34 14171.38

1404.00 26297.53 21691.88 1.00 21691.88 35863.26

1405.00 32371.09 29334.31 1.00 29334.31 65197.57

1406.00 38485.71 35428.40 1.00 35428.40 100625.97

1407.00 44902.13 41693.92 1.00 41693.92 142319.89

1408.00 52960.74 48931.44 1.00 48931.44 191251.33

Cotas

SUPERFICIESaltura

VOLUMENES

Si Acumulado

CAUDAL DE CRECIDA PARA UNA RECURRENCIA DE 50 AÑOS De acuerdo al tiempo de concentración de la cuenca, infiltración, retenciones, etc., se determino que el coeficiente de escorrentía de la cuenca es aproximadamente de 0.1297. Con estos datos y la superficie de la cuenca tenemos el caudal de crecida esperado para una recurrencia de 50 años: A LA ALTURA DEL EMBALSE PROPUESTO

Para la ubicación propuesta del embalse tenemos un 92% de la superficie de la cuenca visto en

párrafos anteriores, es decir 48.43 km2. Qc = Ce x I50 x S = 0.1297 x 18.69 mm/h.m2 x (h/3600s) x (m3/1000mm) x 48.43 km2 x (1000000m2/km2) = Qc = 32.61 m3/s


10


Esto representa un pico de 21.63 veces del caudal máximo medio anual (1.20 m3/s).

A LA ALTURA DEL PUENTE PARAGUAY Para la altura del puente Paraguay tenemos una superficie de cuenca igual a 52.64 km2. Qc = Ce x I50 x S = 0.1297 x 18.69 mm/h.m2 x (h/3600s) x (m3/1000mm) x 52.64 km2 x (1000000m2/km2) = Qc = 29.58 m3/s Esto representa un pico de 23.51 veces del caudal máximo medio anual (1.20 m3/s). AMORTIGUAMIENTO DE CRECIDA Existen varios procedimientos para evaluar el tránsito de una crecida por un embalse, como por ejemplo: método del embalse a nivel en que el almacenamiento es una función no lineal del caudal y método de Runge Kutta en que este procedimiento numérico se usa para resolver la ecuación de continuidad (1). El método de Muskingum se usa para el tránsito de crecientes en ríos y asume que el almacenamiento es una función lineal del hidrograma de entrada y salida.

En este análisis vamos a utilizar el “Método del Embalse a Nivel”. El tiempo es tomado en intervalos de duración ∆t, indexados con j, de forma que: t = 0, ∆t, 2∆t, …, j∆t, (j+1)∆t. La ecuación de continuidad (1) se integra sobre cada intervalo de tiempo, como se observa en la siguiente figura.

11


Para el intervalo jth se obtiene la siguiente ecuación:

La relación de elevación – volumen de agua almacenada se obtiene a partir de la planimetría de mapas topográficos (obtenido anteriormente). La relación entre elevación del agua y caudal de salida se obtiene de las ecuaciones de las estructuras de descarga (vertedero) que relacionan carga de agua y caudal.

Para un pico de 32.61 m3/s

Con una altura de vertedero a 2.85m, un ancho de 12.00m, se obtiene para la crecida a 50 años (32.61 m3/s) un amortiguamiento del 34.43% (21.38m3/s), con una lamina de vertido de 0.91m.


Con una altura de vertedero a 2.85m, un ancho de 12.00m, se obtiene para la crecida de 62.70m3/s,

un amortiguamiento del 49.75% (31.50 m3/s), con una lamina de vertido de 1.624m. Con estos datos podemos concluir que si se construye un embalse con una altura de vertedero de

2.85m y 12.00m de ancho, y un coronamiento de 5.50m, se puede esperar que se regule una creciente con un pico de 62.70 m3/s, sin ningun problema.



12


PROPUESTA 2

La propuesta anterior si bien es la optima para regular caudal, se debe pensar que para aprovechar el agua de dicho embalse, se deberá construir un acueducto que permita transportar el agua cruda (o desinfectada) para el uso municipal.

Se debe tener presente que el agua regulada del embalse anteriormente propuesto, podría tener otros interesados para su uso, por lo que el costo debería ser encarado en conjunto con estos posibles interesados, esta situación requiere tiempo para su evaluación, como para coordinar adecuadamente los recursos necesarios.

Lo descripto anteriormente podría ser subsanado desde el punto de vista Municipal planteando el

aprovechamiento en dos etapas:

• ETAPA I: Construir una toma mediante un embalse, ubicado entre el puente Paraguay y el Puente Patricia Argentina.

• ETAPA II: Construir el embalse de la propuesta 1. La construcción de la primera etapa permitiría hacer uso del agua cruda rápidamente, y el costo del

transporte y el embalse desde dicha ubicación se compensarían con el costo que generaría el transporte desde la ubicación de la primera propuesta.

Por supuesto que la ubicación del embalse de la Etapa I, no tendría capacidad de amortiguamiento

de pico de crecida, sin embargo con un horizonte a 50 años, hasta tanto se construya el embalse de la propuesta 1, se podría diseñar un aliviadero que deje pasar picos de crecida.

PUENTE PATRICIAS ARGENTINAS

PUENTE PARAGUAY

13


Sm Parcial

(Si+Si+1)/2 hi Sm.hi

msnm m2 m2 m m3 m3

1312.15 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

1313.00 400.92 200.46 0.85 170.39 170.39

1314.00 1722.92 1061.92 1.00 1061.92 1232.31

1315.00 2731.33 2227.13 1.00 2227.13 3459.44

1316.00 5796.46 4263.90 1.00 4263.90 7723.33

1317.00 7641.95 6719.21 1.00 6719.21 14442.54

Cotas

SUPERFICIESaltura

VOLUMENES

Si Acumulado

Caudal de crecida (50 años) = 35.45 m3/s


Con una altura de vertedero a 2.85m, un ancho de 12.00m, se obtiene para la crecida a 50 años (35.45 m3/s) un amortiguamiento del 16.54% (29.58 m3/s), con una lamina de vertido de 1.48 m. Este analisis demuestra que este embalse amortigua muy poco el pico de crecida, y su funcion fundamentalmente seria la de un Azud de toma cercano al lugar donde se ocupara el agua. Se debe tener presente que este embalse debe estar diseñado con un caudal pico de crecida para una recurrencia de 50 años, esperando que se realice la segunda etapa en este periodo.



14


DISEÑO DE LA PEQUEÑA PRESA PARA EL EMBALSE

Se debe tener presente que el mínimo caudal instantáneo observado es de 0,04 m3/s es decir 40 l/s, por lo que el caudal de toma debería ser como máximo 20 l/s.

La toma además debería contar con un par de desarenador, por lo que para disminuir costos el

caudal de diseño será de 10 l/s. El aliviadero se proyecta con un vertedero de perfil “Creager”, y el diseña de la toma se realiza

mediante un canal en la cresta del vertedero, con un canal de transporte al desarenador provisto de un vertedero de excedente.

La pequeña presa se proyecto de Gaviones con un núcleo de arcilla de bajo coeficiente de expansión,

recubierto de plástico de 500 micrones (de uso vial). El sistema de la pequeña presa se eligió para que soporte por lo menos una superación de la cresta

por una creciente extraordinaria. A continuación se muestra el anteproyecto del embalse con el aliviadero, cuenco amortiguador,

descarga de fondo, desarenador, etc.

PLANTA DE LA PEQUEÑA PRESA

Si bien el aliviadero está diseñado para un caudal de crecida de 28.20 m3/s, con una lamina vertiente

de 1.16m, el mismo posee una capacidad excedente de alivio de 1.80m más de lámina vertiente sin llegar al coronamiento. Las compuertas de limpieza de fondo también tienen un desborde a partir de los 1.16m, por lo que el alivio para el caudal de crecida posee un coeficiente de seguridad igual a 3 (tres) aproximadamente, sin contar que si se abren las compuertas de la limpieza de fondo aumenta esta capacidad.

Proyecto: A. E. Perullini

15




16




17


REJA DE TOMA EN EL ALIVIADOR LATERAL AL PAR DE DESARENADOR



18


T1 T2 T3

Acueducto PEAD φφφφ

19


APROVECHAMIENTO MUNICIPAL DEL AGUA CAPTADA

Se proyecta la construcción de un acueducto de PEAD-f 90mm para transportar 10 l/s, que va desde los desarenadores hasta el Puente Lavalle, con tres tomas en su recorrido. Las tomas –T1-T2-T3 -, son los accesos para utilizar el agua cruda para limpieza de calles, regados de parques, etc., además podrían utilizarse esta agua para ser almacenada en cisternas o para ornamentación. En cualquier caso el agua desarenada es conveniente que se desinfecte medianamente con algún producto como ser cloro, etc.

PUESTA EN VALOR DEL PUENTE LAVALLE La tipología del puente Lavalle de arcos de hormigón sin armar (a gravedad), es uno de los pocos puentes de su tipo que quedan en la provincia de Jujuy, por lo que es necesario darle el valor que se merece en la historia de la ciudad de San Salvador de Jujuy. Mediante el agua captada en el embalse proyectado en páginas anteriores es posible ornamentarlo mediante una escenografía de luces y aguas convirtiéndolo en una fuente lineal sobre el XIBI-XIBI. El proyecto de fuente lineal consta de:

• Cámara de llegada: Esta permita definir el nivel de agua en vertedero.

• Aliviadero de excedente, que se incorpora a la cámara de llegada, con el cual el excedente de agua según la distribución, se vuelca al Río Xibi-Xibi.

• Distribución del agua mediante cañerías.

• Válvulas para el manejo de la distribución.

• Canaletas vertedero.

El caudal que se dispondría en el puente Lavalle según el diámetro y el material de la cañería, como el desnivel disponible, seria 10 l/s, por lo que si disponemos de 2 (dos) canaletas-vertedero de 2.00m de largo, y si agrupamos 3 (tres) de estas por arco, y cubrimos tres de estos por cada lateral tendríamos una longitud total de vertedero igual 72.00m, con lo cual dispondríamos de un caudal de 0.139 l/s por m que se vertería sobre el lecho del Río XIBI-XIBI, en forma de una cortina vertical que envuelve al puente en su lateral.

20


21


22


ALGUNAS VISIONES DE LAS COMBINACIONES DE EFECTO EN LA FUENTE LINEAL

23


CONCLUCIONES Con el presente estudio se puede concluir que no es necesario ejecutar grande obras para:

• Regular el caudal del Río XIBI-XIBI, con el objetivo de aprovechar dicha agua en diversos usos.

• Realizar un eficiente control de creciente, que permita aprovechar los márgenes del Río a la altura de la ciudad de San Salvador de Jujuy, recuperando dicha zona para incorporarla al paisaje urbano. Sin embargo para empezar el proyecto ejecutivo de las obras que se proponen en el

presente estudio es necesario dar los siguientes pasos:

1. Comenzar una fuerte campaña dirigida a la recuperación del Río XIBI-XIBI.

2. Realizar un convenio con el MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA DE LA PROVINCIA para la recuperación del Río XIBI-XIBI

3. Una vez firmado el mencionado convenio poner a disposición del MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA DE LA PROVINCIA, el presente anteproyecto, para su evaluación y mejoras sobre el mismo de manera tal de obtener la Factibilidad de las obras por parte de la DIRECCION DE RECURSOS HIDRICOS DE LA PROVINCIA.

4. Una vez que se obtenga la factibilidad del proyecto por parte del MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA DE LA PROVINCIA, se procederá a:

• Realizar un preciso relevamiento planialtimetrico detallado de toda la zona donde se prevé ubicar los embalses y su influencia.

• Estudio de suelo de las zonas mencionadas.

• Revisión del Estudio de Impacto Ambiental, el cual se encuentra confeccionado y forma un capítulo aparte de este estudio.

• Ajuste del proyecto ejecutivo.

• Gestión de recursos para la obra.

• Licitación y construcción de la misma.

Alfredo Ernesto Perullini Ingeniero Civil M.P. 378-CI

Estudio de factibilidad para el aprovechamiento y recuperacion del río xibi xibi

Engineering

Transcript of Estudio de factibilidad para el aprovechamiento y recuperacion del río xibi xibi