estudio de hidrologia y obras de arte - copia.pdf

MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPO-

VISTA ALEGRE – JUNIN

Hidrologia y obras de

arte

MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPO – VISTA ALEGRE

KM 30 -35 – JUNIN

ESTUDIO DE HIDROLOGÍA

1.00 INTRODUCCIÓN

1.01 OBJETIVOS DEL ESTUDIO

El presente Estudio, en el Capítulo de Hidrología y Drenaje, persigue alcanzar

los siguientes objetivos:

Evaluar desde el punto de vista hidráulico, las estructuras de drenaje

existentes.

Evaluar las características hidrológicas y geomorfológicas de las quebradas

y/o subcuencas que interceptan la vía proyectada.

Proponer las diversas obras de drenaje que requieran ser proyectadas de

acuerdo a la evaluación de las estructuras existentes y a la exigencia

hidrológica del área del Proyecto Vial, con la finalidad de garantizar su

estabilidad y permanencia.

1.02 UBICACIÓN DEL PROYECTO

El tramo de carretera motivo del presente Estudio, se encuentra ubicado en la

región de Junín, entre las localidades de Chupuro (Km. 00+000) y Chongos Alto

(Km. 44+460), la cual se desarrolla entre los 3,190.32 y 3,552.77 msnm,

aproximadamente.

Geográficamente, dicho tramo está comprendido aproximadamente entre las

coordenadas (75º14’44” W, 12º 9’20” S), en el inicio del proyecto y (75º16’54” W,

12º19’55” S), en la localidad de Huasicancha.

En este mapa se presenta la trayectoria de la carretera Chupuro(A) hacia

Chongos Alto (B)

Imagen (1)




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Políticamente, está localizado en la zona Sur – Oeste de la Región Junín, en la

provincia de Huancayo, distritos de Chupuro, Chicche y Chongos Alto.

En el imagen (2) se muestra nuestro tramo a trabajar:

Que se delimita por el círculo rojo, que está entre el km. 30+00 y km 35.00

Imagen (2)

Como se ve en la Imagen (3), el Pueblo más cercano es Vista alegre que esta al

terminar el km 35.00, después esta Laive Incahuasi cual nos ayudara a tener datos

puesto que hay una Estación. Teniendo como datos principales las precipitaciones

y temperaturas de la zona a trabajar.

Imagen (3)




arte


KM 30 -35 – JUNIN

2.00 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ZONA DE ESTUDIO

2.01 HIDROGRAFÍA

El sistema de drenaje de la zona en estudio está constituido por quebradas en

su mayoría seca en la época de verano (Mayo - Setiembre), activándose los

mismos en la época de invierno (Setiembre – Mayo)

2.02 CLIMA

El clima de la zona varía con la altitud, tornándose frígido en las zonas altas y

templado moderadamente lluvioso en las zonas bajas. La biotemperatura anual

máxima es de 12.9ºC y la media anual mínima de 6.5ºC.

2.03 VEGETACIÓN

La vegetación natural así como los cultivos varían con la altitud y el clima; la

vegetación natural está constituida por especies de gramíneas, arbustivas

xerofíticas y especies de arbóreas como pinos, eucaliptos. Mientras que los

cultivos lo constituyen especies vegetales tales como: papa, maca, olluco,

habas, alverja, quinua, oca.

2.04 RELIEVE

El relieve se caracteriza por ofrecer una configuración topográfica accidentada,

dentro de estas características se emplaza la actual carretera, la cual se

desarrolla generalmente en corte a media ladera.

3.00 ANÁLISIS HIDROLÓGICO

3.01 INFORMACIÓN BÁSICA

La información básica que se ha utilizado para la elaboración del análisis

hidrológico es la siguiente:

3.01.01 INFORMACIÓN CARTOGRÁFICA

Se utilizó la siguiente información:

Carta Nacional proporcionada por el Instituto Geográfico Nacional (IGN), a

escala 1:100 000, habiéndose empleado las siguientes:

Huancayo Hoja 25 – m




arte


KM 30 -35 – JUNIN

3.01.02 INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA

Se refiere a precipitaciones máximas en 24 horas registradas en las estaciones

pluviométricas cercanas a la zona de estudio, habiéndose utilizado la siguiente

información:

Precipitación máxima en 24 horas de la Estación Pluviométrica “Viques”

período 1992 – 2011.

Precipitación máxima en 24 horas de la Estación Pluviométrica “Laive”

período 1992 – 2011.

En los cuadros Nº 01 y 02 se presentan las series históricas de

precipitaciones máximas en 24 horas.

CUADRO Nº 01

SERIE HISTÓRICA DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS

EN 24 HORAS (MM) – ESTACIÓN VIQUES

Nº

AÑO

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MAX

24Hs

(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

01 1992 21.00 29.30 37.40 28.90 0.00 4.30 44.20 16.00 8.00 28.60 15.80 3.90 44.20

02 1993 30.60 22.40 15.80 14.70 0.00 0.00 0.10 3.50 8.00 28.50 22.40 18.90 30.60

03 1994 22.20 19.60 18.40 8.90 8.90 0.00 0.00 3.90 6.50 20.80 14.40 12.90 22.20

04 1995 11.10 14.30 26.20 19.50 3.50 0.00 0.00 0.00 4.20 24.40 23.90 16.50 26.20

05 1996 27.00 26.80 23.50 18.20 3.20 5.80 0.10 4.50 24.80 7.20 16.40 17.20 27.00

06 1997 17.90 20.50 24.30 12.30 0.60 0.00 16.00 3.70 10.60 12.80 18.00 27.70 27.70

07 1998 19.40 28.10 8.60 9.50 0.00 2.70 0.00 3.80 4.50 18.20 18.60 12.70 28.10

08 1999 11.30 34.50 15.50 9.20 0.00 3.40 4.90 0.00 14.60 8.20 14.20 14.00 34.50

09 2000 14.30 14.50 15.00 8.10 3.50 2.80 3.80 14.30 14.90 10.20 17.40 24.70 24.70

10 2001 26.10 21.30 24.70 8.20 8.40 0.00 8.00 3.70 18.70 17.50 12.20 27.60 27.60

11 2002 16.80 20.10 13.70 6.50 0.00 1.10 4.10 0.00 13.80 25.90 23.00 16.10 25.90

12 2003 23.00 17.30 16.70 11.80 6.70 0.00 0.00 7.40 15.30 6.70 20.90 15.80 23.00

13 2004 10.20 34.60 20.70 9.80 13.70 10.80 6.80 8.80 13.10 5.90 10.10 17.40 34.60

14 2005 9.30 21.10 13.10 21.20 11.90 0.00 0.00 17.50 14.60 21.70 9.60 18.30 21.70

15 2006 17.90 22.00 23.60 8.50 0.00 4.40 0.00 15.10 8.30 22.10 11.30 18.50 23.60

16 2007 17.90 9.70 13.60 7.60 0.00 0.00 5.80 0.00 18.80 8.70 19.30 15.50 19.30

17 2008 14.00 25.10 13.60 0.00 2.10 4.60 0.00 0.00 14.60 9.30 15.10 20.20 25.10

18 2009 11.70 14.20 23.40 11.60 8.50 0.00 5.80 19.10 8.60 18.20 17.20 21.40 23.40

19 2010 25.40 11.60 24.80 20.50 0.00 13.50 0.00 4.20 7.80 8.80 16.50 37.90 37.90

20 2011 32.60 37.10 23.00 36.40 8.90 0.00 6.00 7.50 12.10 12.70 14.20 32.60 37.10

MAX 32.60 37.10 37.40 36.40 13.70 13.50 44.20 19.10 24.80 28.60 23.90 37.90

MIN 18.99 22.21 19.78 13.57 4.00 2.67 5.28 6.65 12.09 15.82 16.53 19.49

MED 9.30 9.70 8.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.20 5.90 9.60 3.90




arte


KM 30 -35 – JUNIN

FUENTE: SENAMHI

Conclusión respecto a la información podemos ver que la precipitación máxima es de

44.2mm/día en mes de Julio del año 1992, y 37.10 mm/día en el mes de Febrero del 2011

CUADRO Nº 02

SERIE HISTÓRICA DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS

EN 24 HORAS (MM) – ESTACIÓN LAIVE

Nº

AÑO

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MAX

24Hs

(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

01 1992 30.00 24.80 26.00 24.20 15.00 0.20 9.00 16.10 13.30 13.90 9.30 14.30 30.00

02 1993 42.50 30.60 22.40 11.80 10.60 21.00 18.00 8.00 4.50 37.00 9.10 23.10 42.50

03 1994 30.00 43.60 13.60 23.70 9.70 0.00 0.00 0.10 9.00 12.70 18.20 28.50 43.60

04 1995 17.20 33.80 29.30 17.80 3.10 0.70 19.00 2.40 4.90 7.20 19.10 23.90 33.80

05 1996 37.50 27.60 28.00 15.60 2.60 6.80 9.60 14.00 15.10 27.30 7.70 29.30 37.50

06 1997 22.30 18.90 16.70 11.50 7.50 0.70 0.60 6.70 16.30 9.60 23.80 26.80 26.80

07 1998 25.70 25.00 16.80 12.00 1.50 2.30 0.00 4.80 16.70 11.80 28.00 16.10 28.00

08 1999 26.20 29.80 20.50 12.30 3.50 2.00 4.20 10.40 19.00 12.00 19.80 26.80 29.80

09 2000 25.90 18.70 18.00 8.10 18.20 1.20 13.00 11.30 8.50 30.40 12.50 20.40 30.40

10 2001 30.40 16.40 20.40 29.50 10.00 3.60 10.00 6.00 19.00 14.80 14.60 20.50 30.40

11 2002 27.00 22.00 26.70 12.50 5.50 9.10 6.30 5.20 12.90 20.10 21.50 13.70 27.00

12 2003 20.00 15.60 20.00 12.10 4.50 0.00 7.00 18.20 11.20 12.20 15.00 26.50 26.50

13 2004 10.80 80.50 19.30 5.80 18.50 7.80 2.10 8.70 7.80 11.00 10.60 15.20 80.50

14 2005 25.00 11.10 8.00 12.00 5.10 0.00 8.90 8.00 3.00 13.30 12.00 21.50 25.00

15 2006 22.40 18.20 17.00 21.70 0.00 7.60 1.40 7.00 9.50 8.80 8.70 26.80 26.80

16 2007 13.50 15.00 17.80 10.50 10.30 0.00 3.50 0.00 9.10 13.00 18.60 12.70 18.60

17 2008 16.50 21.30 20.50 2.70 4.10 1.90 2.60 6.20 5.50 14.20 8.10 11.00 21.30

18 2009 18.30 14.00 18.40 16.70 5.20 0.50 3.70 10.30 9.80 8.70 16.00 18.50 18.50

19 2010 35.60 27.60 12.70 8.30 0.00 0.00 0.00 0.00 3.30 7.50 7.40 18.00 35.60

20 2011 19.80 27.40 29.80 36.20 4.50 0.80 1.20 8.70 21.40 8.60 11.60 21.80 36.20

MAX 42.50 80.50 29.80 36.20 18.50 21.00 19.00 18.20 21.40 37.00 28.00 29.30

MIN 24.83 26.10 20.10 15.25 6.97 3.31 6.01 7.61 10.99 14.71 14.58 20.77

MED 10.80 11.10 8.00 2.70 0.00 0.00 0.00 0.00 3.00 7.20 7.40 11.00

FUENTE: SENAMHI

Conclusión respecto a la información podemos ver que la precipitación máxima es de

80.5mm/día en Febrero del 2004 y 36.2 mm/día en el mes de Abril del 2011

CUADRO DE PRECIPITACIONES A PARTIR DEL 2013




arte


KM 30 -35 – JUNIN




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Conclusión:

Como podemos notar en lo gráficos de precipitaciones entre el 2013 y 2014, la máxima

precipitaciones de la Estación Laive, es de 194.3 mm/día y de la Región de Junín es de 205.6

mm/día en el mes de Mayo del año de 2013 en Ingenio que se encuentra muy alejado del de

nuestro tramo de nuestra carretera




arte


KM 30 -35 – JUNIN

MAPA DE PRONÓSTICOS DE PRECIPITACIONES EN LAS REGIONES DEL 2014

Imagen (4)

FUENTE : SENAMHI

DETALLE DE ZONA A TRABAJAR:




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Imagen (5)

PRECIPITACIONES DEL 2013 AL 2014

Imagen (6)

Fuente

:SENAMHI

Conclusión:

Con este pronóstico de lluvias en la región de Junín, nos ayudara para poder diseñar

mejor las partes de la carretera. Para que el proyecto tenga una mayor durabilidad.

Como vemos en la Imagen (6), la zona verde nos muestra precipitaciones superiores al

52 %, donde se encuentra nuestra Estación Laive, donde estamos extrayendo

información para el diseño de nuestra carretera, seguido de eso sigue una zona blanca




arte


KM 30 -35 – JUNIN

donde esta nuestro tramo de carretera que nos indica que las precipitaciones normales

en 33%

SEGÚN NORMA:

Para el diseño del bombeo, nos basaremos respecto el Manual de Carreteras de

Diseño Geométrico -2013:

Según Manual de Carreteras de Diseño Geométrico -2013

CAPITULO III, Sección 304.05 Bombeo, pag. 212

De TABLA 304.03

Como nuestras precipitaciones son menores que 205.6mm/año del mes de Mayo-2013

del Pueblo Ingenio, y para nuestro tipo de superficie es pavimento asfaltico. La pendiente

de nuestra Bombeo será 2%




arte


KM 30 -35 – JUNIN

3.01.03 INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA

Se han identificado numerosas quebradas que interceptan el trazo del tramo en estudio, sin

embargo no se tiene información hidrométrica alguna que podría establecer los caudales

máximos para los cálculos respectivos.

Como se muestra en la imagen (7) para nuestro tramo ahí una quebrada que pasa. Y la

imagen (8) se ve las características de la quebrada.




arte


KM 30 -35 – JUNIN

4.00 OBRAS DE DRENAJE LONGITUDINAL

Las cunetas son zanjas longitudinales revestidas o sin revestir abiertas en el

terreno, ubicadas a ambos lados o a un solo lado de la carretera, con el objeto

de captar, conducir y evacuar adecuadamente los flujos del agua superficial.

Se proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte,

longitudinalmente paralela y adyacente a la calzada del camino y serán de

concreto vaciadas en el sitio, prefabricados o de otro material resistente a la

erosión.

Serán del tipo triangular, donde el ancho es medido desde el borde de la rasante

hasta la vertical que pasa por el vértice inferior. La profundidad es medida

verticalmente desde el nivel del borde de la rasante al fondo o vértice de la

cuneta.

El encuentro de la superficie de rodadura con el talud interno de la cuneta, debe

ser tal que la superficie de rodadura (concreto asfáltico, etc.) no cubra todo el

espesor de pared de la cuneta, tal como se aprecia en la Imagen (9).

4.01 DIMENSIONAMIENTO

La inclinación del talud interior de la cuneta (V/H) (1:Z1) dependerá, por

condiciones de seguridad, de la velocidad y volumen de diseño de la carretera,

Índice Medio Diario Anual IMDA (veh/día); según lo indicado en la Tabla Nº

304.12 del Manual de Diseño geométrico

DG-2001.

Par nuestro proyecto que tenemos un IMDA proyectado de 1505 veh/año y una

velocidad de diseño de 50 km /h concluimos con lo valores resaltados

Imagen (9)

La inclinación del talud exterior de la cuneta (V/H) (1:Z2) será de acuerdo al tipo de inclinación considerada en el talud de corte.




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Para el Talud exterior, los datos lo obtenemos de la tabla 304.10 del Manual de

Diseño Geomerico de Carreteras (DG-2013); relación será (1H:1V)

4.02 DIMENSIONES MÍNIMAS

Las dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviales. De elegir la sección triangular, las dimensiones mínimas serán las indicadas en la Tabla Nº 34.




arte


KM 30 -35 – JUNIN

4.03 REVESTIMIENTO DE LAS CUNETAS:

Las cunetas deben ser revestidas, para evitar la erosión de la superficie del cauce o

conducto, productos de corrientes de agua que alcancen velocidades medias superiores

a los límites fijados en la Tabla Nº 33; o cuando el terreno es muy permeable que permite

la filtración hacia el pavimento, y consecuentemente su deterioro. El revestimiento de las

cunetas puede ser de concreto, o de ser el caso de mampostería de piedra, previa

verificación de velocidades de acuerdo a las pendientes finales del trazo geométrico. Se

recomienda un revestimiento de concreto f´c = 175 kg/cm2 y espesor de 0.075m.

La inclinación del talud interior de la cuneta (V/H) (1:Z1) dependerá, por condiciones de

seguridad, de la velocidad y volumen de diseño de la carretera, Índice Medio Diario Anual

IMDA (veh/día); según lo indicado en la Tabla Nº 304.12 del Manual de Diseño

geométrico DG-2001.

4.04 DISEÑO DE OBRAS DE ARTE:

Variables que debemos saber:

Intensidad de lluvia (i):

La intensidad es la tasa temporal de precipitación, es decir, la profundidad por unidad de

tiempo (mm/h). Puede ser la intensidad instantánea o la intensidad promedio sobre la

duración de la lluvia. Comúnmente se utiliza la intensidad promedio.

Tiempo de concentración (tc):

Es el tiempo requerido por una gota para recorrer desde el punto hidráulicamente más

lejano hasta la salida de la cuenca.

Tiempo de retorno (tr):

Depende de la importancia de la estructura. Los períodos de retorno en obras viales y

otras obras regionales, incluyendo alcantarillas, varían típicamente entre los 25 y 100

años. Es inusual usar períodos de retorno mayores a 100 años en el diseño hidráulico de

obras viales.

Valores de periodo de retorno de obras de drenaje (Manual de Hidrologia).




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Coeficiente de escorrentía (C):

-Este coeficiente depende del tipo de área urbana.

-Intensidad de lluvia.

-Pendiente del terreno.

-Características de la superficie.

Así como también realizaremos el cálculo del caudal por ecuación propuesta por Robert

Manning para el diseño hidráulico de las cunetas.

Se rige por dos límites:

•Caudal que transita con la cuneta llena

• Caudal que produce la velocidad máxima admisible




arte


KM 30 -35 – JUNIN

El agua que fluye a lo largo de la superficie de la plataforma, tanto de la propia carretera como de lo

aportado por los taludes superiores adyacentes, debe ser encauzada y evacuada de tal forma que no se

produzcan daños a la carretera ni afecte su transitabilidad. Para evitar el impacto negativo de la

presencia del agua, en la estabilidad, durabilidad y transitabilidad, en esta sección se considerará los

distintos tipos de obras necesarios para captar y eliminar las aguas que se acumulan en la plataforma

de la carretera, las que pueden provenir de las precipitaciones pluviales y/o de los terrenos

adyacentes.




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Ante los ataques de erosión que podrían provocar el agua, mostramos el cuadro de velocidades

máximas admisibles para tipo de material revestido de cada obra (Manual de diseño Geométrico DG

Peru 2001)

La cual por las condiciones de clima de la región utilizaremos las dimensiones mínimas

para cuneta tipo triangular típica.

Para el diseño tendremos que calcular el caudal de aporte la cual es el caudal calculado

en el área de aporte correspondiente a la longitud de cuneta.

Se calcula mediante la siguiente expresión:

Tiempo de Concentración (Tc)

Tc = 0.3(L/J1/4)3/4

Donde:

L= Longitud del cauce mayor (km)

S= Pendiente promedio del cauce mayor (m/m)

Para el diseño de las cuentas tenemos que calcular el tiempo de concentración Tc con

su respectivo tiempo de retorno (n =10 años.).

Y para obtener la intensidad máxima (i) haremos el grafio IDF calculadas según el análisis

precipitación máxima 24 horas de la zona de trabajo:

6.3

CIAQ




arte


KM 30 -35 – JUNIN

4.05 DATOS HISTÓRICOS:

Para el análisis de las curvas I-D-F se analizó los datos de Precipitaciones Máxima en

24 hr de la estación Carania, datos que fueron proporcionados por en SENAMHI.

N° Año Datos (mm/dia)

1 1988 30

2 1989 42.5

3 1990 43.6

4 1991 33.8

5 1992 37.5

6 1993 26.8

7 1994 28

8 1995 29.8

9 1996 30.4

10 1997 30.4

11 1998 27

12 1999 26.5

13 2000 80.5

14 2001 25

15 2002 26.8

16 2003 18.6

17 2004 21.3

18 2005 18.5

19 2006 35.6

20 2007 36.2

21 2008 37.48

22 2009 36.84

23 2010 33.94

24 2011 35.48

25 2012 30.5

4.06 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS:

El análisis de frecuencias tiene la finalidad de estimar precipitaciones, intensidades o

caudales máximo, según sea el caso, para diferentes periodos de retorno, mediante

la aplicación de modelos probabilísticos, los cuales pueden ser discretos o

continuos. En la estadística existen diversas funciones de distribución de

probabilidad teóricas, recomendándose utilizar:

Método Gumbel:

La distribución de valores tipo I conocida como Distribución Gumbel o Doble

Exponencial.




arte


KM 30 -35 – JUNIN

T (años) Precipitacion Prob(Pmax<=x)

2 31.1 0.5

5 43.5 0.8

10 51.6 0.9

15 56.2 0.93

20 59.4 0.95

25 61.9 0.96

50 69.6 0.98

100 77.1 0.99

200 84.7 0.995

500 94.7 0.998

Dist. Gumbel

Para el análisis de frecuencias (periodo de retorno en años) se utilizó el análisis de

frecuencias Gumbel debido que se ajusta los datos de gran diferencia.

Los daos analizados por medio de estos métodos son precipitaciones diarias

máximas a 24 horas (mm/24h).

De los Datos anteriores se obtuvo:

Horas Coeficente 2 5 10 15 20 25 50 100 200 500

1 0.25 7.8 10.9 12.9 14.1 14.9 15.5 17.4 19.3 21.2 23.7

2 0.31 9.7 13.5 16.0 17.4 18.4 19.2 21.6 23.9 26.3 29.3

3 0.38 11.8 16.5 19.6 21.4 22.6 23.5 26.4 29.3 32.2 36.0

4 0.44 13.7 19.1 22.7 24.7 26.1 27.2 30.6 33.9 37.3 41.7

5 0.55 17.1 23.9 28.4 30.9 32.7 34.0 38.3 42.4 46.6 52.1

6 0.56 17.4 24.3 28.9 31.5 33.3 34.7 38.9 43.2 47.4 53.0

8 0.64 19.9 27.8 33.0 36.0 38.0 39.6 44.5 49.4 54.2 60.6

10 0.73 22.7 31.7 37.7 41.0 43.4 45.2 50.8 56.3 61.8 69.1

12 0.79 24.6 34.3 40.8 44.4 46.9 48.9 54.9 60.9 66.9 74.8

14 0.83 25.8 36.1 42.8 46.7 49.3 51.4 57.7 64.0 70.3 78.6

16 0.87 27.1 37.8 44.9 48.9 51.7 53.9 60.5 67.1 73.7 82.4

18 0.9 28.0 39.1 46.4 50.6 53.5 55.7 62.6 69.4 76.2 85.2

20 0.93 29.0 40.4 48.0 52.3 55.3 57.6 64.7 71.7 78.8 88.0

22 0.97 30.2 42.1 50.1 54.5 57.6 60.1 67.5 74.8 82.2 91.8

24 1 31.1 43.5 51.6 56.2 59.4 61.9 69.6 77.1 84.7 94.7

Periodo de retorno (años)

Media Desviacion tipica n

32.92 11.86 25

1.0915 0.5309

alfa beta

0.09 27.15




arte


KM 30 -35 – JUNIN

min 2 5 10 15 20 25 50 100 200 500

60 7.8 10.9 12.9 14.1 14.9 15.5 17.4 19.3 21.2 23.7

120 4.8 6.7 8.0 8.7 9.2 9.6 10.8 12.0 13.1 14.7

180 3.9 5.5 6.5 7.1 7.5 7.8 8.8 9.8 10.7 12.0

300 3.4 4.8 5.7 6.2 6.5 6.8 7.7 8.5 9.3 10.4

360 2.9 4.1 4.8 5.2 5.5 5.8 6.5 7.2 7.9 8.8

480 2.5 3.5 4.1 4.5 4.8 5.0 5.6 6.2 6.8 7.6

600 2.3 3.2 3.8 4.1 4.3 4.5 5.1 5.6 6.2 6.9

720 2.0 2.9 3.4 3.7 3.9 4.1 4.6 5.1 5.6 6.2

840 1.8 2.6 3.1 3.3 3.5 3.7 4.1 4.6 5.0 5.6

960 1.7 2.4 2.8 3.1 3.2 3.4 3.8 4.2 4.6 5.1

1080 1.6 2.2 2.6 2.8 3.0 3.1 3.5 3.9 4.2 4.7

1200 1.4 2.0 2.4 2.6 2.8 2.9 3.2 3.6 3.9 4.4

1320 1.4 1.9 2.3 2.5 2.6 2.7 3.1 3.4 3.7 4.2

1440 1.3 1.8 2.2 2.3 2.5 2.6 2.9 3.2 3.5 3.9

Intensidad (mm/h)

Curvas I-D-F:

Obteniendo el grafico IDF de la zona, para el cálculo de la intensidad (mm/h).




arte


KM 30 -35 – JUNIN

4.07 CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO PARA CUNETA

Las dimensiones de los elementos del drenaje superficial eran establecidas mediante

métodos teóricos conocido de acuerdo a las características hidrológicas de la zona por

donde pasa la carretera tomando en cuenta la información pluviométrica disponible.

El método de estimación de los caudales asociados a un periodo de retorno depende del

tamaño y naturaleza de la cuenca tributaria. Por su naturaleza, representan casos

especiales la presencia de los lagos, embalse y zonas inundables que retengan o desvíen

la escorrentía.

Cuando las cunetas son pequeñas se considera apropiado el método de la formula

racional para la determinación de los caudales. Se consideran cuencas pequeñas a

aquellas en que el tiempo de concentración es igual o menos a 6 horas. El tiempo de

recorrido del flujo en el sistema de cauces de una cuenca o tiempo de concentración

relacionado con la intensidad media de precipitación se puede deducir por la fórmula:

T = 0.3 (L/J¼) ¾

Siendo:

T = Tiempo de concentración en horas.

L = Longitud del cauce principal en km.

J = Pendiente media.

4.07.01 CALCULO DE TIEMPO DE CONCENTRACIÓN:

Datos:

Longitud del cauce principal = 0.332 Km

Pendiente media = 0.299

4.07.02 CALCULO DE INTENSIDAD:

El valor hallado se busca en las curvas I-D-F para un tiempo de retorno de Tr = 10 años

por tratarse de cunetas y se calcula la intensidad:

Intensidad = 12.4 mm/h




arte


KM 30 -35 – JUNIN

4.07.03 CALCULO DE CAUDAL DE APORTE PARA LAS CUNETAS:

Para el Cálculo del caudal de aporte según las dimensiones de la calzada de diseño

proporcionaos por el encargado de Diseño Geométrico:

CARACTERÍSTICA VD = 50 KPH

Ancho de Calzada 3.6m

Ancho de Bermas 2m c/lado

Talud de relleno 1.5H:1V

Talud de corte

1H:1V

Cunetas triangulares.

Revestidas( Diseño al Ojo) 1.05x 0.30

Por el Método Racional:

Se ha provisto la construcción de cunetas longitudinales en todo el tramo del proyecto, las

que serán revestidas con concreto, de forma tal de garantizar el adecuado

funcionamiento; serán triangulares, con talud interior de 1:03 y Exterior Var: 1:1, de 0.75 m

de ancho mínimo y a.30 m de altura (medida a partir de nivel de la subrasante)

Determinando el Coeficiente de Escorrentía:

TABLA - Fuente: Manual de Diseño de Carreteras no Pavimentadas y

De bajo volumen de transito

Para Talud

Para calzada y Berma




arte


KM 30 -35 – JUNIN

El caudal de Aporte que discurra por la cuneta es el siguiente:

CUNETAS para 10 años COTAS I COTAS F Lh(m) J(m/m) L(km) Tc(horas) Tc*60 i(mm/h)

3944 3897 157 0.299 0.332 0.16 9.87 12.4

Para el calculo del caudalde aporte tomamos según las dimensiones de la calzada de diseño

proporcionados por el encargado del Diseño Geometrico de la carretera :

Ancho de calzada : 3.6m.

Ancho de la berma: 2m.

Talud de corte : 1:1 H:V

Caudal de Aporte(Q c)

A1(km2) C1 i(mm/h) n(años) Q1 (m3/seg.)

0.003 0.8 12.4 10 0.0083


0.0017 0.8 12.4 10 0.0047


0.045412 0.59 12.4 10 0.0923

Calzada

Berma

Talud

Q1 (m3/seg.)

0.0083 0.0047 0.0923 0.1052 105.2

cunetas

Q2 (m3/seg.) Q3(m3/seg.) Qc (m3/seg.) Qc (l/seg.)




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Comprobando con el software Hcanales para comprobar su velocidad admisible de cunetas:

Calculo 1: Con un Canal sin revestir en tierra o grava, n=0.027

Vemos que el canal sin revestir en tierra o grava con n= 0.027 no funciona entonces pasaremos a un

canal con Revestimiento en concreto alisado con n=0.011

Por lo que verificamos que la velocidad, tirante y espejo calculado están dentro del rango de valores

respecto a las dimensiones de las cunetas.

Tabla de velocidades máximas (Manual de Gordon Keller- 2008):




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Calculo del tirante crítico:

Y vemos que están dentro de los parámetros, entonces el diseño es aceptable

Si cumple con la norma, por lo que nuestro diseño de cuneta será:

Talud interior cuneta= 3:1 (H: V).

Talud de corte = 1:1 (H: V).

Base triangular cuneta (ancho A) = 0.75m.

Altura cuneta (profundidad D) = 0.30m.

Pendiente: 6%




arte


KM 30 -35 – JUNIN

4.08 CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO PARA ALCANTARILLA DE PASO

Para este diseño, tomaremos los mismos valores de tiempo de concentración (tc) antes

calculadas pero variando su tiempo de retorno (tr =50), utilizando los siguientes datos.

Periodo de Retorno:

ÁREA DE LA CUENCA 1

COTAS I COTAS F Lh(m) J(m/m) L(km) Tc(horas) Tc*60 i(mm/h)

3973 3933 120 0.33 0.131 0.080 4.82 17.2




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Procedemos a los cálculos del caudal por el método racional:

C: Coeficiente Escorrentía –

,

Arcilloso C = 0.3-0.75. C=0.59

A(km2) Hectareas C i(mm/h) n(años) Q (m3/seg.) Q (m3/seg.)

0.0138 1.38 0.59 17.20 50 0.039 38.99Quebrada

Según esto, buscaremos las dimensiones para la alcantarilla de paso para estas zonas

(presencia de quebradas). Como se muestra en la figura de abajo, tenemos un diametro

de 30”

Pero lo mínimo según el MTC- MANUAL DE HIDROLOGIA, Cap 4.1.1.3.4 Elección del tipo

de alcantarilla

a) Tipo y sección; En carreteras de alto volumen de tránsito y por necesidad de limpieza

y mantenimiento de las alcantarillas, se adoptará una sección mínima circular de 0.90 m

(36”) de diámetro o su equivalente de otra sección.

Diámetro (pulg.) Diámetro(m) m2

alcanatarilla1 36 0.91 0.66




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Las pendientes longitudinales no deben ser inferiores a 0.5% y habrá de justificarse

debidamente la necesidad de pendientes menores, que nunca a serán inferiores a l

0.2%.

Con el diámetro elegido para la alcantarilla procedemos a realizar los cálculos

con el software H canales:

Tipo Revestimiento: Tubo metálico corrugado, n=0.024

Largo de alcantarilla es 1.2m + 11.2m (parte de toda la calzada) y una profundidad de 1m; la cual

colocaremos 2 alcantarillas a lo largo del todo el tramo de la carretera en las progresivas 2+790 y

3+020.




arte


KM 30 -35 – JUNIN

AREA DE CUENCA 2

Datos:




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Calculo del Caudal:

A(km2) Hectareas C i(mm/h) n(años) Q (m3/seg.)

3.0400 304.00 0.59 15.50 50 7.722Quebrada

A(km2) Hectareas C i(mm/h) n(años) Q (m3/seg.) Q (m3/seg.)

0.0138 1.38 0.59 12.48 10 0.028 28.29Quebrada


(presencia de quebradas). Como se muestra en la figura de abajo, tenemos undiametro de 96”



Revestimiento: Tubo metálico corrugo, n=0.024




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Nuestros resultados cumplen con respecto la norma, para este caso le vamos a reducir el diámetro

a d=1.83m, ya que esta resta una de diferencia de 1.39m y para reducir costos

Análisis con HCanal:

Alcantarilla de paso con un d=72”=1.83m

Vemos que cumple con la norma así que nuestra alcantarilla de paso para el km …. Sera:

D= 72” n=0.024

S=2% Material: Tubo metálico corrugado

Largo de alcantarilla es 1.2m + 12.25m (parte de toda la calzada+berma+cuneta) y una

profundidad de 1m; la cual colocaremos 1 alcantarillas a lo largo del todo el tramo de la carretera

en la progresiva: 34+770.00 Km.

4.09 CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO PARA ALCANTARILLA DE ALIVIO

Calculo del Caudal:

COTAS I COTAS F Lh(m) J(m/m) L(km) Tc(horas) Tc*60 i(mm/h)

4022 4007 118 0.127 0.130 0.10 5.74 12.48


(presencia de quebradas). Como se muestra en la figura de abajo, tenemos undiametro de 96”




arte


KM 30 -35 – JUNIN



Revestimiento: Tubo metálico corrugo, n=0.024

Nuestros resultados cumplen con respecto la norma, para este caso le vamos a reducir el diámetro

a d=0.76m, ya que esta resta una de diferencia de 0.69m y para reducir costos

Análisis con HCanal:

Alcantarilla de alivio con un d=0.40m, tomando el mínimo según reglamento




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Vemos que cumple con la norma así que nuestra alcantarilla sus medidas serán:

D= 0.40m n=0.024

S=2% Material: Tubo metálico corrugado




arte


KM 30 -35 – JUNIN

Figura Nº 12 , Detalle de alcantarilla de paso

4.09 DISEÑO DE ALCANTARILLAS DE ALIVIO:

Tipo y Ubicación:

El tipo de alcantarilla deberá ser elegido en cada caso teniendo en cuenta el caudal a

eliminarse, la naturaleza, la pendiente del cauce y el costo en relación con la disponibilidad

de los materiales.

La cantidad y la ubicación serán fijadas para garantizar el drenaje, evitando la

acumulación excesiva de aguas. Además, en los puntos bajos del perfil debe proyectarse

una alcantarilla de alivio.

Numero Material Progresiva Tipo Φ(m)

Alcantarilla N° 01 TMC 0+620 Alivio 0.4



Alcantarilla N° 04 TMC 2+790 Paso 0.91







arte


KM 30 -35 – JUNIN

Dimensiones Mínimas:

La dimensión mínima interna de las alcantarillas deberá ser la que permite su limpieza y

conservación. Para el caso de las alcantarillas de alivio pueden ser aceptables diámetros

no menores a 0.40 m, pero lo más común es usar un diámetro mínimo de 0.60 m.

Se ha previsto la construcción de 6 alcantarillas TMC (tubería de metal corrugado) Ø 24”,

con caja de recepción y cabezales de entrada y salida según corresponda. En los casos

en que la topografía o el tipo de suelo lo demanden, se proveerán de sistemas de

protección adicionales a los sistemas típicos. Se ha considerado ese tamaño de

alcantarilla por razones de mantenimiento, y además su flexibilidad de acoplarse a una

futura construcción de un sistema de drenaje pluvial integral en toda la vía.

Detalle de Alcantarilla




arte


KM 30 -35 – JUNIN

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Las dimensiones de las estructuras de drenaje deberán estar basadas en un cierto caudal razonable de

diseño, así como en las características del sitio y en consideraciones ambientales tales como zonas

pesqueras.

La determinación del caudal correcto de diseño o de un valor razonable es de importancia

fundamental, para que la estructura pueda funcionar correctamente y para prevenir fallas en las

estructuras.

Las cunetas serán revestidas de concreto, para evitar la erosión de la superficie del cauce o conducto,

productos de corrientes de agua que alcancen velocidades medias superiores a los límites fijados.

Para la instalación de las alcantarillas de alivio, las colocaremos cada 1km por la baja precipitación

que se encuentra la carretera.

No es recomendable emplear el uso de zanjas de coronación por el hecho que la ozona no es tan

lluviosa, utilizando solamente las cunetas.

estudio de hidrologia y obras de arte - copia.pdf

Documents