estudio hidrologia y drenaje4

CONSORCIO EL PROGRESO

ESTUDIO HIDROLOGIA Y DRENAJE

ESTUDIO DE PREINVERSION A NIVLE DE PERFIL Proyecto: Construccin del camino vecinal Choropampa

Chucsen - Rio Maran distrito de Choropampa Chota Cajamarca.

DISTRITO: CHOROPAMPA

PROVINCIA: CHOTA

DEPARTAMENTO: CAJAMARCA


INDICE

1.0 GENERALIDADES

2.0 METODOLOGIA DE ESTUDIO

3.0 INFORMACIN BASICA

4.0 EVALUACION DE CAMPO

5.0 ANALISIS ESTADISTICO DE INFORMACION HIDROMETEREOLOGICA

6.0 DISEO DE OBRAS DE DRENAJE PROYECTADAS

7.0 ESTUDIO HIDRAULICO DEL PUENTE CHUCSEN

8.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

9.0 ANEXOS


1.0 GENERALIDADES

1.1. Objetivo

El presente informe consiste en recopilar informe consiste en recopilara informacin de datos

meteorolgicos que permitan calcular los caudales mximos en todos los cursos de agua que

cruzan la carretera proyectada y con estos caudales encontrar las dimensiones hidrulicas de

las diferentes estructuras de drenaje , como puentes, pontones, alcantarillas, cunetas, bajadas

de agua, canales y zanjas de drenaje, entre otras.

1.2. Datos generales

Clasificador departamental:

Trayectoria: Choropampa - Chucsen-Rio Maraon

Departamento: Cajamarca

Provincia: Chota

Distritos: Choropampa

Kilmetro de inicio: 00+000

Kilmetro de fin de tramo: 30+040

Cota de inicio: 2211.35 msnm.

Cota de fin de tramo: 540.35 msnm.

Longitud del tramo: 30.040 Km

1.3. Accesos

Para llegar al camino vecinal en estudio se accede atreves de la trocha carrzale Bambamarca

Paccha Chadin - Choropampa, 04 horas de viaje.

2.0. METODOLOGIA DE ESTUDIO

2.1. Recopilacin de informacin

Comprende la revisin y conclusin a los informes en el rea de Hidrologa e Hidrulica de

estudios anteriores, as como la recoleccin de documentacin cartogrfica, pluviomtrica,

hidromtrica en el rea de estudio.

2.2. Trabajos de campo

A partir de la evaluacin de campo proyectar las canalizaciones del agua superficial proveniente

de lluvias sobre la explanacin de la carretera hacia cursos de agua existentes fuera de la va

evitando que tenga velocidad erosiva, considerando los siguientes aspectos:


proyectada determinando los

parmetros hidrolgicos e hidrulicos a partir de las evidencias encontradas, tales como

cobertura, material de arrastre, niveles mximos de flujo que sern para calibrar y plantear

diseos de obras de drenaje que pudieran comprometer la serviciabilidad a la va.

igen hdrico con la finalidad de plantear soluciones tcnicas

econmicas acorde a las condiciones del entorno.

2.3. Fase de gabinete

Desarrollo de los estudios hidrolgicos que conducen a la determinacin de los caudales de

diseo para el clculo de las dimensiones hidrulicas de las estructuras proyectadas.

En general el estudio consistir en elaborar el inventario de campo, anlisis estadstico de las

precipitaciones, delimitacin de las cuencas, clculo de los caudales de diseo y determinacin

de las dimensiones hidrulicas.

3. INFORMACION BASICA

3.1. Cartografa

La informacin cartogrfica bsica para la determinacin de las cuencas se obtuvo de la

siguiente manera:

Por medio de las coordenadas UTM se reconoci la ubicacin de la carretera en el

google earth.

Con dicha ubicacin se llev al programa global mapper, en dicho programa se

generaron curvas de nivel cada 25m.

Con las curvas generadas se exportaron al programa AUTOCAD donde se delimitaron

las cuencas de todos los cursos de agua.

La identificacin de las cuencas de la cartografa se ha complementado con la informacin

recopilada en la visita de campo, Google Earth y con los planos topogrficos, lo que ha

permitido la mejor precisin de la delimitacin de las cuencas de drenaje de los cauces que son

interceptados por la va.


Grfico N2: Delimitacin de las cuencas del curso de agua que cruzan la va


3.1 Informacin meteorolgica

Para realizar el estudio hidrolgico, se debe recurrir a informacin hidrometeoro lgica lo

suficientemente extensa, que ayude a tener claro el comportamiento climtico que ocurre en el

rea donde se ubica la carretera.

Para ello se necesita la informacin meteorolgica, principalmente de precipitacin y datos de

aforo de los cursos principales que afectan a la va, solicitndose al SENAMHI los datos de

precipitacin mxima en 24 horas, de las estaciones de Chota y Jan.

Las ubicaciones de las estaciones de precipitacin y periodo de registros, son las siguientes:

Cuadro N1:Estaciones Meteorolgicas ubicadas en el rea de estudio

Estacin Provincia Distrito Latitud S. Longitud W.

Altitud

(msnm)

Chota Chota Chota 06 32'50 7838'55 2486.60

Bambamarca Bambamarca Hualgayoc 06 4035 783106 2536.00

Huambos Chota Huambos 06 2713 783106 2293.60

Esta estacin pluviomtrica es la ms cercana al proyecto, ubicadas adecuadamente en las

zonas que generan la escorrenta superficial, las cuales incidirn en una adecuada apreciacin

sobre el comportamiento climtico de la zona, pero sobre todo, en lo que respecta al parmetro

precipitacin y sus consecuencias sobre la carretera en estudio.

4. EVALUACION DE CAMPO

4.1. Descripcin de Caractersticas de Ros y Quebradas

En el tramo se han ubicado quebradas que presentan flujo discontinuo por la discontinuidad de

las precipitaciones. Pero en pocas de lluvia crecen las quebradas y producirn erosin en la

plataforma de la carretera proyectada.

MORFOLOGA FLUVIAL

Debido a que el tramo se desarrolla en colinas de pendiente fuerte las cuencas con escasa

vegetacin y terrenos semi-impermeables, por tanto la erosin y transporte de sedimentos de

las quebradas seran considerables cuando realicen la ejecucin de la plataforma. Las

descargas mximas se presentan en forma fuerte debido a las condiciones morfolgicas y

meteorolgicas de las cuencas

5.0. ANALISIS ESTADISTICO DE LA INFORMACIN HIDROMETEOROLGICA

La hidrologa siendo una ciencia apoyada en las estadsticas y probabilidades, debe entenderse como tal, de manera que todos los valores calculados representan una posible ocurrencia, ms an, cuando los registros proporcionados por las entidades oficiales, a veces, no cuentan con la extensin suficiente o son inconsistentes.

Para realizar los clculos necesarios que permitan obtener como resultado final los caudales de

diseo, se ha recurrido a la informacin pluviomtrica de las estaciones indicadas, las cuales

tienen suficiente perodo de registro.

El parmetro elegido para obtener los resultados que se buscan son las precipitaciones

mximas en 24 horas de las estaciones Chota, Bambamarca y Huambos.

Precipitacin mxima en 24 horas

Como se aprecia en el Cuadro No 01, las estaciones pluviomtricas a ser analizadas tienen sus

registros de precipitaciones de varios aos.

5.1 REGISTROS HISTORICOS DE LA PRECIPITACION MAXIMA

Se ha tomado las precipitaciones mximas en 24 horas de ao de las estaciones

Bambamarca, Chota y Huambos por ser ms cerca y tener la altitud ms aproximada a la

trocha carrzale de estudio.

Cuadro N2

Cuadro N3

Cuadro N4

ESTACION :Bambamarca

Altitud: 2536 msnm.

ao E F M A M J J A S O N D Max.

2004 22.4 19.9 10.4 24.6 12.8 3.8 10.4 4.3 32.8 18 23.2 12.4 32.8

2005 20.4 13.5 20.2 22.7 6 4 6.1 8.7 22.6 12 14.8 11.5 22.7

2006 21.4 13.5 55.4 22.2 19 16.5 25.1 3.4 9.8 19.4 25.6 11.7 55.4

2007 9.9 8 16.9 19.4 6.1 0.3 2.9 5.4 17.2 19.5 28.1 15.8 28.1

2008 20 30 21.3 27.8 7.6 5.2 0.5 10.7 26.8 28.5 17.1 7.8 30

2009 21.6 25.7 25.8 21.9 27.3 10.3 3.3 16.1 14.8 25.1 22.7 8.5 27.3

2010 25.5 40.5 23.4 24.9 21.5 4.5 8.8 6.5 15.8 19.7 15.2 12.9 40.5

2011 13 39.2 30.6 16.3 8.7 4 5.8 1.7 23.9 28.8 19.3 21.4 39.2

2012 20.8 24.4 11.6 15.2 7.4 1.5 0 1.7 9.8 26.2 31.5 23.8 31.5

2013 16.3 28.3 27.2 32.3 13.1 1.6 7.7 15.6 9 19.2 5 14.8 32.3

Pmax. Anuales 33.98

PRECIPITACION MAX. 24 HORAS (mm)

ESTACION :Chota

Altitud: 2486.6 msnm.


2004 25.6 16 30.8 16.6 38.6 0.5 17.1 0.8 18.7 57 52.5 16.7 57

2005 8.6 S/D 38.3 25 8.4 14.9 0.8 4.2 17.8 32.9 28.2 23.8 38.3

2006 61.8 28 33.1 29.8 6.4 16.9 16.2 14.9 31.2 22.5 27.4 32.7 61.8

2007 21.5 11.1 33.7 32.7 26.6 0.7 16.6 9.7 6 20.4 24.4 19.8 33.7

2008 26.3 59.1 38.4 25.2 26.2 10.6 4.4 8.2 30.9 26 S/D S/D 59.1

2009 32 34.2 49 38.1 36.5 13.4 2.7 0.8 16.7 21.6 24 33.3 49

2010 21.6 51.9 47.1 54.2 28.7 14.8 13.4 7.2 10.8 44 15.7 24.1 54.2

2011 17 18.1 26.2 23.2 15.7 0.7 13.6 8 27.9 31.4 14.9 23.4 31.4

2012 36.7 19.7 21.3 32.5 19.4 8.5 0 1 3.9 21.8 44.1 15.9 44.1

2013 40.2 23 33.2 19.2 29.4 7.4 1.2 24.6 4.4 33.1 17.1 24.4 40.2

Pmax. Anuales 46.88


ESTACION :Huambos

Altitud: 2296.6msnm.


2004 17.2 19.8 9.5 37.5 28 10.5 22.1 3.1 40.2 20.2 23.7 17.7 40.2

2005 2.6 32.8 27 5.1 12.4 23.4 4.1 1.8 12.4 42.7 25.6 10.7 42.7

2006 31.9 29.7 55.4 22.2 19 16.5 25.1 3.4 9.8 19.4 25.6 11.7 55.4

2007 21.7 14 37.1 17.5 18.9 0.5 20 21.5 17.1 20.5 39.3 17.3 39.3

2008 25.8 67.7 44.5 53.5 36.1 12.4 2.8 17.3 22.6 31.5 21.6 11.4 67.7

2009 21 21.6 58.8 5.1 16.9 15 12.2 12.1 8.2 47.5 25.3 19.7 58.8

2010 23.7 52.3 39.2 49.6 23.9 9.4 19.3 4.9 33.6 28.3 13.2 8.8 52.3

2011 23.4 18.9 12.2 38.2 24.7 5.6 18.8 12.7 36.7 22.4 20.9 40.5 40.5

2012 23.3 34.7 25.9 49.7 11.1 4.5 12.4 1.5 34.3 45.9 21.9 51.2 51.2

2013 32.9 16.9 30.2 37.3 28.5 1.6 12.2 5.6 10.8 56.5 8.7 17.3 56.5

Pmax. Anuales 50.46


Cuadro N5 Grfico N1

Cuadro N6

Cuadro N7

Altitud Pmax. Anuales

2536 33.98

2486.6 46.88

2296.6 50.46

Altitud Pmax. Anuales

2536 38.50

2486.6 41.22

2296.6 51.65

2341 49.2091

2000 67.93

F= Pm2341/Pm Bam. = 1.28

F= Pm2000./Pm Bam. = 1.76

ESTACION :Areal 1

Altitud: 2000 msnm.


2004 39.52 35.11 18.35 43.40 22.58 6.70 18.35 7.59 57.87 31.76 40.93 21.88 57.87

2005 35.99 23.82 35.64 40.05 10.59 7.06 10.76 15.35 39.87 21.17 26.11 20.29 40.05

2006 37.75 23.82 97.74 39.17 33.52 29.11 44.28 6.00 17.29 34.23 45.16 20.64 97.74

2007 17.47 14.11 29.82 34.23 10.76 0.53 5.12 9.53 30.35 34.40 49.58 27.88 49.58

2008 35.29 52.93 37.58 49.05 13.41 9.17 0.88 18.88 47.28 50.28 30.17 13.76 52.93

2009 38.11 45.34 45.52 38.64 48.16 18.17 5.82 28.40 26.11 44.28 40.05 15.00 48.16

2010 44.99 71.45 41.28 43.93 37.93 7.94 15.53 11.47 27.88 34.76 26.82 22.76 71.45

2011 22.94 69.16 53.99 28.76 15.35 7.06 10.23 3.00 42.17 50.81 34.05 37.75 69.16

2012 36.70 43.05 20.47 26.82 13.06 2.65 0.00 3.00 17.29 46.22 55.57 41.99 55.57

2013 28.76 49.93 47.99 56.99 23.11 2.82 13.58 27.52 15.88 33.87 8.82 26.11 56.99


Cuadro N8

Grfico N3

5.2. ANALISIS DE FRECUENCIA

Con el fin de ajustar a una serie anual de la precipitacin calculada en el cuadro No 08, a una

funcin de distribucin probabilstica terica, y usando los Tiempos de Retorno, se efectuar el

anlisis de frecuencias empleando para ello la distribucin estadsticas que ms se ajuste para

eso se realizo la prueba de bondad de ajuste.

La funcin probabilstica que mejor se adapta a los datos histricos en las condiciones que

estn actualmente en rangos muy grandes entre mximas y mnimas, es:

Para el anlisis de frecuencia comprendi el anlisis de funciones de la distribucin terica:

Normal, Log-normal, Log-normal de 02 y tres parmetros y Gumbel, por ser las ms usadas en

Hidrologa para caso de eventos mximos.

PRECIPITACIONES MAXIMAS 24 h (mm)

AO Choropampa

2004 57.87

2005 40.05

2006 97.74

2007 49.58

2008 52.93

2009 48.16

2010 71.45

2011 69.16

2012 55.57

2013 56.99

Cuadro N9

ANALISIS CON DISTRIBUCION NORMAL

PRECIPITACION MAX. 24h (mm)

AO P(mm) P ORDENADOS F(x) f(x)

2004 57.9 97.7 0.9901 0.001632

2005 40.0 71.5 0.7608 0.019124

2006 97.7 69.2 0.7148 0.020930

2007 49.6 57.9 0.4490 0.024386

2008 52.9 57.0 0.4275 0.024181

2009 48.2 55.6 0.3937 0.023710

2010 71.5 52.9 0.3326 0.022390

2011 69.2 49.6 0.2613 0.020042

2012 55.6 48.2 0.2338 0.018887

2013 57.0 40.0 0.1100 0.011589

MEDIA 59.95

DESV.EST. 16.23

-

0.00500

0.01000

0.01500

0.02000

0.02500

0.03000

0 20 40 60 80 100 120

histograma

Cuadro N10

Cuadro N10

ANALISIS CON DISTRIBUCION LOG - NORMAL DE 2 PARAMETROS


AO P(mm) Q ORD. y = ln (x) F(x) f(x) MEDIA 4.0644

2004 57.9 97.74 4.5823 0.9816 0.1816 DESV.EST. 0.24799232

2005 40.0 71.45 4.2690 0.7954 1.1443

2006 97.7 69.16 4.2364 0.7561 1.2646

2007 49.6 57.87 4.0582 0.4900 1.6082

2008 52.9 56.99 4.0428 0.4654 1.6026

2009 48.2 55.57 4.0177 0.4254 1.5805

2010 71.5 52.93 3.9689 0.3502 1.4939

2011 69.2 49.58 3.9035 0.2583 1.3035

2012 55.6 48.16 3.8746 0.2221 1.2005

2013 57.0 40.05 3.6901 0.0656 0.5151

-

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0 1 2 3 4 5

y = ln x

histograma de los y

ANALISIS CON DISTRIBUCION LOG - NORMAL DE 3 PARAMETROS


AO P(mm) Q ORD. y = ln (x-a) F(x) f(x)

2004 57.9 97.74 4.22302 0.96514 0.15127 MEDIA 3.2996

2005 40.0 71.45 3.73653 0.80461 0.54216 DESV.EST. 0.5092

2006 97.7 69.16 3.68031 0.77271 0.59242 a 29.5000

2007 49.6 57.87 3.34524 0.53574 0.78039

2008 52.9 56.99 3.31365 0.51103 0.78324 C.ASIMETRIA 4.26E-03

2009 48.2 55.57 3.26093 0.46976 0.78128

2010 71.5 52.93 3.15391 0.38741 0.75212

2011 69.2 49.58 2.99950 0.27781 0.65862

2012 55.6 48.16 2.92660 0.23192 0.59916

2013 57.0 40.05 2.35598 0.03192 0.14069

-

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0 1 1 2 2 3 3 4 4 5

LN3; C.A.=0

k

j

k

j j

jj

teor

teorobs

pn

pnN

1

2

1

2

2 )(

.

).(

Cuadro N11

ANALISIS CON DISTRIBUCION GUMBELPRECIPITACION MAX. 24h (mm)

Var. Reducida

AO P(mm) P ORDENADOS y = (x - u)/a Tr

2004 57.9 97.7 2.71 15.49

2005 40.0 71.5 1.17 3.74

2006 97.7 69.2 1.03 3.34

2007 49.6 57.9 0.37 2.01

2008 52.9 57.0 0.32 1.94

2009 48.2 55.6 0.24 1.84

2010 71.5 52.9 0.08 1.66

2011 69.2 49.6 (0.11) 1.49

2012 55.6 48.2 (0.19) 1.42

2013 57.0 40.0 (0.67) 1.17

x medio 59.95 0.4952

desv. Est x (Sx) 16.23 0.9496

n = nmero de datos 10

yn medio = 0.4952

Sn = 0.9496

parmetros, segn n

a = Sx / Sn = 17.09

u = x-yn*a= 51.49

Cuadro N12

Se ajusta mejor a la funcin probabilstica Log normal de 3 parmetros se y se calculo las

precipitaciones mximas a diferentes tiempo de retorno.

Cuadro N13

Cuadro N14

DATOS Emprica Normal LN2 LN3 Gumbel Normal LN2 LN3 Gumbel

1 57.9 0.091 0.010 0.018 0.035 0.065 0.08098 0.07254 0.05605 0.02634

2 40.0 0.182 0.239 0.205 0.195 0.267 0.05736 0.02277 0.01357 0.08536

3 97.7 0.273 0.285 0.244 0.227 0.299 0.01243 0.02882 0.04543 0.02646

4 49.6 0.364 0.551 0.510 0.464 0.498 0.18741 0.14633 0.10062 0.13399

5 52.9 0.455 0.572 0.535 0.489 0.516 0.11793 0.08009 0.03442 0.06108

6 48.2 0.545 0.606 0.575 0.530 0.545 0.06084 0.02913 0.01521 0.00052

7 71.5 0.636 0.667 0.650 0.613 0.601 0.03104 0.01345 0.02377 0.03520

8 69.2 0.727 0.739 0.742 0.722 0.673 0.01143 0.01444 0.00509 0.05406

9 55.6 0.818 0.766 0.778 0.768 0.703 0.05200 0.04029 0.05011 0.11497

10 57.0 0.909 0.890 0.934 0.968 0.858 0.01909 0.02528 0.05898 0.05090

0.18741 0.14633 0.10062 0.13399

Aceptada Aceptada Aceptada Aceptada

0.4301

Probabilidad de excedencia F(x) Diferencia Delta D

PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE

Tr Pno-exc Z Y X

200 0.995 2.5758293 4.61 130.09

100 0.99 2.32634787 4.48 118.09

50 0.98 2.05374891 4.35 106.61

25 0.96 1.75068607 4.19 95.58

10 0.90 1.28155157 3.95 81.54

5 0.80 0.84162123 3.73 71.10

3 0.67 0.4307273 3.52 63.25

2 0.50 0 3.30 56.60

Pmax. sin correccin Pmax. con correccin (*)

Perodo de Choropampa Choropampa

Retorno Log N 3 Log N 3

200 130.09 143.10

100 118.09 129.90

50 106.61 117.27

25 95.58 105.14

10 81.54 89.69

5 71.09 78.20

3 53.77 59.15

2 43.15 47.47

Precipitacin mxima corregida por intervalo fijo de observacin

5.3. INTENSIDAD DE LLUVIA

Se recurri al principio conceptual, referente a que los valores extremos de lluvias de alta intensidad y corta duracin aparecen, en el mayor de los casos, marginalmente dependientes de la localizacin geogrfica, con base en el hecho de que estos eventos de lluvia estn asociados con celdas atmosfricas las cuales tienen propiedades fsicas similares en la mayor parte del mundo. Las estaciones de lluvia ubicadas en la zona, no cuentan con registros pluviogrficos que permitan

obtener las intensidades mximas. Sin embargo estas pueden ser calculadas a partir de las lluvias

mximas sobre la base del modelo de Frederich Bell que permite calcular la lluvia mxima en

funcin del perodo de retorno, la duracin de la tormenta en minutos y la precipitacin mxima de

una hora de duracin y periodo de retorno de 10 aos. La expresin es la siguiente:

Para un perodo de retorno de 10 aos, P24 de 32.4mm (obtenido de la distribucin Normal), se

tiene una altura de lluvia de 13.00mm, correspondiente a una duracin de 60 minutos.

Las curvas de intensidad duracin frecuencia, se han calculado indirectamente, mediante la

siguiente relacin:

Cuadro N15

Cuadro N16

Cuadro N17

T P.Max

aos 24 horas 5 10 15 20 30 60

200 143.1 11.9 17.8 21.7 24.8 29.5 38.7

100 129.9 10.8 16.2 19.8 22.6 26.8 35.3

50 117.3 9.7 14.6 17.8 20.4 24.2 31.8

25 105.1 8.7 13.0 15.9 18.1 21.6 28.3

10 89.7 7.3 10.9 13.3 15.2 18.1 23.6

5 78.2 6.2 9.3 11.4 13.0 15.5 20.3

3 59.1 5.5 8.2 10.0 11.4 13.6 17.8

2 47.5 4.8 7.2 8.9 10.1 12.0 15.8

Fuente: Elaboracin del autor aplicando el Modelo de Bell

Lluvias mximas (mm).- Estacin Areal Choropampa

Duracin en minutos

T P.Max

aos 24 horas 5 10 15 20 30 60

200 143.1 142.4 106.6 86.9 74.3 58.9 38.7

100 129.9 129.7 97.1 79.1 67.7 53.7 35.3

50 117.3 117.0 87.6 71.4 61.1 48.4 31.8

25 105.1 104.3 78.1 63.6 54.4 43.2 28.3

10 89.7 87.5 65.5 53.4 45.7 36.2 23.6

5 78.2 74.8 56.0 45.6 39.1 31.0 20.3

3 59.1 65.5 49.0 39.9 34.2 27.1 17.8

2 47.5 58.0 43.4 35.4 30.3 24.0 15.8

Fuente: Elaboracin del autor

Intensidades mximas (mm/hora).- Areal Choropampa

Duracin en minutos

2.0601997 Log K= 2.0602 K= 114.87

0.8706108 m= 0.198

0.8648602 n= 0.473

48 I= 114.87T0.198

47 Donde: t0.473

0.1975714 -0.472895 T= aos

0.0177099 0.035412 t= minutos

Fuente: Elaboracin del autor

Coeficiente(s) X

Error estndar de coef.

Resultado del Anlisis de Regresin:

Nm. de observaciones

Grado de libertad

Constante

Err. estndar de est.Y

R cuadrada

Cuadro N 17

Cuadro N17

I= K Tm

tn

K= 114.87

m= 0.198

n= 0.473

Duracin (t)

(minutos) 30 50 100

5 105.08 116.23 133.29

10 75.71 83.75 96.04

20 54.55 60.34 69.20

30 45.03 49.81 57.12

40 39.30 43.48 49.86

50 35.37 39.12 44.87

60 32.45 35.89 41.16

70 30.17 33.37 38.27

80 28.32 31.33 35.92

90 26.78 29.63 33.98

100 25.48 28.19 32.33

110 24.36 26.95 30.90

120 23.38 25.86 29.66

Intensidades mximas (mm/h).- Estacin Areal Choropampa

Perodo de Retorno (T) en aos

5.4. TIEMPO DE CONCENTRACION

Para calcular el tiempo de concentracin crtico se utiliz la frmula de Temes y Bransby Williams.

Debido que existe una relacin inversa entre la duracin de una tormenta y su intensidad, se asume

que la duracin critica es igual tiempo de concentracin.

Cuadro N18

Tiempos de concentracin

Progresiva

Km. TemesBransby

WilliamsPromedio

1 0+095.00 Ninguna estructura 0.150 1163.75 533 0.4580 0.39 0.40 0.40


3 0+150.00 Baden

4 0+210.00 Alcant. Paso





9 0+902.00 Ninguna estructura 1.41 2876 833 0.2897 0.85 0.87 0.86

10 0+970.00 Baden






























40 19+655.00 Ninguna estructura 0.09 471 343 0.728238 0.18 0.16 0.17




































Tramo 1: Km.0+000-Km.30+00

NEstructura

existente

Area

(Km2)

Longitud

del

cauce (m)

Desnivel

(m)

Pendiente

(m/m)

Tiempo Concentracin (horas)

5.5. PERIODO DE RETORNO

El tiempo promedio, en aos, en que el valor del caudal pico de una creciente determinada es

igualado o superado una vez cada T.

El clculo del tiempo de retorno estar en funcin al riesgo y la vida til de la estructura.

R=1-(1-1/T)n

Se recomienda utilizar como mximo, los siguientes valores de riesgo admisible de obras de

drenaje:

Cuadro N19

DESCRIPCIN VIDA UTIL (n) Riesgo Periodo de retorno

aos % aos

Puentes 35 0.22 143

Alcantarilla de paso y baden 35 0.39 71

Alcantarilla de alivio 35 0.64 35

Drenaje de plataforma 35 0.64 35

5.6. CAUDALES

La estimacin del caudal de diseo, se ha determinado en funcin de la estimacin de precipitacin,

las caractersticas fisiogrficas y que de acuerdo al rea de la cuenca se aplicara el Mtodo

Racional, Mtodo de Hidrgrafa Unitario.

Mtodo Racional

Los estimados de los caudales mximos fue desarrollado utilizando el mtodo Racional

aplicable para cuencas pequeas (< 13 Km2).

Por lo tanto todas las sub cuencas de drenaje comprometidas con la va sern calculadas

con ese mtodo.

Q =0.278 CIA

Donde:

C: coeficiente de escorrenta.

I : intensidad calculada con Tr , Tc y Curvas IDF.

Se puede apreciar que las precipitaciones mximas calculadas, superan las lluvias

registradas por las estaciones, que es el objeto de las proyecciones y adems el margen de

seguridad para obtener descargas razonables pero no exageradas que sobredimensionen

las estructuras.

En el sistema de drenaje a incorporar en su totalidad son obras menores como canales,

alcantarillas de alivio, paso, badenes etc. diferentes tamaos, cuyas dimensiones

hidrulicas estn en funcin de caudales con tiempos de retorno

Con estos valores y los del tiempo de concentracin, a ser aplicados en la metodologa

correspondiente, se calcularn las descargas correspondientes que permitirn el

dimensionamiento de las estructuras hidrulicas necesarias.

Con toda la informacin necesaria, se ejecutarn los clculos hidrulicos cuyos resultados

permitirn conocer los caudales que inciden en la va en estudio.

Coeficiente de escorrenta

Fuente:GUA SIMPLIFICADA PARA LA IDENTIFICACIN, FORMULACIN Y EVALUACIN SOCIAL DE PROYECTOS DE PROTECCIN DE UNIDADES

PRODUCTORAS DE BIENES Y SERVICIOS PBLICOS FRENTE A INUNDACIONES, A NIVEL DE PERFIL

Pastos de vegetacin ligera, suelo semi-permeable pendiente entre pronunciada

C=0.55

Cuadro N20

K= 114.87

m= 0.20

n= 0.47

T= 35 aos (alcantarillas de alivio)

T= 71 aos (alc. de paso, badn)

T= 143 aos (puentes y pontones)

T= 500 aos (socavacin)

Area

(km2) horas minutos T=35 T=71 T=143 T=500 T=35 T=71 T=143 T=500

Tramo 1: Km.0+000-Km.30+00

1 0+095.00 Ninguna estructura 0.15 0.40 23.70 51.90 59.68 68.54 87.77 1.21 1.39 1.60 2.05


3 0+150.00 Baden 0.00 0.00 0.00

4 0+210.00 Alcant. Paso 0.00 0.00 0.00


6 0+480.00 Alcant. Paso 0.00 0.00 0.00

7 0+683.00 Alcant. Paso 0.00 0.00 0.00

8 0+744.00 Alcant. Paso 0.00 0.00 0.00


10 0+970.00 Baden 0.00 0.00 0.00


































































Estructura

existente

Tiempo deProgresiva

Km.Cuenca

Caudales mximos Mtodo Racional

Intensidad

concentracin Tc mm/hora

Caudal Mximo

(m3/s)

Estacin Areal Choropampa

77.00195.0 KTc HLK

3

6.3

CIAQ

n

m

t

KTI

Mtodo Hidrograma Unitario

Este mtodo est limitado para cuencas mayores a 10 km2, y establece que el caudal pico de

hidrogramas puede expresarse mediante la expresin siguiente:

Este mtodo se utilizara para hallar el caudal donde se localizara el Puente en el Km. 23+420

El caudal de diseo se ha obtenido multiplicando el caudal unitario por la altura efectiva, este valor

ha sido calculado tomando en cuenta la curva I-D-F y los nmeros de escurrimiento.

La determinacin del coeficiente de escorrenta se determin de acuerdo al uso de la tierra y

cobertura, pendiente y tipo de suelo. Considerndose CN = 79, lo que se indica en el Cuadro N 21.

Cuadro N21

% CN Producto % CN Producto

Residencial (20% impermeable) 0 77 0 0.05 85 4.25Caminos 0 95 0 0.01 95 0.95Tierra cultivada (sin tratamientos de conservacion) 0 62 0 0.04 71 2.84

Bosque natural normal 0 36 0 0.9 60 54

0 0 1 62.04

* Entoncesw el CN ponderado sera, CNp= 62.0

CN(III)= 78.99

Uso del suelo

Grupo hidrologico del suelo

A B

CN: CUENCA

Cuadro N23: Numero de escurrimiento

Cuadro N24

Tiempo de Caudal Nmero

concentracin retraso pico base Unitario qp de curva

A (km2) tc (horas) tr tp tb (m3/s/mm) N T=25 T=50 T=143 T=500 T=25 T=50 T=143 T=500 T=25 T=50 T=143 T=500

1 23+420.00 Puente 39.64 2.15 1.29 2.76 7.37 2.99 78.99 105.1 117.3 136.6 161.6 52.7 62.8 79.5 101.7 157.7 187.9 237.7 303.9

Caudales mximos.- Mtodo Hidrograma Triangular

CuencaProgresiva

Km.

Estructura

existente (m)

AreaTiempo (horas)

Altura de lluvia, P (mm) Lluvia efectiva, Pe (mm) Caudal Mximo (m3/s)

77.00195.0 KTc

Tiempo de Caudal Nmero

concentracin retraso pico base Unitario qp de curva

A (km2) tc (horas) tr tp tb (m3/s/mm) N

1 23+420.00 Puente 39.64 2.15 1.29 2.76 7.37 2.99 78.99

CuencaProgresiva

Km.

Estructura

existente (m)

AreaTiempo (horas)

77.00195.0 KTc

T=25 T=50 T=143 T=500 T=25 T=50 T=143 T=500 T=25 T=50 T=143 T=500

105.1 117.3 136.6 161.6 52.7 62.8 79.5 101.7 157.7 187.9 237.7 303.9

Altura de lluvia, P (mm) Lluvia efectiva, Pe (mm) Caudal Mximo (m3/s)

6.0. DISEO DE OBRAS DE DRENAJE PROYECTADAS

En este captulo se indica el anlisis para el control de los flujos de agua superficial y subsuperficial

que discurren en el rea de la carretera.

Para ello se ha tenido como soporte la evaluacin hidrulica y las condiciones de las obras de

drenaje existentes, las caractersticas del rea de proyecto y el estudio hidrolgico realizado.

A continuacin abordamos los diversos elementos del sistema de drenaje propuestos en el estudio.

6.1. DRENAJE TRANVERSAL

En el desarrollo de la evaluacin de campo se han tomado lecturas de las evidencias existentes,

tales como secciones del cauce, tipo de material de arrastre y niveles mximos de flujo que han

servido para determinar la seccin hidrulica de la estructura a proyectar.

Se ha previsto estructuras de cruces para el pase de quebradas, descarga y alivio de cunetas.

Puente

Este tipo de estructura se ha proyectado debido a criterios hidrulicos, diseo vial (diseo

geomtrico de la va, rasante, el cual ha definido la altura libre y glibo de las estructuras); como

parte del sistema de drenaje transversal de la carretera que permita el pase del curso del ro.

Las estructuras proyectadas se caracterizan por ofrecer mayor rea hidrulica para el paso del

gasto lquido y slido que transportan. Las luces fijadas para estas estructuras superan los 10 m de

longitud entre apoyos con lo cual se cubre el ancho natural existente del cauce del ro en la zona

donde intercepta a la carretera.

Se proyecta la construccin de un (01) en la progresiva Km 23+420.

Criterio

Con la informacin proveniente de las caractersticas geomorfolgicas de las cuencas y el resultado

del anlisis hidrolgico, se estim el Caudal Mximo de las cuencas.

Con respeto al material de arrastre se ha considerado para el dimensionamiento de las estructuras

tipo pontn.

Consideraciones Topogrficas:

Se han diseado estructuras tipo Puente en en ros de cauce bien definido cuyo lecho de fondo se

encuentra por debajo de la rasante terminada, permitiendo tanto el paso libre del flujo como el borde

libre adecuado.

Definida la posicin final de la estructura, se procedi a determinar la longitud del levantamiento

topogrfico necesario de la quebrada.

Consideraciones hidrulicas

La ubicacin de la estructura manteniendo la direccin del ro respecto a la carretera proyectada con

la finalidad de no alterar la estabilidad del cauce.

Los coeficientes de rugosidad se determinaron de acuerdo a las caractersticas propias de cada

quebrada. Para la determinacin de la luz y altura de la estructura, se asign de acuerdo a la

pendiente, ancha de la quebrada, niveles alcanzados por el flujo lquido. A partir del caudal de

diseo (Tr =143 aos) y de las consideraciones planteadas se desarrolla las simulaciones del

comportamiento hidrulico durante una avenida y ante una estructura de cruce.

Alcantarillas

En la determinacin de las estructuras de drenaje referente a alcantarillas se han proyectado 22

alcantarillas alivio tipo TMC de dimetro 24, alcantarillas de paso TMC 36 de 36, 38 de 48, 05

60, 10 72.

En el estudio hidrolgico se han determinado los caudales mximos de los cauces, para definir la

seccin hidrulica de las alcantarillas proyectadas.

Para el diseo hidrulico se ha tomado en cuenta la funcin que tendrn las alcantarillas ya sea

como pase de agua ( cruce de canales en zonas de cultivo), cursos naturales (quebradas) y

alcantarillas que cumplen funcin de pase de agua pluvial proveniente de las cunetas.

Adems se ha tomado en cuenta la presencia de slidos de arrastre y material flotante para dicha

definicin cuando las caractersticas del cauce muestran un rgimen torrentoso, en cuyo caso se

han dado los mrgenes de seguridad para esa eventualidad.

Se ha previsto alcantarillas para cubrir las necesidades para descarga de cunetas as como para

aguas superficiales en zonas con depresiones.

Calculo de la capacidad hidrulica

Para el clculo de la capacidad hidrulica se ha aplicado la frmula de Manning (Qd) y de acuerdo al

estudio hidrolgico aplicando el Mtodo racional (Qm).

Donde:

Qm = Descarga mxima proyectada en m3/seg. (Proveniente del estudio hidrolgico)

Qd = Descarga de diseo de la obra en m3/seg.

El mayor valor es el que se considerar para determinar la estructura de cruce.

En el Anexo del Estudio de Hidrologa: Memoria de Clculo del Diseo de las Obras de Drenaje se

muestra la justificacin del dimensionamiento de las alcantarillas.

Estructuras de cabezales de entrada y salida

En la entrada y salida del conducto de la alcantarilla se han diseado cabezales tipo caja, muro con

alero, muro segn se trate de captacin de cunetas de quebradas con cauce, respectivamente.

al pie de los taludes de corte y evacuarlas hacia un dren natural, adems pueden permitir el ingreso

del agua proveniente de pequeas quebradas que puedan descargar a la caja receptora.

que en su interior pueda darse pase a la alcantarilla tipo Marco o TMC proyectada, con una

profundidad adicional de 0.10 m. para almacenar los sedimentos arrastrados por la cuneta y/o

quebrada permitiendo la descarga libre hacia el conducto principal.

en relleno y cruza un cauce que requiere encauzamiento mediante las alas cuyo ngulo se disea

segn sea la posicin del cauce respecto al eje de va. Cuando el cauce es normal a la carretera

(90) las alas se disean a 45 respecto al muro cabezal.

pln del talud de relleno se har un tratamiento de revegetacin,

emboquillado, segn lo indicado en los planos respectivos.

Badenes

Se han proyectado 01 badn triangular de Y=0.4m T=6m Z=7.5, 01 badn triangular de Y=0.35m

T=5m Z=7.0 y 02 badn triangular de Y=0.3m T=3.3m Z=5.5.

Pendiente transversal del badn

Con la finalidad de reducir el riesgo de obstruccin del badn con el material de arrastre que

transporta curso natural, se recomienda.

dotar al badn de una pendiente transversal que permita una adecuada evacuacin del flujo.

Se recomienda pendientes transversales para el badn entre 2 y 3%.

Borde libre

El diseo hidrulico del badn tambin debe contemplar mantener un borde libre mnimo entre el

nivel del flujo mximo esperado y el nivel de la superficie de rodadura, a fin de evitar probables

desbordes que afecten los lados adyacentes de la plataforma vial.

Generalmente, el borde libre se asume igual a la altura de agua entre el nivel de flujo mximo

esperado y el nivel de la lnea de energa, sin embargo, se recomienda adoptar valores entre 0.30 y

0.50m.

Diseo hidrulico

Para el diseo hidrulico se idealizar el badn como un canal trapezoidal con rgimen uniforme.

Este tipo de flujo tiene las siguientes propiedades:

a) La profundidad, rea de la seccin transversal, velocidad media y gasto son constantes en la

seccin del canal.

b) La lnea de energa, el eje hidrulico y el fondo del canal son paralelos, es decir, las pendientes

de la lnea de energa, de fondo y de la superficie del agua son iguales. El flujo uniforme que se

considera es permanente en el tiempo. Aun cuando este tipo de flujo es muy raro en las corrientes

Tipo Dimetro (pulg) Diametro (m) Caudal (m3/s)

PVC 6 0.152 0.012

PVC 8 0.203 0.024

TMC 10 0.254 0.042

TMC 12 0.305 0.066

TMC 24 0.610 0.374

TMC 36 0.914 1.031

TMC 48 1.219 2.117

TMC 60 1.524 3.698

TMC 72 1.829 5.833

TMC 120 3.048 20.919

naturales, en general, constituye una manera fcil de idealizar el flujo en el badn, y los resultados

tienen una aproximacin prctica adecuada.

La velocidad media en un flujo uniforme cumple la ecuacin de Manning, que se expresa por la siguiente relacin:

Donde el gasto viene dado por la siguiente relacin:

Q VA

Donde:

Q: Caudal (m3/s) V : Velocidad media de flujo (m/s) A : rea de la seccin hidrulica (m2) P : Permetro mojado (m) R : Radio hidrulico (m) S: Pendiente de fondo (m/m)

n : Coeficiente de Manning

BADEN Km. 1+600

y= 0.4

B= 0

Z1= 7.5

Z2= 7.5

A = Y(Z1*Y+Z2*Y)/2 = 1.2

0.198

S= 0.035

n= 0.025 mamposteria

3.049

H=Y+BL= 0.40 BL=0.0 Ok H: 0.3-05m segn

T=Y(Z1+Z2)= 6.00 Manual de Diseo carreteras

de bajo transito

de bajo transito

R = A / y((Z12+1)1/2 + (Z2+1)1/2) =

Qmanning =

BADEN Km. 1+800

y= 0.35

B= 0

Z1= 7

Z2= 7

A = Y(Z1*Y+Z2*Y)/2 = 0.8575

0.173

S= 0.035


2.0

H=Y+BL= 0.35 BL=0.0 Ok H: 0.3-05m segn


de bajo transito

R = A / y((Z12+1)1/2 + (Z2+1)1/2) =

Qmanning =

BADEN Km. 6+020, 23+720

y= 0.30

B= 0

Z1= 5.5

Z2= 5.5

A = Y(Z1*Y+Z2*Y)/2 = 0.495

0.148

S= 0.035


1.033

H=Y+BL= 0.30 BL=0.0 Ok H: 0.3-05m segn


de bajo transito

R = A / y((Z12+1)1/2 + (Z2+1)1/2) =

Qmanning =

Alcantarillas de alivio, descarga de cunetas

Las alcantarillas de alivio permiten el paso del flujo que conduce el drenaje longitudinal (cunetas).

Las alcantarillas han sido diseadas de acuerdo a las caractersticas topogrficas del terreno donde

se ubicar la estructura, adems de tomar en cuenta el mximo aporte de las cunetas y dando las

mrgenes de seguridad para el mantenimiento

De acuerdo al aporte de cunetas de 300m como mximo en una direccin, se tiene un caudal

estimado de Qaporte cunetas = 361 l/seg.

Q aporte de cunetas Q alcantarillado

Por lo que se considera como seccin mnima de alcantarilla de alivio de TMC 24.

Se han proyectado 22 alcantarillas alivio tipo TMC de dimetro 24,

Cuadro N25

1 0+095.00 Ninguna estructura Alcan. Paso TMC 48" 1.21 0.000 Cumple 2.117


3 0+150.00 Baden 0.00 0.000 Cumple 0.000

4 0+210.00 Alcant. Paso 0.00 0.000 Cumple 0.000

5 0+255.00 Ninguna estructura 02 Alcan. Paso TMC 48" 2.62 0.000 Cumple 4.230





10 0+970.00 Baden 0.00 0.000 Cumple 0.00

11 1+057.00 Ninguna estructura 3 Alcan. Paso TMC 60" 9.35 0.000 Cumple


13 1+600.00 Ninguna estructura Baden y=0.40 T=6m z=7.5 2.92 0.000 Cumple

14 1+800.00 Ninguna estructura Baden y=0.35 T=5m z=7.0 2.03 0.000 Cumple




18 6+020.00 Ninguna estructura Baden y=0.30 T=3.3m z=5.5 1.03 0.000 Cumple 1.031







































57 23+420.00 Ninguna estructura Puente 189.68 0.000 Cumple 189.680


59 23+720.00 Ninguna estructura Baden y=0.30 T=3.3m z=5.5 0.54 0.000 Cumple 1.031

















Caudal

de

diseo

Verificacin

Qd>Qm

Dimensionamiento de Estructuras de Drenaje transversal

Nuevo Caudal

de diseo

Qd (m3/s)

N Cuenca

Estructura

existente

BxH

Estructura

propuesta

Caudal

Hidrolgico

Qm. (m3/s)

32.202032

08.5508 2

+

+

NP

NPPe rcp ttt + rcp t

tt +2

25.062.7 dP 25.085.8 dP 25.027.10 dP

6.2. DRENAJE LONGITUDINAL

CUNETAS EXCAVADAS EN TIERRA

El control de las aguas superficiales que discurren por la superficie de rodadura as como por los

taludes de corte, se realiza a travs de las cunetas, que conducen el flujo hasta las estructuras de

cruce o al terreno natural.

El tipo de cuneta a proyectar es:

Seccin triangular, (altura de 0.30m), en zonas de media ladera, inclinacin del talud interior en la

cuneta de 2.5H:1V, el talud externo (talud de corte) de acuerdo al talud de corte.

Dimensiones de la cuneta

Cuadro N26

Calculo de la capacidad de la cuneta

| Zi= 1 Zd= 2.5 n= 0.018 tierra

H bl y A P R S V Q

(m) (m) (m) (*) (m2) (m) (m) (m/s) (lt/s)

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 0.5% 0.998 157

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 0.75% 1.222 192

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 1% 1.411 222

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 2% 1.995 314

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 3% 2.444 385

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 4% 2.822 444

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 5% 3.155 497

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 6% 3.456 544

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 7% 3.733 588

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 8% 3.991 629

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 9% 4.233 667

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 10% 4.462 703

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 11% 4.680 737

0.30 0.00 0.30 0.158 1.232 0.128 12% 4.888 770

Cuadro N27

Cuadro N28

Descripcin Pavimento Talud Total Unidad

Coeficiente de Escorrenta 0.7 0.56 T = 0.3 (L/J)

Ancho de rea tributaria 2.25 175 m Siendo:

Longitud de rea tributaria 300 300 m T = Tiempo de concentracin en horas.

Area 0.000675 0.0525 0.053175 Km2 L = Longitud del cauce principal en km.

Pendiente 0.13 0.5 m/m J = Pendiente media.

Tiempo de concentracin 10.7 16.2 26.94 min

perodo de retorno 10 10 ao

Intensidad 43.56 43.56 43.56 mm/h

Caudal de Diseo 0.006 0.356 0.361 m3/s

Todos los datos que se han colocado son los maximos que pueden ucurrir en la cuneta.

Caudal maximo de Diseo para Cuneta

n

m

t

KTI

De A

0+000 0+095 95 00+095 Alc. 0.361 -12.900 0.75X0.30 0.770 cuneta tierra


0+454 0+907 453 00+907 Baden 0.361 -9.950 0.75X0.30 0.667 cuneta tierra

0+907 1+233 326 00+907 Baden 0.361 4.640 0.75X0.30 0.444 cuneta tierra




1+995 2+305 310 01+995 Alc. 0.361 8.890 0.75X0.32 0.629 cuneta tierra
















7+325 7+550 225 07+550 Aliviadero 0.361 -9.350 0.75X0.30 0.667 cuneta tierra

























Material de la

cuneta

Pendient

e

Caudal de

diseo minimo Dimensin

Progresiva Longitud

(m.)

Caudal Hidrologico

maximo(m3/s)Entrega





























23+264 23+420 156 23+420 Puente 0.361 -3.430 1.0X0.4 0.477 cuneta tierra









26+555 26+200 -355 26+200 Alc. 0.361 -3.75 1.0X0.7 0.955 cuneta tierra











7.0. ESTUDIO HIDRAULICO DEL PUENTE CHUCSEN

Con el levantamiento topogrfico del Ro Chuscen (perfil y secciones cada 20m.) y adems

con el clculo del caudal mximo para Tr= 143 y 500 aos se realiz el modela miento

hidrulico con el programa HEC-RAS y as se obtuvo el ancho del puente y datos para el

clculo de la erosin dato que se necesitara para el clculo d profundidad de cimentacin.

MODELAMIENTO HIDRAULICO

El objetivo de la realizacin del modelo hidrulico es establecer los niveles del Ro Chuscen,

as como las velocidades y fuerzas tractivas. Los resultados obtenidos en la modelacin de la

quebrada Honda, como son las superficies de agua, velocidades medias de flujo en cada

margen del ro, y los esfuerzos cortantes, sern la base para la determinacin de los niveles

de proteccin y las profundidades de socavacin, as como los parmetros para la seleccin

de los sistemas de proteccin que se adecuen a los comportamientos hidrodinmicos del ro.

Ubicacin del Puente Proyectado

El lugar de emplazamiento del nuevo puente es el ms adecuado y ofrece mayor estabilidad

fluvial, dado que se ubica en una zona donde el cauce es tramo es recto, permitiendo que el

flujo del ro discurra adecuadamente.

En ese sentido, la ubicacin ptima para el puente desde el punto de vista hidrulico es la que

se propone en el presente estudio, porque adems permitir proyectar un puente de un solo

vano sin apoyos intermedios que no son recomendables por la dinmica fluvial del ro

Chuscen; sin embargo, se recomienda tambin la proteccin de las mrgenes aguas arriba y

aguas abajo del puente.

Consideraciones

Se ha utilizado el programa HEC RAS 4.1 para trabajar el modelo hidrulico, y as para

estimar los niveles, las velocidades del flujo y esfuerzos cortantes del Ro Chuscen. La

primera versin del programa HEC - RAS fue desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros del

Ejrcito de los Estados Unidos en 1967 (HEC 2) y viene siendo aplicado como una

herramienta estndar por agencias federales y estatales de los Estados Unidos y por

consultores de dicho pas y del mundo en general. Los valores de salida del programa

incluyen los niveles de inundacin en cada seccin transversal, la velocidad media, los

esfuerzos cortantes, y otras variables hidrulicas que permiten al modelador disear obras de

infraestructura en medios fluviales. El formato de las salidas es presentado en forma tabular y

en forma grfica.

Geometra del modelo

Con la finalidad de realizar el modelamiento geomtrico de la quebrada se utilizaron datos

topogrficos tomados la superficie o TIN (red irregular de tringulos). Datos existentes desde

aproximadamente 1500 m. aguas arriba y 250 m aguas abajo de la ubicacin del puente.

Parmetros hidrulicos

Coeficientes de rugosidad de Manning

Las estimaciones de los coeficientes de rugosidad de Manning (n) para el quebrada Honda se

estimaron teniendo en cuenta la formulacin que presenta Ven Te Chow en su libro

Hidrulica de Canales Abiertos, donde considera los parmetros topogrficos, geotcnicos e

hidrulicos del ro.

La relacin utilizada para la estimacin del coeficiente de rugosidad de Manning es la

ecuacin dada por Cowan.

n cauce = 0.035

n mrgenes = 0.050

Cuadro N29: Coeficiente de rugosidad de Manning en el cauce central

Caractersticas

relacionadas al

factor

Valor Condicin

del ro

Material

Involucrado n0 0.028

(Grava

gruesa)

Grado de

Irregularidad n1 0.005 (Menor)

Variaciones de la

seccin

transversal n2 0 (Gradual)

Efecto relativo de

las

Obstrucciones n3 0.012 (Menor)

Vegetacin n4 0 (Baja)

Grado de los

efectos por

meandros m5 1 (Menor)

Coeficiente de rugosidad de

Manning n= 0.045

Como se puede apreciar el coeficiente de Manning adoptado para el cauce central es de

0.045, valor que se emplear en la estimacin de caudales, velocidades de flujo y esfuerzos

cortantes para los diferentes niveles de agua estimados.

Cuadro N30: Coeficiente de rugosidad en las Mrgenes

Caractersticas

relacionadas al factor Valor Condicin del ro

Material Involucrado n0 0.02 (Tierra)

Grado de

Irregularidad n1 0.005 (Menor)

Variaciones de la

seccin transversal n2 0 (Gradual)

Efecto relativo de las

Obstrucciones n3 0.010 (Menor)

Vegetacin n4 0.015 (Media)

Grado de los efectos

por meandros m5 1 (Menor)

Coeficiente de rugosidad de

Manning n= 0.050

Como se puede apreciar en la Cuadro N19 el coeficiente de Manning adoptado para las

mrgenes es 0.050.

Pendiente

La pendiente de la ro quebrada Honda es analizada en base a las secciones topogrficas

ubicadas a lo largo del eje del cauce principal. La pendiente promedio del Ro Chucsen, en la

zona de anlisis, es de aproximadamente 12.5%.

Caudales

Los caudales usados en la ejecucin del programa HECRAS fueron los obtenidos en la parte

hidrolgica. Las avenidas centenarias se usaron para calcular los niveles de agua que se

producen en la zona de estudio.

Fig. N04: Ingreso de los datos geomtricos Ro Chuscen

Fig.N 05: Ingreso de los datos Hidrolgicos

Fig. N 06: Resultados: Perfil Longitudinal

Resultados: secciones transversales

Seccin Aguas abajo

Fig. N 07

Seccin de ubicacin del Puente

Fig. N08

Resultados totales de la modelacin hidrulica

Cuadro N 31

Como se puede observar, segn los resultados, el puente proyectado ofrece una luz entre

ejes de estribos igual a 35.00 m, aguas arriba a la entrada del puente se aprecia una sobre

elevacin de la superficie del agua, producto de la influencia de los estribos.

Asimismo, es importante sealar que para la seccin del puente ms desfavorable (aguas

arriba) el nivel del agua alcanza la cota 761.28 msnm, para cumplir con la norma de diseo es

necesario tener un borde libre mnimo igual a 2.50 m respecto del NAME, recomendndose

que el nuevo nivel de fondo de viga se ubique como mnimo en la cota 763.78 msnm.

Los niveles para un periodo de retorno de 143 aos, se muestran en el cuadro N32.

Cuadro N32: Niveles (TR= 143 aos)

N.A.M.E. N.F.V. B.L.

(m.s.n.m) (m.s.n.m)

Recomendado (m)

761.82 764.32 2.50

N.A.M.E.: Nivel de aguas mximas extraordinarias

N.F.V.: Nivel del fondo de viga recomendado

B.L.: Borde libre o glibo recomendado

Plan: 01 rio choropampa rio choropampa RS: 500 Profile: TR143

E.G. Elev (m) 761.82 Element Left OB Channel Right OB

Vel Head (m) 0.54 Wt. n-Val. 0.045

W.S. Elev (m) 761.28 Reach Len. (m) 50 50 50

Crit W.S. (m) Flow Area (m2) 72.86

E.G. Slope (m/m) 0.005503 Area (m2) 72.86

Q Total (m3/s) 237.7 Flow (m3/s) 237.7

Top Width (m) 22.95 Top Width (m) 22.95

Vel Total (m/s) 3.26 Avg. Vel. (m/s) 3.26

Max Chl Dpth (m) 6.28 Hydr. Depth (m) 3.17

Conv. Total (m3/s) 3204.3 Conv. (m3/s) 3204.3

Length Wtd. (m) 50 Wetted Per. (m) 26.17

Min Ch El (m) 755 Shear (N/m2) 150.23

Alpha 1 Stream Power (N/m s) 9575.58 0 0

Frctn Loss (m) 0.45 Cum Volume (1000 m3) 3.13 7.35 0.02

C & E Loss (m) 0.07 Cum SA (1000 m2) 0.69 4.83 0.01

CALCULO DE LA EROCION Como parte del estudio hidrulico, se estimaron los niveles de socavacin empleando la los datos del modelamiento hidrulico tirante, velocidad etc. para avenida de tiempo de retorno de 500 aos. Se calcularan la erosin general, erosin local por diferentes mtodos y a criterio y buen juicio del proyectista se escoger el ms conveniente.

Cuadro N33. Datos hidrulico de la simulacin Hidrulica (TR= 500 aos)

Dimetro representativo del cauce El dimetro representativo del cauce se ha obtenido a partir de la visualizacin de todo el espectro de tamaos presentes en el cauce y que engloba al material que es capaz de ser arrastrado y removido de su posicin por la corriente. Para determinar el d50 se utiliz la informacin de los sondajes en la zona cercana al estribo derecho, la cual se muestra a continuacin.

D50=0.5mm.

Plan: 01 rio choropampa rio choropampa RS: 500 Profile: TR500

E.G. Elev (m) 762.48 Element Left OB Channel Right OB

Vel Head (m) 0.63 Wt. n-Val. 0.045

W.S. Elev (m) 761.85 Reach Len. (m) 50 50 50

Crit W.S. (m) Flow Area (m2) 86.53

E.G. Slope (m/m) 0.005685 Area (m2) 86.53

Q Total (m3/s) 303.9 Flow (m3/s) 303.9

Top Width (m) 25 Top Width (m) 25

Vel Total (m/s) 3.51 Avg. Vel. (m/s) 3.51

Max Chl Dpth (m) 6.85 Hydr. Depth (m) 3.46

Conv. Total (m3/s) 4030.6 Conv. (m3/s) 4030.6

Length Wtd. (m) 50 Wetted Per. (m) 28.52

Min Ch El (m) 755 Shear (N/m2) 169.17

Alpha 1 Stream Power (N/m s) 9575.58 0 0

Frctn Loss (m) 0.45 Cum Volume (1000 m3) 3.77 8.85 0.03

C & E Loss (m) 0.08 Cum SA (1000 m2) 0.76 5.12 0.17

EROSIN LOCAL PUENTE CHUCSEN

. Mtodo de Liu, Chang y Skinner

El mtodo se basa en una ecuacin resultante de estudios de laboratorio y anlisis dimensional; y tiene la siguiente expresin:

Donde:

: Profundidad de socavacin de equilibrio medida desde el nivel medio del lecho hasta el fondo del hoyo de la socavacin (m)

: Profundidad media del flujo aguas arriba en el cauce principal (m)

: Longitud del estribo y accesos al puente que se opone al paso del agua (m)

: Nmero de Froude en la seccin de aguas arriba

: Velocidad media del flujo aguas arriba

: Coeficiente de correccin por forma del estribo. Es igual a 1.10 para estribos con pared vertical hacia el cauce y 2.15 para estribos con pared inclinada.

Segn esta metodologa se tiene una profundidad de socavacin igual 0.95 m.

6.85 m

0.3 m. (por seguridad por que las torres estan alejadas mucho mas)

3.51 m/s

0.428

1.1

1.630 m.

33.0

4.0

rfs F

h

LK

h

y

gh

VFr

sy

h

L

rF

VfK

hL

V

rF

fK

sy

Metodo: Lacey

f=Raiz(dm) (en cauce)

dm= en mm

q = caudal unitario

Datos:

Caudal: 303.9 m3/s tr=500 ao

Ancho: 25 m (x=Q/V.Y)

Diametro medio: 0.5 mm.

Nivel de agua : 761.28 msnm

Cota de Fondo sin erocin : 755.0 msnm

Resultados

qunit = 12.16 m3/s/m

F= raiz(dm) = 1.24

DS= 1.4859*(q 2^/f) 1^/3 = 7.317 m.

Cota de fondo erocionado = 753.963 msnm.

Altura de erocin = 1.037 m

So= 1.00 m. se asume por seguridad

Ds = 1.4859*(q2/f) 1/3

Ds= Nivel de agua erocionado

Cuadro N34

Medidas del puente despus de la modelacin hidrulica y clculos de profundidad de

socavacin.

Fig. N15

Altura mnima del estribo del Puente hasta el fondo de viga=5.0m.

Profundidad media del flujo en la zona de inundacin estribo: 0.3 m.

Coeficiente en funcin forma del estribo (Kf) : 1

Coeficiente en funcin del angulo de ataque de la corriente (Kj): 1

Numero de froude en la en la proximaidad del estribo (Fr): 2.047

Longitud del estribo y accesos al puente oposicin al flujo : 0.3 m.

Velocifad media (V) : 3.51

SOCAVACIN CALCULADO (ds) 1.35

Profundidad de socavacin promedio = 1.492077586

Profundidad Profundidad Profundidad

Socavacin general Socavacin local Socavacin Total

1.00 1.49 2.49

Cota (msnm) 753.11

Profundidad media del flujo en la zona de inudacin estribo (he) : 4.22 m

Coeficiente en funcin forma del estribo (Kf) : 1.00

Coeficiente en funcin del ngulo de atque de la corriente (Kj) : 1.00

Nmero de Froude en la proximidad del estribo (Fre) : 0.33

Longitud del estribo y accesos al puente oposicin al flujo : 0.20 m

Velocidad media (V) : 2.12 m/s

SOCAVACION CALCULADO (ds) : 5.52 m

CALCULO DE SOCAVACION LOCAL EN ESTRIBOS

PUENTE : NARANJITOS

METODO N3 : MTODO DE FROEHLICH

DATOS HIDRAULICOS

127.2/ 61.043.0

+

Fre

he

LKfKjheds

Profundidad Profundidad Profundidad

Socavacin general Socavacin local Socavacin Total

1.00 1.49 2.49

Cota (msnm) 752.51

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se trabajo con informacin pluviomtrica de 03 estaciones muy cercanas al proyecto por lo

que es bastante confiable los resultados y adems los coeficientes de escorrenta se han

tomado los ms crticos para que por seguridad de las estructuras.

Por tratarse de cuencas pequeas el clculo de los caudales para alcantarillas y badenes se

calcul con la formula racional. Para clculo del caudal del ro Chucsen se calcul con el

hidrograma unitario.

Para la formulacin del presente Estudio, se utilizaron los registros histricos referentes a las precipitaciones mximas en 24 horas, registrados en la Estacines Bambamarca, Chota y Huambos a partir de estas estaciones se encontr una areal . A partir de la distribucin de mejor ajuste se eligi los resultados de la Distribucin Log Normal N3, dado que segn la prueba de bondad Kolmogorov Smirnov dicha distribucin de probabilidades se ajusta satisfactoriamente a los datos de la muestra. La precipitacin mxima con una lectura mxima de 143.10 mm de una banda de datos equivalente 200 aos.

A lo largo del tramo en estudio, se han observado cuencas hidrogrficas que interceptan el alineamiento de la carretera; las mismas que han sido identificadas en la informacin cartogrfica y cuyas superficies de aportacin varan entre 0.01 Km2 y 6.5 Km2 y el ro Chucsen 39.64 km2.

El sistema de drenaje desarrollado est basado en no interferir con los flujos naturales superficiales, ya que estos han sido analizados, tomando en cuenta, no solamente sus valores o parmetros hidrulicos, sino tambin su comportamiento integral, en especial con el arrastre de materiales en suspensin. Por lo que el sistema de drenaje propuesto de la carretera est constituido por obras de drenaje transversal (puente y alcantarillas), obras de drenaje longitudinal en reas de corte. La ubicacin y caractersticas de las obras de drenaje proyectadas se detallan en el tem Diseo Hidrulico de Estructuras de Drenaje.

Las descargas mximas de diseo de las obras de drenaje propuestas en el presente Estudio, fueron estimadas de acuerdo a las reas de aportacin de las cuencas comprometidas, establecindose as que para reas de cuencas menores a 10 Km2, el caudal de diseo se ha estimado mediante el Mtodo Racional y para las cuencas con reas de aportacin mayores a 10 Km2, el caudal de diseo se ha estimado mediante el Mtodo del Hidrograma Triangular.

El tratamiento de drenaje longitudinal mediante cunetas se proyecta en las progresivas indicadas en todo el tramo. Habindose determinado cunetas de tierra los tramos indicados en el presente informe.

Se proyecta la construccin de 01 Puente de luz de 32.00m, ancho de 6.00m, y estribos de 5.00 m. hasta el fondo de viga de altura en la progresiva Km. 23+420.

En la determinacin de las estructuras de drenaje referente a alcantarillas se han

proyectado 22 alcantarillas alivio tipo TMC de dimetro 24, alcantarillas de paso TMC 36 de

36, 38 de 48, 05 60, 10 72.

Se han proyectado 01 badn triangular de Y=0.4m T=6m Z=7.5, 01 badn triangular de

Y=0.35m T=5m Z=7.0 y 02 badn triangular de Y=0.3m T=3.3m Z=5.5.

8. ANEXOS

PANEL FOTOGRAFICO

Foto N01: Cuencas de los cursos de agua que cruzan la carretera escasa vegetacin y pendiente

pronunciada.

Foto N02: Cuenca del Ro de Chucsen

Foto N03: Quebradas que cruzaran la va.

estudio hidrologia y drenaje4

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