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8/17/2019 ESTUDIO DE HIDROLOGIA Y DRENAJE - FACT.docx

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“MEJORAMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA VIAL VILLA PAJCHA - MOHO”

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CAPITULO VII:

ESTUDIO DE HIDROLOGIA Y DRENAJE

____________________________________________________________________________ GOBIERNO REGIONAL PUNO Pagina N°.1


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I. HIDROLOGIA

1. INTRODUCCION.

El presente estudio hidrológico, corresponde a la revisión y análisis de lainformación meteorológica existente, determinación de los caudales de diseño endiferentes cuencas y micro cuencas que atraviesa el trazo del PIP a nivel deFactiilidad del !E"#$%!IE&'# (E )% I&F$%E*'$+'+$% -I%)-I))%P%".% / !#.#0

2. OBJETIVO.

El o1etivo principal es determinar los parámetros hidrológicos e hidráulicos parala selección y diseño de las oras de drena1e pluvial, oras de defensa riereña yprotección de taludes, fenómenos eventuales de erosión y socavación que seproduzcan en la etapa de funcionamiento de la nueva ora proyectado0

3. UBICACIÓN.

El estudio del PIP !E"#$%!IE&'# (E )% I&F$%E*'$+'+$% -I%)-I))%P%".% 2 !#.#, se uica en la $egión Puno, entre las provincias de.uancan3 y *an Pedro de !oho, uniendo varias localidades y muchas omunidades

uicadas en las rieras del norte del )ago 'iticaca0

4eográficamente se encuentra uicado entre los 567 568 y 567 598 de latitud *ur y entre los :;7 68 de longitud #este0 .idrográficamente la zona delproyecto, que descrie cuencas y micro cuencas de drena1e pluvial natural,pertenece a la gran hoya del )ago 'iticaca

4. VIAS DE ACCESO.

El acceso al área del proyecto desde la ciudad de Puno, se realiza siguiendo la

actual carretera asfaltada Puno / "uliaca 2 .uancan3, cuya longitud es de ;9 ?m0, ydesde .uancan3 hasta las localidad de !oho, a trav3s de una carretera asfaltadacon un ancho de 90< y afirmada de escaso ancho @90== m0 incluido ermas y cunetalateralA, y en la mayor parte del año en mal estado de conservación0

5. EJECUCION DEL ESTUDIO

a. Rec!"#ac"$% &e I%'()ac"$%.



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En esta primera etapa se ha desarrollado actividades preliminares como larecopilación de información hidro meteorológica y adquisición de planosaerofotogrametricos y documentos estadBsticos0 )a información recopilada yconsultada fueC

%rchivos del *ervicio &acional de !eteorologBa e .idrologBa @*E&%!.IA0

*. T(a*a+ &e Ca)!.

)as actividades realizadas fueron las siguientesC

• $econocimiento e identificación de las queradas y rBos que cruzan elnuevo trazo de la arretera -illa Pa1cha / !oho0

• $econocimiento e identificación de los tramos de carretera propensos a

inundaciones por el incremento del nivel de las aguas del lago 'iticaca0

Evaluación de las condiciones actuales de las estructuras de drena1e pluvialexistentes @cunetas, ta1eas, alcantarillas, pontones y puentes, etc0A0

D +icación y reconocimiento de las estaciones hidrom3tricas ymeteorológicas de la zona del estudio0

c. T(a*a+ &e Ga*"%e,e.

Esta etapa comprende el análisis y procesamiento de la informacióncorrespondiente a los datos meteorológicos otenidos durante la etapa dereconocimiento de campo, para determinar los caudales máximos de diseño delas estructuras de drena1e como cunetas, alcantarillas, pontones y puentes0 %sBmismo la evaluación de las oras de drena1e pluvial existentes respecto almaterial con que fue construido, su estado de conservación, dimensionesactuales, etc0, de esta manera plantear su me1oramiento yo construcciónnueva0

-. EVALUACION HIDROLOGICA.)os diversos m3todos para el procesamiento de los datos estadBsticos de losregistros meteorológicos de las diversas estaciones uicadas en la zona delestudio se pueden agrupar de la siguiente maneraC

D *elección de las estaciones meteorológicas uicadas en la zona del Estudio y$ecopilación de la información existente en estas estaciones0 En el análisishidrológico, se ha considerado la siguiente información pluviom3trica0

- Precipitación 'otal !ensual- Precipitación !áxima de >< horas



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- )a estación considerada en el área de estudio se muestra en loscuadros ad1untos0

Ca&( N/ 01 E,ac"$%e,e(#$"ca De# E,&"

Estación %ltitud )atitud )ongitud (epartamento Provincia (istrito

!oho 9;= 567 >8 :;7 >;8 Puno !oho !oho

.uancan3 9;= 56G 5>8 :;G /y Isla *oto0

D )a determinación de las Isoyetas de intensidad de lluvia se ha otenidode las estaciones que cuentan con precipitaciones totales anuales ymáximas en >< horas0

. DISTRIBUCIÓN DE LA PRECIPITACIÓN

)a evaluación fluvial realizado, nos permitió oservar insitu, la carencia de registrosde caudales en las cuencas que atraviesa la carretera .uancan3 2 !oho, asB mismoindico que la gran mayorBa de las cuencas y micro cuencas se encontraan áridas conhuellas de erosión yo colmatación del lecho o cauce de los riachuelosH por lo tantoen función a las oras de drena1e existentes se ha determinado los caudalesmáximos de diseño0

El análisis de los registros de precipitación total mensual y precipitación máxima en>< horas de la estación considerada en el estudio permite su caracterización, lamisma se muestra en el cuadro &7 >0 )os valores de estos registros mensuales y demáximas se muestras en los cuadros del &7 y &7


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Ca&( N 02 Pa(6)e,( Ca(ac,e(7,"c &e #a ##8"a

Estación Precipitación

en >< .oras

Precipitación anual en mm0

!áxima !edia0 !Bnima

!oho =>09 9:;0: >

.uancan3 :90= 5960= :960= ;<

ElaoraciónC #$EyP 2 4$ P+

En el cuadro &7 => se puede oservar para la estación de !oho, que la

precipitación media anual, varBa de > mm como mBnimo a >=>09 mm0 omomáximo, con un valor promedio anual de 9:;0: mm0 %sB mismo la precipitaciónmáxima en >< horas registrada fue de


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+%($# &7 =

A9 EN : 2A AB 2A JU JU AG S OC NO DI5;: >=0 0 >:0 50 =0 0 550 >0 505;: 5;0 590 550 5>0 50 =0 50 =0 0 :0 5;05;: 560 5:05;: 560 >0 50 590 :0 60 5:0 90 5605;: >0 5=0 :0 >0 =0 0 0 =0 =05; >0 >0 >>0 50 >0 =0 =0 =0 0 60 >90 >505; >60 >90 650 >:0 =0 =0 0 :0 5>0 5:0 >>05; :0 >;0 >:0 :0 >0 =0 =0 =0 5>0 5>0 5:0 5;05; >>0 >60 >0 50 >50 60 ;0 >505; >50 >=0 5=0 90 5=0 50 =0 >0 560 =0 0 50 50 =0 =0 =0 5=0 590 >=0 05; >0 >0 >50 50 =0 =0 =0 =0 >0 0 5905;9 550 550 =0 0 >0 >:0 >=0 5=0 =0 =0 90 5>0 >=0 50 505;9 >90 5>0 >90 60 :05;9 550 =0 550 :0 0 5=0 =0 50 50 >0 >0 >;05;9 >>0 >50 >=0 90 >0 =0 0 60 5=0 50 5=0 >=05;9 >90 5;0 90 :0 560 >50 >90 0 >=0 50 5905;9 >0 0 >50 :0 =0 >0 =0 0 50 905;; 560 50 ;0 550 0 >=0 =05;; >0 5;0 5=0 60 >0 >=0 5>0 ;0 =0 =0 60 >=0 =0 5505;; >60 5>0 >50 50 =0 =0 5:0 0 >60 6=0 >=05;; >50 50 560 ;0 >=>= >0 >;0 60 >60 5=0 >0 =0 :0 50 5;0 0 5>0>= 5=0 >0 5:0 50 5>0 50 90 60 5=0 :0 5>0 5;0>= >;0 590 >>0 50 >0 = >0 560 50 0 =0 =0 =0 560 >>0 >0 :0 50>= 5:0 = >>0 >0 =0 0 =0 =0 :0 >50 >0>= 5>0



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+%($# &7 =<

A9 EN :EB 2A ABR 2A JU JU AG S OC NO DI5;: 5F0 5=0 F50 >60 ;0 =0 >0 I0 60 I0 60 5:0 I05;I 0 >=0 5I0 F;0 >;05;I >F0 ;0 F;0 5I0 F0 =0 =0 60 >90 5I0 ;0 >>0 560 =0 >0 =0 5>0 505;I >50 F:0 5I0 5=0 60 =0 =0 =0 F0 F=0 :0 >=05;I 560 560 60 =0 ;0 505;I :0 F0 5F05;I 590 60 >F0 F>0 550 I0 =0 >0 I0 >F05;9 0 >:0 >:0 F0 =0 =0 90 5>0 >0 >=0 5;05;9 F0 >:0 >;0 50 >;0 560 F;0 F505;9 F60 F;0 F60 560 I0 I0 90 90 ;0 60 >50 F>0 5605;9 6>0 590 0 F60 560 50 >0 50 I0 ;0 :0 5F0 F605;; >50 >F0 560 :0 ;0 >F0 =0 5:0 5:05 5F0 >50 >F05;; >F0 690 0 60 >=0 F90

5;; 560 5;0 F0 =0 ;0 90 60 5I0 >50 5;0 I0 >0 =0 50 F>0 F=0 > 90 550 F60 5605;; >0 90 5I0 >0 5:0 550: == 5F0 590>== >;0 60 5=0 F0 >0 60 >0 >90 5>0 >60>== 560 F=0 >>0 F>0 60 0 90 >;0 >=0 >60



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;. INTENSIDADES < horas, registrados en esta estación0

;.1. P(ec"!",ac"$% )6>")a e% 24 ?(a.

*e cuenta con datos de precipitaciones máximas en >< horas en la estación

de !oho para un periodo histórico de los Jltimos >= años a partir del año5;:< al >==>0

)os datos de precipitaciones máximas en >< horas en la estación de.uancan3 para un periodo histórico de los Jltimos ==<

horas y precipitación máxima mensual para el mismo periodo de retorno0Para ello las precipitaciones máximas en >< horas y la precipitación totalmensual correspondientes, serán a1ustas por m3todos diversos entre ellosla distriución )og Pearson 'ipo III y otros0

)a intensidad en forma general estará representado por la siguienterelaciónC

I @ & %

(ondeC

i K Intensidad en mm0 hora

d K (uración de la lluvia en horas

L , n K Parámetros que dependen de la zona

Para el presente caso se han estimado los parámetros L, n, para un periodode retorno de 6= años en ase a las intensidades para una duración de ><horas y para el mes0



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)as intensidades para un periodo de retorno pueden ser estimadas en ase a lassiguientes relacionesC

i >< K Pmax >< h @6=A imes K Pmax !es @6=A

>< hr >=hr

(ondeC

i >< horas para un periodo de retorno 'r0ImesK Intensidad máxima de un mes para un periodo de retorno 'r0

Pmax >< h @6=A K Precipitación máxima de >< horas, para un periodo

de retorno de 6= años0 Pmax !es @6=AK Precipitaciónmáxima en un mes para un periodo

de retorno de 6= años0

)uego se pueden plantear las siguientes relaciones0

i>< n imes K L >=n

$esolviendo, se otienen los valores de L y n0

)os valores calculados de n y L, permitirán determinar la intensidad dediseño para periodos de retorno de >6 y 6= años0

. ESTIACIÓN DE LAS DESCARGAS 0

Para cuencas mayores de 56 ?m> las relaciones empBricas empleadas están enfunción de tamaño del área de la cuenca0



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.1. Ce%ca e%(e &e 15 )2,& Rac"%a#

!3todo aplicado con uenos resultados en cuencas con áreas que no exceden de

=06 ?m>0

)a descarga máxima instantánea es determinada en ase a laintensidad máxima de la precipitación, aplicándose la ecuación siguienteC

F @ C I A 3.-

(ondeC

M K (escarga máxima en mseg0

K oeficiente de escorrentBa

I K Intensidad de precipitación en mmhora

% K Nrea de cuenca en ?m0 >

)as asunciones en que se asa este m3todo sonC

• )a magnitud de descarga originada por cualquier intensidad de precipitación alcanzasu máximo cuando 3sta tiene un tiempo de duración igual o mayor que el tiempo deconcentración0

Para efectos de aplicailidad de 3sta fórmula el coeficiente de escorrentBa O y la intensidad de la precipitación varBa de acuerdo a las caracterBsticas

geomorfológicas de la zonaC topografBa, naturaleza del suelo y vegetación de lacuenca0

Para altitudes de ,=== a = a =09= tal como se muestra a continuación0



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Ce'"c"e%,e &e Ec((e%,7a C Pa(aA#,",&e &e 3K000 A 4.500 SN

oeficiente !orfologBa=0>= 'errenos arenosos, llanos sin vegetación

=0= 'errenos arenosos accidentados sin vegetación

=0 a

(ondeC

Mm K (escarga pico en ms

q K (escarga por unidad de área de cuenca @ms?m>A aK Nrea de la cuenca en ?m>

.2.Ce%ca )aM(e &e 15 )2

)as fórmulas anteriormente descritas no pueden ser aplicadas a cuencasmayores de 56 ?m> puesto que en estas superficies intervienen factoresque hacen variar fundamentalmente los valores de las descargas con



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relación a las precipitaciones por las caracterBsticas de las cuencas comoson geológicas0 !orfológicas, vegetación y utilización en mayor o menorescala de los suelos, dado que no se disponen en la zona de estudio, registrohidrom3trico, ni series históricas de oservaciones de niveles de agua0 )asfórmulas empBricas empleadas son contrastadas con oservaciones deniveles máximos @marcas naturalesA de las áreas por drenar0

,& &e C?

hoQ desarrolló un m3todo para el cálculo del caudal pico de hidrogramasde diseño de alcantarillas y estructura de drena1e0 )a relación propuesta esla siguiente0

(ondeC

Mp K caudal pico en mseg0 dc K duraciónefectiva en horas %c K Nrea de la cuencaen ?m> Pc K Precipitación efectiva en mmR K Factor de reducción de pico

(e acuerdo al +0*0 *oil onservation *ervice la precipitación efectiva @PeA enfunción al nJmero de escurrimiento y de la altura de la lluvia total P0 es lasiguienteC

(onde & es el nJmero de escurrimiento cuyo valor depende del tipo desuelo, la coertura vegetal, la pendiente del terreno y la precipitaciónantecedente entre otros factores0

Para la zona de sierra, con cultivos y pastizales y para suelos de arenas

finas y limos le corresponde un valor de & igual a ;0

El factor de reducción de pico R se calcula, como una función del tiempo deretraso y de la duración de exceso d0

En el presente caso los caudales máximos de las queradas yo rBos han sidodeterminados en ase a datos de intensidad/duración / frecuencia,elaorados para la estación .uancan30



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Para un periodo de retorno de 6= años, y en función de la altura de lluviatotal P, se tiene la siguiente ecuaciónC

P K 5


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permite otener caudales moderados, acordes a los requerimientos, cuyaexpresión es la siguienteC

F @ PA 0.5; "0.42

(ondeC

M K audal de escurrimiento en ltseg0

P K Precipitación máxima en >< horas expresada en mm0

i K Pendiente en S

? K oeficiente que depende del tiempo de retorno0

% K Nrea de influencia en hectáreas0

NreaC El área donde se uicaran las oras de drena1e, @cunetasA, seemplazan dentro de un área triutaria promedio de una hectárea,tomándose como área crBtica0 *iendoC

? K =055I K >, 6


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M K =0=>< mseg0

'omando el caudal más crBtico tenemos nuestro caudal de diseñoC

M K =0=>< mseg0 K >< ltseg0

'eniendo en consideración las &ormas Peruanas Peruanas de (iseño dearreteras, en su apBtulo -I, numeral fi1a dimensiones mBnimas, las mimasdeerán ser evaluadas en la etapa del estudio definitivo0

Para el presente estudio se dee considerar el uso de cunetas de formatriangular con dimensiones acordes a los requerimientos de drena1e



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10.3. DETERINACIÓN DE LA PENDIENTE CRTICA:

+tilizando el criterio de !%&&I&4 se tiene la siguiente igualdadC

Va#(e1 I%J

'errenos en 'ierra =0=>6

oncreto =0=5

!amposterBa de Piedra =0=>6

Pa(a c%e,a e ,"e%e:

n K =0=>6

- K 50>6 mseg0 @%sumido como máxima velocidad, ya que para valoresmayores se produce erosiónA0

* K 50>6S

Por consiguiente tenemos que la pendiente, crBtica en nuestro proyecto, a partirdel cual se produce erosión, es 50>6S a partir de lo cual, las cunetas en tierra,deerán ser revestidos en el tramo en estudio, se tiene que las pendientes denuestro proyecto, mayormente superan el 5S por lo tanto las cunetaspreferentemente serán revestidos con concreto o mamposterBa de piedra0



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10.4. PARA CUNETAS REVESTIDAS CON CONCRETO

10.5. PARA CUNETAS REVESTIDAS CON APOSTERIA DE PIEDRA



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(ado que en el presente proyecto no existe pendiente que superan el ;S, no se va atener ningJn prolema de erosión, en el caso de cunetas revestidas con piedra

10.-. DETERINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LAS CUNETAS PARALAS PENDIENTES DE PROYECTO

%nalizaremos para la pendiente mBnima 5S y para pendiente máxima 9S

* K 5S cuneta revestida con concreto % K =0>= m>

* K 5S

$ K =05


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M K =0 m seg0 T =0=:< mseg0

* K 5S unetas en mamposterBa de piedra

% K =0>= m> * K 5S $ K =056

=0>= x =05 x =0=5) =0=>6

M K =0>>< mseg T =0=:< mseg0

S @ 1Q C%e,a

% K =0>= m>

* K 5S

$ K =056

=0>= x05 x =0=55>

M K ///////////////////////////////

=0=>6

M K =0>>< m seg0 =0=:< mseg0 * K 9S uneta revestida con concreto

% K =0>= m> * K 9S $ K =05= x=059 x =0=95>

=0=5

M K =0;5 m9 seg0 T =0=:< mseg0

* K 9S uneta en mamposterBa de piedra % K =0>= m>

* K 9S

$ K =056

=0>= x =05 x =0=95>

M K ////////////////////////////////////

=0=>6

M K =0: mseg T =0=:< mseg0


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* K 9S uneta en tierra

% K =0>= m> * K 9S $ K =056

=0>= x =05 x =0=95>

M K /////////////////////////////////////

=0=>6 MK =0: mseg T =0=:< mseg0

Por lo deducido en la capacidad de cunetas, podemos determinar que la sección de la

cuneta, satisface ampliamente el caudal de escurrimiento de la zona del proyecto0

10.. CUNETA DE CORONACIÓN

on la finalidad de evitar el efecto erosivo del agua de escorrentBa sore los

taludes de corte o al pie de los taludes en corte se deen proveer zan1as o cunetas decoronación con dimensiones mBnimas de =0


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D",a%c"a &e# B(&e &e# Ta#&

)a zona de canales de coronación estará localizada a 5= m0 del orde del talud, sóloen casos excepcionales y cuando la consistencia del talud sea uena será menor de

esta distancia0

11. CONCLUSIONES

- )as queradas que cruzan la carretera .uancan3 / !oho, son de pequeña magnitudtienen sus nacientes en altitudes que oscilan entre los


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ANE=OS


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"%'(ae,(c,(a e% ece%a(" c% !(Mec,

ontinJaU0


24/28


25/28


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Ce'"c"e%,e &e c)!ac"&a& !a(a #a )"c(c.e%ca

)ongitud Indice de ompacidad/5 F0>; ?c 505=:6

/> 069 ?c 50>65</< /6 F0=; ?c 50066 ?c 50==>5/9 50:F ?c 50>956/; 50;: ?c 509=65

Ce'"c"e%,e &e '()a

Es la relación entre el ancho medio y la longitud axial de la cuenca0 )a longitud axialde la cuenca se mide cuando se sigue el curso de agua más largo desde ladesemocadura hasta la caecera más distante en la cuenca0 El ancho mediose otiene cuando se divide el área por la longitud axial de la cuenca0 )ascuencas con factor de forma a1o están menos su1etas a crecientes que otra delmismo tamaño pero con mayor factor de forma



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)os resultados de la pendiente media de las cuencas se muestranen la siguiente 'alaC

Pe%&"e%,e &e #a c.e%ca

$ectangulo Equivalente)ado !a or @LmA (elta .Pendiente

,uencariterio de"usti n

Pe ndiente,uenca

/5 &o umple I== &o cumple I== >:05>S/> 60I9I I6= 5>0;:S I6= >90:5055S I== =05S/ &o umple 0I=6


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C(8a I%,e%"&a&e )6>")a1D.(ac"$%Pe("& &e (e,(%E,ac"$% ?

RELACION INTENSIDAD DURACION PERIODO DE

RETORNO ESTACION2OHO

59PE$I#(# (E $E' #$ 6 %V#*

5: PE$I#(# (E

$E' #$ 5=%V#*PE$I#(# (E

$E' #$ >6%V#*5< PE$I#(# (E $E' #$ 6= %V#*

PE$I#(# (E $E' #$ 5== %V#*5>

PE$I#(# (E $E' #$ >== %V#*

5=

9

:

<

>

=

= > < : 9 5= 5> 5< 5: 59 >= >> >< >:

DURACION HORAS

G(6'"c A.EH 2: C(8a I%,e%"&a&e )6>")a1D.(ac"$%Pe("& &e(e,(%E,ac"$% Ha%ca%e

RELACION INTENSIDAD

DURACION PERIODO DE ____________________________________________________________________________ GOBIERNO REGIONAL PUNO Pagina N°.27

I N T E N S I D A D

( m m / h o r a )


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RETORNO ESTACIONHUANCANE

59

PE$I#(# (E $E'#$ 6 %V#*

5: PE$I#(# (E

$E'#$ 5=%V#*PE$I#(# (E$E'#$ >6%V#*

5< PE$I#(# (E$E'#$ 6= %V#*

PE$I#(# (E $E'#$ 5== %V#*5>

PE$I#(# (E $E'#$ >== %V#*

5=

9

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<

>

=

= > < : 9 5= 5> 5< 5: 59 >= >> >< >:

DURACION HORAS

I N T E N S I D A D

( m m / h o r a )

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