informe hidrologia, hidraulica y drenaje (i)

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ESTUDIO DEFINITIVO DEL MANTENIMIENTO PERIDICODEL TRAMO CHECCA - MAZOCRUZ

ESTUDIO DEFINITIVO Y LA EJECUCION DE LA OBRA DEL MANTENIMIENTO PERIODICO DE LA CARRTERA ILAVE (EMP. R3S) MAZOCRUZ, TRAMO: CHECCA MAZOCRUZ (Km 10+000 AL Km 83+000)

DEPARTAMENTO DE PUNOCHECCA - MAZOCRUZ

INFORME DE HIDROLOGIA E HIDRAULICA

INDICE5.1. INTRODUCCION

5.1.1 Generalidades

5.1.2 Objetivos5.2 MATERIALES Y METODOSMATERIALES

Informacin Cartogrfica

Informacin MeteorolgicaEquipos Programas de Cmputo 5.2.1 Metodologaa)Hidrologab)Drenaje

5.2.1.1 Caracterizacin de las cuencas5.2.1.2 Hidrologa

5.2.1.2.1 Caractersticas de las cuencas

5.2.1.2.2 Anlisis de la precipitacin mxima de 24 horas

5.2.1.2.3 Seleccin de la funcin de distribucin de probabilidad

5.2.1.2.4 Lluvia de diseo

5.2.1.2.5 Estimulacin de caudales mximos

5.2.1.2.6 Calibracin del modelo

5.2.1.2.6.1 Descarga mxima de observacin

5.2.1.2.6.2 Descarga mxima de estimacina)Principales parmetros morfolgicos de la sub cuenca

b)Principales parmetros iniciales del modelo

c)Secuencia sobre el empleo de Hec HMS

c1)Modelo de la cuenca

c2)Modelo meteorolgico

c3)Modelo de control de especificaciones

5.2.1.2.7 Hidrograma de salida de la cuenca de calibracin5.2.1.2.8 Estimacin de caudales mximos e las quebradas5.2.1.2.9 Resumen y eleccin de los caudales mximos de diseo para las estructuras de cruce, obtenidos por los mtodos, Clark, Snyder y SCS5.2.1.3 Mtodo Racional

5.2.1.4 Drenaje5.2.1.4.1 El sistema de drenaje actual5.2.1.4.2 Sistema de drenaje y obras de arte proyectadas5.2.2 Evaluacin de obras de arte5.2.2.1 Cunetas

5.2.2.1.1 Clculo del caudal de diseo de las cunetas

a)Consideraciones para la seleccin de la cuneta

b)Pendiente longitudinal de la cuneta

c)Rugosidad de la cuneta

d)Longitud del tramo

e)Entrega de cunetas

f)Estructura de la cuneta hacia el terreno natural

g)Estructura de entrega de cuneta hacia las alcantarillas

5.3 RESULTADOS5.3.1 Precipitacin instantnea5.3.2 Seleccin de la funcin de distribucin

5.3.3 Lluvia de diseo.5.3.4 Resultado de los caudales mximos de las quebradas de intercepcin con la va5.1. INTRODUCCIN5.1.1. Generalidades

El presente documento es el Informe Final (IF) del estudio de hidrologa y drenaje para la Elaboracin del Estudio Definitivo y la Ejecucin de la Obra del Mantenimiento Peridico de la Carretera Ilave (EMP.R3S) Mazocruz, Tramo: Checca - Mazocruz (Km 10+00 al 83+000). El proyecto est elaborado por la El Consorcio San Marcos Mazocruz. El proyecto est ubicado polticamente entre los distritos de Checca y Mazocruz, en la provincia de Collao y departamento de Puno, geogrficamente se encuentra entre las coordenadas UTM: (430425.821-E, 8211983.746-N,) y (432322.59-E, 8148923.88-N).5.1.2. Objetivos Calcular los caudales de diseo de las obras de drenaje transversal y longitudinal, del la Elaboracin del Estudio Definitivo y la Ejecucin de la Obra del Mantenimiento Peridico de la Carretera Ilave (EMP.R3S) Mazocruz, Tramo: Checca - Mazocruz (Km 10+00 al 83+000). Evaluacin y planteamiento del sistema drenaje para el control del flujo de agua superficial en los eventos extraordinarios.

5.2. MATERIALES Y METODOS

MATERIALESInformacin Cartogrfica

Se dispuso de la siguiente informacin cartogrfica, proveniente del Instituto Geogrfico Nacional (IGN).

Descripcin

Escala

Mapa Fsico Poltico del Per

1 / 1 000 000

Mapa Vial del Per

1 / 2 000 000

Mapa Departamental de Puno

1 / 1 000 000

Cartas Nacionales 33 -x, 34 -x.

1 / 100 000

Informacin Meteorolgica

La informacin hidrolgica utilizada en el estudio es la hidrometeorolgica, la precipitacin mxima de 24 horas, de 10 aos de registro histrico de la estacin Ilave que se encuentra en la provincia del mismo nombre, Fuente, Oficina General de Estadstica e Informtica SENAMHI. Con fines de calibracin del modelo Hidrolgico Hydrologic Modeling System HEC-HMS, se ha considerado la cuenca del ro Ilave, teniendo como punto de control, el puente del mismo Nombre.

La estacin pluviomtrica utilizada de la fuente es la estacin Ilave, cuyo registro histrico ser utilizado previo anlisis de consistencia y ajuste de las funciones de distribucin para eventos mximos extraordinarios y, aplicados al modelo HYDROLOGIC MODEL SYSTEM HEC-HMS. Ver el plano de ubicacin PU-1.

Cuadro N 2.1, Ubicacin de la Estacin Hidrolgica

FUENTE: SENAMHIEquipos

GPS 12: 12 Channel GARMIN

Cmara fotogrfica

Wincha de 5m y 50m

Scanner Microcomputador

Impresora

Programas de Cmputo

Hydrologic Modeling System HEC-HMS v.2.2.2 Smada v.6.4.3 For Window Arc View V.3.2 ArcInfo V.3.3.1

AutoCAD 2006

Microsoft Office5.2.1. MeteorologaLa metodologa seguida para el presente trabajo comprende en dos bloques principales:

a) Hidrolgicob) Drenaje.a) Hidrolgico.- Comprende en el anlisis de la informacin hidrometeorolgico y cartogrfico de la cuenca.

El primero comprende en la recoleccin y compra de registros pluviomtricos y descargas disponible, de manera que para el presente estudio no se cont con la informacin de descarga mxima mensual para la calibracin del modelo, por lo que se ha generado el caudal observado hidrulicamente por el mtodo seccin pendiente, segn las medidas tomadas del puente Ilave como punto de control, ya que la zona de estudio se encuentra ubicado en la cuenca del ro del mismo nombre. Una vez calibrado dicho modelo se generan las descargas a partir de la precipitacin mxima de 24 horas, segn el tipo de la estructura previo anlisis y seleccin de las mismas para eventos extremos mximos y luego someter a una prueba de bondad de ajuste de las funciones de distribucin por el mtodo analtico de error cuadrtico mnimo.Por otro lado el anlisis cartogrfico consiste en la determinacin de parmetros geomorfolgicos de la cuenca o del modelo de aplicacin HEC-HMS. Obtenidos, dichos parmetros se simulan las descargas de diseo y luego se calibra el modelo para su aplicacin.

b) Drenaje.- Comprende el inventario de las quebradas con descargas y/o secas para la proyeccin de estructuras de cruce, para garantizar el buen sistema de drenaje vial y mejorar la transitabilidad de la misma.

Teniendo los resultados de la primera parte y definidas los tipos de estructura de drenaje se calculan las capacidades de las mismas para cada uno de ellosMetodologa de Trabajo

I(HIDROLOGICO)

II(DRENAJE)

5.2.1.1. Caracterizacin del rea de estudio

Se identifica como rea de estudio, al contexto fsico geogrfico, hidrogrfico y climatolgico, en el cual se desarrolla la Hidrologa y Drenaje del Elaboracin del Estudio Definitivo y la Ejecucin de la Obra del Mantenimiento Peridico de la Carretera Ilave (EMP.R3S) Mazocruz, Tramo: Checca - Mazocruz (Km 10+00 al 83+000).El proyecto vial en su integridad, se ubica entre las coordenadas geogrficamente UTM: (430425.821-E, 8211983.746-N,) y (432322.59-E, 8148923.88-N).

El eje vial en estudio atraviesa una zona de relieve casi llano con ondulaciones suaves en ciertos tramos y con pendientes poco pronunciados, donde el trazo se emplaza a travs de va existente con terraplenes en relleno sobre superficies con suaves ondulaciones. 5.2.1.2. Hidrologa

5.2.1.2.1. Caractersticas de las cuencas

Hidrogrficamente el rea de estudio se encuentra en la Sub cuenca del ro Ilave que constituye uno de los tributarios de la cuenca de lago Titicaca. El ro Ilave nace en las confluencias de Uncallame y rio Grande que tiene una longitud de 70 Km. que recorre a lo largo de la zona alto andina en el que la precipitacin es de carcter estacional, el inicio de lluvias es en el mes de Diciembre generalmente y se extiende hasta fines del mes de Marzo, cuya rgimen pluvial es variable e irregular, se tiene la presencia de aos hmedos seguidos de aos secos y eventos extremos.

CUADRO N 2.2

Graf. : N02, Curva de histograma de precipitacin mxima de 24 horas

5.2.1.2.2. Anlisis de la precipitacin mxima de 24 horas

A partir de la precipitacin mxima de 24 horas se ha determinado la precipitacin mxima instantnea para un periodo de duraciones de 10, 15, 30, 60, 120, 180 y 240 minutos a travs de DYCK PESCHKE y WEIBULL, la cual fue sometida a un anlisis de ajuste de frecuencia de las funciones de distribucin para eventos extremos mximos por: Normal, Log normal-2P, Log normal-3P, Pearson-III, LogpearsonIII y Gumbel, que fue seleccionado por el mtodo analtico de error cuadrtico mnimo.

CuadroN2.3, Transformacin, precipitacin diaria para diferentes periodos duracin

Fuente: Elaboracin propia

Cuadro N 2.4 Profundidad de precipitacin por Weibull


Una vez que se ha asignado periodo de retorno a cada ao de la lluvia mxima anual de registro, se procede a buscar la funcin de distribucin de probabilidad terica de mejor ajuste a los datos de la informacin, la cual es seleccionada a travs del mtodo analtico del error cuadrtico mnimo.

5.2.1.2.3. Seleccin de la funcin de distribucin de probabilidadPara seleccionar la funcin de distribucin para eventos extremos mximos existen dos mtodos, grfico y analtico, el primer mtodo consiste en inspeccionar una grfica donde se haya ploteado cada una de los diferentes funciones junto con los puntos medidos. La funcin de distribucin de probabilidad que se selecciona ser la que se apegue visualmente mejor a los datos medidos. El segundo mtodo analtico, es el mtodo de error cuadrtico mnimo, consiste en calcular, para cada funcin de distribucin el error cuadrtico.

Donde es el i-simo dato estimado y es el i-simo dato calculado con la funcin de distribucin bajo anlisis, la funcin seleccionada ser el de menor valor tal como se presenta en los cuadros de resultados Cuadro N3.2, al Cuadro N3.8, donde se muestra las precipitaciones mximas determinadas con cada uno de los modelos de distribucin y para cada uno de los periodos de duracin. La informacin se ajusta mejor a la funcin de distribucin LOG-PEARSON III, por lo que se tomar recomienda utilizar esta funcin para el fines de diseo hidrulico.

5.2.1.2.4. Lluvia de diseo

La lluvia de diseo para diferentes tiempos de retorno de 2 a 250 aos se ilustra en el cuadro N2.5, donde se aprecia que la profundidad de lluvia de diseo son mayores para periodos de duracin y tiempo de retorno mayores y viceversa para perodo de duracin y tiempo de retornos menores la profundidad de lluvia es menor.

Cuadro N 2.5

Fuente: Elaboracin Propia

Grafico N 2.1

5.2.1.2.5. Estimacin de caudales mximos El conocimiento adecuado de los valores del caudal mximo de descarga es importante para definir el diseo de las obras hidrulicas y el comportamiento de las mismas. Para ello se ha utilizado el modelo hidrolgico matemtico HYDROLOGIC MODELING SYSTEM (HEC-HMS) lo cual ha sido empleado para la determinacin de los caudales de diseo a partir de las precipitaciones mximas de diseo, previa calibracin del mismo.

La calibracin del modelo se efectu tomando como punto de control el puente Ilave, para ello se ha considera las huellas y seales alcanzadas en las pocas extraordinarias con apoyo de los seores del lugar, los datos tomados en el campo son: Luz L= 149 m, alto h = 6.30 m, donde la huella alcanzada en los muros es 3.30 m, la rugosidad estimado del lecho es n = 0.023 y la pendiente promedio aproximado del cauce en el eje es 0.0025. Por cuanto el caudal en el punto de intercepcin es 2359.84 m3/s, segn el calculo hidrulico, seccin - pendiente.5.2.1.2.6. Calibracin del modelo 5.2.1.2.6.1. Descarga mxima de observacin

Descarga (Qo)= 2359.84 m3/s (punto de control)

La descarga mxima considerado para la calibracin, es el resultado de la evaluacin segn los datos tomados en campo, puente Ilave, como punto de control de la sub-cuenca del ro del mismo nombre.

Para ello se ha hecho el clculo hidrulico por el mtodo, Seccin Pendiente, haciendo uso el SOFTWARE HCHANNEL, tal como presenta la hoja de reporte:

5.2.1.2.6.2. Descarga mxima de estimacin

a) Principales parmetros morfolgicos de la Sub-Cuenca.Teniendo como punto de control el Puente Ilave se tiene los datos morfolgicos de la Sub-Cuenca del ro del mismo nombre:

rea de Influencia (A) = 6070.67 km2

Longitud del cauce principal (Lc) = 118042 m.Pendiente promedio de la cuenca (s) = 0.008 m/m

Tiempo de Concentracin (Tc) = 13.70 hs

Rugosidad del lecho (n) =0.023CUENCA DEL RIO ILAVE

Otros datos de la cuenca:

Tipo de suelo: Tipo C, arena fina, alto contenido de arcilla.CN= 86 (cobertura pastizal con pendiente mayor de 1 % )

La permeabilidad 77 % por ser suelo cubierto de pastos natrales.

b) Principales parmetros iniciales del modelo.

Los principales parmetros del modelo con fines de calibracin se resumen en el siguiente cuadro N2.6.

Cuadro N2.6 Parmetros Iniciales del Modelo

TASA DE PERDIDASFLUJO BASE

SCSRecesin

Perd. InicialSCS Curve N%Imp.SCS LagConst. InicialTa ConstUmbral

Km2mmN%Hrcm.Cm

Qi6070.68.26867713.700.010.100.01


c) Secuencia sobre el empleo de HEC- HMS

El HYDROLOGIC MODELING SYSTEM (HEC-HMS), utiliza tres tipos de archivos: Modelo de Cuenca, Modelo Meteorolgico y Control de especificaciones, cada uno de estos archivos requieren parmetros de cuenca y del modelo propiamente dicho, donde existen parmetros variables y constantes dependiendo del tipo de estudio. Para nuestro caso especfico los parmetros relacionados a la permeabilidad y tipo de suelo se consideran constantes por presentarse desde el punto de control similares caractersticas fisiogrficas y edafolgicas, pero los parmetros relacionados al comportamiento hidrolgico y meteorolgico son variables segn la altitud o piso ecolgico.

c1)Modelo de la cuenca

Para nuestro caso consideramos las reas de influencia de los diferentes puntos de intercepcin de la Sub-cuenca del ro Ilave que constituye uno de las vertientes del lago Titicaca.

Para la delimitacin del rea de influencia se utiliz la carta nacional teniendo como apoyo el Mapa Hidrogrfico del estudio de la ONERN, escalas de 1/100,000 y 1/350,000 respectivamente, las cuales constituyen informaciones cartogrficas para determinar los parmetros morfolgicos de la cuenca.

Tasa de prdidas

Para determinar la tasa de prdidas se utiliz el mtodo del Servicio de Conservacin Suelos (SCS), es decir los valores de CN asignados, que fueron extrados del manual de referencia tcnicas del HEC-HMS segn las caractersticas fisiogrficas de la zona. El valor de CN para la zona es 86, por el tipo de suelo poco permeable y segn las condiciones fisiogrficos del lugar, corresponde suelo de tipo C.

Prdidas iniciales

Las perdidas iniciales, se determinaron a partir de las relaciones:

Donde:

Perdidas iniciales (mm)

Retencin mxima potencial

Nmero de Curva

A nivel de la cuenca existe variacin fisiogrfica, para nuestro caso se ha considerado un promedio para toda el rea de influencia que es 77% impermeable. Transformacin de lluvia

Los mtodos seleccionados para la transformacin de la lluvia a escurrimiento, es SCS. Sin embrago se han utilizado otros dos mtodos mas, Zinder y Clark a manera de comparacin segn se detallan a continuacin. El mtodo de Clark, es un mtodo que cuenta con dos parmetros: tiempo de concentracin y el coeficiente de almacenamiento, siendo ste ltimo 3 veces el tiempo de concentracin segn las recomendacin de Seth R. Ahrens, M.S.E (1999), por lo que se ha considerado 3 veces el tiempo de concentracin.

El tiempo de concentracin es el tiempo que demora en viajar una partcula de agua desde el punto mas lejano de la cuenca hasta el punto de control. Comprende el lapso entre el final de la lluvia y el momento en que se seca el escurrimiento superficial, y es calculado por mtodo de Kirpich y Kerbys, del cual, lo ms recomendable segn la experiencia es el segundo, cuya formula es:

Tiempo de concentracin (min.)

Longitud de la corriente principal (m)

Pendiente de la corriente principal (m/m)

Rugosidad de retardo, segn la cobertura vegetal y tipo de suelo.

rea de cuenca (Km2)

Mtodo de escorrenta directa Clark, deriva del hidrograma unitario de la cuenca para este caso el rea de influencia de la cuenca es a travs de los procesos de transformacin del exceso de precipitacin a escorrenta. La transformacin o movimiento del exceso de precipitacin puede llevarse acabo por dos vas, 1) Traslacin del exceso de precipitacin desde el origen a la salida de la cuenca y 2) Reduccin o atenuacin del exceso de descarga en almacenamiento a lo largo de la cuenca.

El hidrograma de traslacin puede ser convenientemente derivado desde una relacin rea-tiempo, para el cual, la superficie, es la acumulacin desde la salida de la cuenca, y el tiempo de viaje, es definido por las iscronas (curva de rea tiempo).

El segundo mtodo empleado es el Hidrograma Triangular Unitario Sinttico del S. U. Soil Conservation Service (Mtodo SCS o de la Curva Nmero, CN). Es un mtodo utilizado para la estimacin de la lluvia en exceso ocasionado por una tormenta, y es la consolidacin de diversos procedimientos, se aplica principalmente en los estudios de avenidas mximas en cuencas sin aforos. El mtodo SCS, esta en funcin de CN y el tiempo de retardo Tp de la descarga (hr).

c2)Modelo metereolgicoPara determinar la precipitacin mxima de diseo se consider la serie de registro hidrometeorolgico de la estacin San Juan, con registros de los aos 1998/2007, luego se hizo el anlisis y transformacin a periodos de duracin menores a una hora por DYCK PESCHKE, se hizo anlisis de distribuciones a travs del programa Smada v.6.4.3 (Wiley y Sons) y la representacin probabilstica correspondiente, consiste en el ajuste y seleccin mas aproximado por error cuadrtico mnimo, segn se aprecia en los cuadros de los resultados N3.2 al N3.8.Las precipitaciones mximas determinadas para periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50, 100 250 aos, cuyas reas de influencia son considerados por encima del punto de control, lo cual es ponderado en la determinacin de la precipitacin a travs del modelo HMS.

Fig. N 2.3 Ingreso de las precipitaciones por frecuencia de ocurrencia

c3)Modelo de control de especificacionesEn este mdulo se introducen las fechas y horas de inicio y fin de la simulacin del intervalo de tiempo para el clculo del hidrograma de escurrimiento, para este caso la fecha de simulacin es 16 de enero de 2006, de 03:00 horas hasta las 18:55 horas del mismo da con intervalos de control de 5 minutos. Luego de corrida del mtodo, se tiene el hidrograma de salida a travs del HEC-HMS, lo cual nos permite analizar los valores de los resultados. El modelo bsicamente utiliza dos parmetros: tiempo de concentracin y el coeficiente de almacenamiento, siendo el primero determinado por el mtodo de Kerbys.

Fig. N 2.4 Control de Especificaciones

5.2.1.2.7. Hidrograma de salida de la cuenca de calibracin

El resultado de la calibracin es Q = 2357.90 m3/s, segn se presenta en el reporte, en el cuadro N2.7 de resultados.

Fig. N 2.5 Hidrograma de Salida del modelo

Cuadro N2.7, Reporte del hidrograma de salida del modelo

Segn se observan, los valores del caudal estimado y observado son bien cercanos, que hace una diferencia de 1.94 que, (Observ. (Qo =2359.80 m3/s) - Est.(Qe = 2357.90 m3/s))= 1.94 m3/s.

Luego de la calibracin del modelo se determina la descarga en la quebrada de intercepcin con la va, que constituye una sola donde esta ubicado el pontn existente en la progresiva 7+868 Km., segn como se presenta en el cuadro N2.11, las descargas determinadas por los mtodos CLARK, SNYDER y SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS). 5.2.1.2.8. Estimacin de caudales mximos de las quebradas

Una vez calibrada el modelo se determinan las descargas de las quebradas de intercepcin con la carretera a travs del Modelo HYDROLOGIC MODELING SYSTEM (HEC-HMS) ya que presentan reas grandes, por los mtodos Hidrograma Triangular Unitario Sinttico de U.S. SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS), Snyder y Clark, para el caso de reas de escurrimiento pluvial pequeas, como las cunetas se utiliz el mtodo RACIONAL.

Cuadro N2.8 Configuracin de los Modelos de Cuenca en el HEC-HMS

MODELOSTASA PERDIDASTRANSFORMACINFLUJO BASE

MODELO-IInicial/ConstanteClarkRecesin

MODELO-IIInicial/ConstanteSnyderRecesin

MODELO-IIISCS Curva NSCSRecesin


Cuadro N2.9 Parmetros iniciales del Modelo de Cuenca-I. TASA DE PERDIDASTRANSFORMFLUJO BASE

Inicial/Const.ClarkRecesin

Perd. InicialConst. Inf.%Imp.TcCoef.

Almact.Const.InicialTa ConstUmbral

Km2mmmm/h%HrHrcm.Cm

Qi0.878.264.19771.153.450.010.100.01


Cuadro N2.10 Parmetros iniciales del Modelo Cuenca-II.

TASA DE PERDIDASTRANSFORMFLUJO BASE

Inicial/Const.SnyderRecesin

Perd. InicialConst. Inf.%Imp.TpCoef.

Pico.CpConst.InicialTa ConstUmbral

Km2mmmm/h%Hrcm.Cm

Qi3.7715.174.16771.180.600.010.100.01


Cuadro N2.11 Parmetros del Modelo Cuenca-IIITASA DE PERDIDASFLUJO BASE

SCSRecesin

Perd. InicialSCS Curve N%Imp.SCS LagConst. InicialTa ConstUmbral

Km2mmN%Hrcm.Cm

Qi0.878.2686771.180.010.100.01


5.2.1.2.9. Resumen y eleccin de los caudales mximos de diseo para las estructuras de cruce, obtenidos por los mtodos, Clark, Snyder y SCSLos clculos fueron realizados a travs del modelo calibrado HYDROLOGIC MODELING SYSTEM (HEC-HMS), por los mtodos SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS), CLARK Y SNYDER. Segn como se presenta el cuadro resumen siguiente.

Cuadro N 2.12Se recomienda utilizar para el diseo de las obras de drenaje el mtodo de SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS), por ser ms conservador con respecto a los otros mtodos.5.2.1.3. Mtodo racional

Refieren WRIGHT PAQUETTE que Uno de los mtodos ms comunes para calcular el escurrimiento en un rea de drenaje de menor superficie es el Mtodo Racional, M.R.; la gran aceptacin que ha tenido se debe al hecho de que combina juicios de ingeniera con clculos hechos a partir de anlisis, mediciones u otros clculos, el mtodo tiene como base la relacin directa entre la lluvia y el escurrimiento.

El Mtodo Racional, M.R, y todos los mtodos empricos derivados, se usan para disear drenes de tormenta, alcantarillas y otras estructuras conductoras de aguas de escurrimiento de pequeas reas (LINSLEY); pero pueden involucrar grandes errores, en caso de reas grandes, siendo el proceso de escurrimiento es muy complejo como para resumirlo en una frmula de tipo directa, en la que solo intervienen el rea de la cuenca y un coeficiente de escurrimiento (VILLN).

Por otro lado, se refiere LINSLEY que Si las lluvias se aplicaran con una velocidad o ritmo constante a una superficie impermeable, el escurrimiento de la superficie eventualmente llevara a tener un ritmo igual al de la lluvia. El tiempo necesario para llegar a este equilibrio es el tiempo de concentracin, Tc, y para pequeas reas impermeables o permeables, se puede considerar que si la lluvia persiste con un ritmo uniforme durante un perodo mnimo de una duracin de Tc, el mximo del escurrimiento ser igual al ritmo de la lluvia. Esta es la base de la frmula del Mtodo Racional, M.R.

Donde:

Q es el ritmo mximo de escurrimiento (L3/T), C es un coeficiente de escurrimiento (se obtiene de tablas o se calcula), y I es la intensidad de la lluvia (L/T).

El rea lmite segn LINSLEY - ms all de la cual las consideraciones del M.R. son inadecuadas, depende de la pendiente, tipo de superficie, forma de la cuenca y precisin exigida; debe usarse con cautela para reas mayores de 100 acres (1 acre = 4 047 m2), y probablemente, nunca debe utilizarse en reas mayores a 1 200 acres (485,63 ha /4,9 km2).

Donde:

Q = Escurrimiento o caudal mximo (m3/s);

C = Coeficiente de escurrimiento de 0,1 a 1, de acuerdo a las caractersticas propias de la cuenca.

I = Intensidad de la lluvia para una frecuencia o perodo de retorno dado (mm/hr).

A = rea de cuenca (km2); El coeficiente 1/3.6, corresponde a la transformacin de unidades.

5.2.1.4. DRENAJE

5.2.1.4.1. Evaluacin del sistema de drenaje actualDe acuerdo a los Trminos de Referencia, se adjunta una relacin detallada de las obras de arte, como son Alcantarillas, Puentes, Badenes y Pontones que forman parte del tramo en estudio, a continuacin se detalla todas las existentes (Ver Estudio de Estructuras y Obras de Arte, item 6)NProgresivaEstructuraEstadoAccion

110+018.50Alcantarilla ARNCO con concretoBuen EstadoLimpieza

210+677.45Alcantarilla de piedra cementoBuen EstadoLimpieza

312+324.35Alcantarilla de piedraColmatadaLimpieza

412+455.70Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza

512+686Alcantarilla de piedra cementoBuen EstadoLimpieza

513+930.40Alcantarilla de concretoBuen EstadoLimpieza y construccin de muro de mampostera

614+356.00Alcantarilla de piedra y concretoBuen EstadoLimpieza

714+535.50Alcantarilla de piedra RegularLimpieza y Reparacin


916+087.00Alcantarilla ARNCOColmatadaLimpieza

16+574.60Alcantarilla de piedraColmatadaLimpieza total




1219+219.20AlcantarillaBuen EstadoLimpieza








23+504Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza












2927.280.00Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza


3128+082.00Alcantarilla de piedraAcolmatadaLimpieza

28+542.00Ponton piedra con concretoBuen EstadoLimpieza y Mantenimiento


3329+034.50Alcantarilla de piedraAcolmatadaLimpieza

3429+225.80Alcantarilla de Concreto Buen EstadoLimpieza


3631+122.00Alcantarilla de piedraAcolmatadaLimpieza y rehabilitacin

3731+613.20Alcantarilla de Concreto MaloLimpieza y rehabilitacin

3834+151.00Alcantarilla de piedra concretoBuen EstadoLimpieza

3936+155.80 Ponton en Curva de Piedra y loza de CLimpieza y rehabilitacin



4237+677.00Alcantarilla Piedra ColmatadaLimpieza y rehabilitacin

4338+015.60Alcantarilla Piedra y ConcretoMaloReparacin total

4439+302.60Alcantarilla piedraColmatadaLimpieza




4840+841.00Alcantarilla de piedraMaloConstruir alcantarilla


5041+362.30Alcantarilla de concretoBuen EstadoLimpieza








5843+936.80 Inicio PuenteRegularReforzar Cimentacin Estribo

5943+972.20Fin PuenteIzquierdo Aguas Arriba

6044+152.40Alcantarilla proyectada


6244+685.70AlcantarillaColmatadaLimpieza total


6447+003.50 Ponton en Curva de Piedra y loza de ConcretoRegularLimpieza y reforzar con aliviaderos



6747+498.00Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza total

6847+685.70Alcantarilla Piedra y ConcretoMaloConstruir Alcantarilla

6947+857.50Alcantarilla Piedra y ConcretoMaloConstruir Alcantarilla

7047+882.30Alcantarilla de piedraColmatadaLimpieza Total


7248+569.60 Inicio Badn TierraRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total

7348+573.60 Inicio BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total

7448+577.30Eje BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total


7648+936.60Ponton piedra y concretoBuen EstadoLimpieza


7850+389.80 Inicio PuenteBuen Estado

7950+451.40Fin Puente UntabeBuen Estado



8250+621.70 Eje BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total

8350+792.00Alcantarilla de piedraColmatadaLimpieza y Mantenimiento


8551+054.80Alcantarilla de piedraColmatadaLimpieza Total





9051+906.00AlcantarillaMaloConstruir Alcantarilla


9252+265.00Alcantarilla de piedra dos ConductosBuen EstadoLimpieza de cauce





9654+137.80Alcantarilla de piedraRegularLimpieza y construccin de muro de mampostera

9754+745.80Inicio BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total


9954+757.90 Fin BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total

10054+898.70Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza y Mantenimiento

55+676Alcantarilla proyectada


10157+297.30Inicio PuenteBuen EstadoReforzamiento de estribos con gaviones

10257+311.50 Fin PuenteBuen EstadoReforzamiento de estribos con gaviones

10357+662.40Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza total


10558+473.00Alcantarilla ARNCO y piedraColmatadaLimpieza en lado de piedra

10658+638.50Alcantarilla ConcretoBuen EstadoLimpieza






11159+455.60Alcantarilla de piedraRegularLimpieza y colocacin de muro de mampostera

60+117.40Alcantarilla de piedraBuen estadoLimpieza


11360+542.20Alcantarilla ConcretoBuen EstadoLimpieza y mejoramiento de base

11460+818.20Alcantarilla de piedraRegularLimpieza y Mantenimiento



11761+280.00Alcantarilla concretoBuen EstadoLimpieza


11961+750.00AlcantarillaMaloConstruir Alcantarilla con L=6.50

12061+940.00Inicio BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total

12161+946.00 Eje BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total

12261+953.70Fin BadnRegularCambiar de losa por rajaduras limpieza total


12462+852.00Alcantarilla de piedraRegularLimpieza y Mantenimiento

12463+034Alcantarilla de piedraMaloConstruir Alcantarilla

12563+160.00Alcantarilla de piedra RegularLimpieza y Mantenimiento

12663+731.30Alcantarilla piedra con cementoBuen EstadoLimpieza


64+218.00Alcantarilla de piedra y concretoBuen EstadoLimpieza y Mantenimiento

12865+411.00Alcantarilla ConcretoMaloConstruir alcantarilla

12967+384.70Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza y Mantenimiento


13167+970.30Alcantarilla ConcretoRegularLimpieza y reconstruccin


68+602.2Alcantarilla de piedra con cementoBuen EstadoLimpieza


13469+644.30 Inicio PuenteRegularReforzar Estribos

13569+776.30Fin PuenteBuen EstadoLimpieza


13770+140.00Alcantarilla de piedra y concretoBuen EstadoLimpieza

70+259Alcantarilla de piedra y concretoBuen EstadoLimpieza

70+532Alcantarilla de ConcretoBuen EstadoLimpieza

70+571.6Alcantarilla de ConcretoBuen EstadoLimpieza

13872+603.21Alcantarilla piedra con cementoMaloConstruir Alcantarilla

72+986.50PontonBuen Estado

13973+142.50Alcantarilla de piedra con cementoRegularLimpieza y Mantenimiento

14073+723.40AlcantarillaColmatadaLimpieza

74+423.40Alcantarilla de concretoColmatadaLimpieza

74+444Alcantarilla de concretoBuen EstadoLimpieza

74+622Alcantarilla de concretoBuen EstadoLimpieza total


14175+012.00Alcantarilla de concretoBuen EstadoLimpieza y Mantenimiento


14375+263.30Alcantarilla de concretoAcolmatadaLimpieza

14475+586.00Alcantarilla de concretoRegularLimpieza y Reposicin de techo



77+008.7Alcantarilla de ConcretoBuen EstadoLimpieza

14777+713.00Alcantarilla de ConcretoAcolmatadaLimpieza y Mantenimiento

14877+891.00Alcantarilla de piedra con cementoBuen EstadoLimpieza y Refaccionamiento de cabezales





15379+442.80Alcantarilla de concretoRegularLimpieza y emboquillado


15579+760.00Alcantarilla de piedraBuen EstadoLimpieza y reparacin


80+228Alcantarilla de piedraBuen estadoLimpieza y reparacin de techo

15780+718.70Alcantarilla de concretoRegularEncauzamiento ambos lados y refaccionamiento

15881+153.50Alcantarilla de concretoRegularEncauzamiento ambos lados

15981+914.00Alcantarilla de concretoRegularLimpieza y refaccionamiento de parapeto

82+134.3Alcantarilla de concretoAcolmatadaCambio de loza

16182+657.80Alcantarilla de concretoBuen EstadoEncauzamiento ambos lados

16282+978.00Alcantarilla de concretoRegularLimpieza y rehabilitacin de parapeto

16383+090Alcantarilla ARNCO de 4 ojosBuen EstadoLimpieza

5.2.1.4.2. Sistema de drenaje y obras de arte proyectadas

La correspondiente relacin de obras de arte proyectadas, se encuentra detallada en el Estudio de Estructuras y Obras de Arte (item N 6), donde se detallan las progresivas, ubicacin y tipo de obra de arte.Debemos poner en conocimiento que de acuerdo con las reuniones de coordinacin realizadas entre PROVIAS NACIONAL, Arruta & Tapia como Supervisor del Estudio, y el Consorcio, se ha priorizado las obras de arte, en una primera etapa.

Consideramos recomendable, que PROVIAS NACIONAL, programe dentro de sus actividades la culminacin total de estas obras de arte para asegurar el correcto funcionamiento de la carretera.5.2.2. EVALUACION DE OBRAS DE ARTE5.2.2.1. Cunetas

5.2.2.1.1. Clculo del caudal de diseo de las cunetas

Donde:

Q = 146.61 l/s.

C = 0.35 (segn las caractersticas morfolgicas que presenta cuenca y la intensidad de precipitacin de la misma)

I = 60.32 mm/hr (para tiempo de concentracin de 15 min y periodo recurrencia de 10 aos de la transformacin de la profundidad de diseo de la precipitacin)

A = 0.0250 Km2; (considerando la longitud de la cuneta 250 m y la superficie adyacente de ancho 100 m). El coeficiente 1/3,6, corresponde a la transformacin de unidades. Para el caso en que el rea se expresara en Km2).

a) Consideraciones para la Seccin de la Cuneta

Para la seccin propuesta:

H = 0,40 m; Zi = 2/1, Ze =0.5/1, es Variable, ser de seccin triangular (L= 0.80 m y H=0.40m) de talud interno de Zi =2/0.5 (H:V =0.80: 0.40) y talud externo de Ze =1/0.5 (V:H =0.40: 0.20), siendo esta ltima variable de acuerdo al tipo de suelo.Se tendra una capacidad de conduccin suficiente para drenar las aguas provenientes de las zonas aledaas y de los taludes adyacentes cuyas dimensiones finales de la cuneta de seccin triangular ser: Ancho total superficial=0.80 m.

Ancho superficial

=0.80 m.

Profundidad

=0.40 m.

Talud interno

=2/1 (H/V)

Existen dos tipos de estructuras de entrega, definidas segn la evaluacin del proyecto las cuales pueden ser, terreno natural y alcantarillas.

b) Pendiente longitudinal de la cuneta

La pendiente longitudinal de la cuneta tiende a adoptar la pendiente del trazo, pero cuando esta es muy pronunciada (mayor de 4%) la longitud del tramo de la cuneta se acorta entre 150 m a 200 m aproximadamente dependiendo de la intensidad de la precipitacin que presenta en la zona de estudio. Se tomara dicha decisin para evitar velocidades muy altas que a su vez provoquen erosin en la cuneta.

c) Rugosidad de la cuneta

Debido a las consideraciones adoptadas, es necesario controlar el efecto erosivo que pueda presentar por la velocidad con que discurren las aguas dentro de la cuneta. Dicho control se podra prever con el revestimiento de concreto de fc =175 kg/cm2 y piedra mediana (emboquillado) en las partes de pendientes mayores de 4 % con el fin de evitar la erosin.

d) Longitud del tramo

La longitud del tramo de la cuneta que se ha adoptado para el presente proyecto es de 250 m. dependiendo de varios factores: ubicacin de entregas naturales (quebradas, ros, etc.), ubicacin de puntos bajos que presenta el perfil de la carretera y pendiente muy pronunciada. En caso de pendientes mayores de 4 % y en zonas de alta precipitacin se acortaran las longitudes a 150 - 200 m, con el fin de evitar la erosin en las cunetas. Para el presente proyecto no se ha considerado estos criterios del reglamento, por que la zona presenta un clima seca de humedad de alta presencia de la precipitacin.e) Entrega de cunetas

Se denomina as a las estructuras que permiten la entrega de las aguas que conducen las cunetas a los cauces naturales, taludes protegidos, etc., para su evacuacin final. Existen dos tipos de estructuras de entrega, definidas segn su punto de evaluacin del proyecto las cuales son:

f) Estructura de entrega de la cuneta hacia terreno naturalSe obtiene ante la inevitable necesidad de desfogar las cunetas en terreno natural contando para ello con una estructura de entrega adecuada. Dicha estructura cuenta con una transicin de mampostera de piedra asentado en concreto fc = 140 Kg/cm2 para lograr una seccin trapecial, cuyas caractersticas son:

Ancho superior =0.80 m.

Profundidad

=0.25 m.

Base

=0.40

Angulo de talud=45 1/ (H/V)

g) Estructura de entrega de cuneta hacia las alcantarillas

En este caso las cunetas vierten directamente el agua pluvial que conducen a las estructuras de entrada y salida de las alcantarillas. De esta forma se evita tener mayores lugares de desfogue que pueden derivar en zonas de erosin potencial. Para el caso de las estructuras de entrada de las alcantarillas, las cunetas solas podrn verter el agua pluvial en las estructuras del tipo buzn y tipo alero recto.Cuadro N 2.16

5.3. RESULTADOS

5.3.1. Precipitacin instantnea

La precipitacin instantnea se determin, a partir de la serie histrica de precipitacin mxima de 24 horas, aplicando la formula de DYSCK PESCHKE, para diferentes periodos de duracin.

Cuadro N 3.1 Transformacin de precipitacin diaria a diferentes periodos de duracin


5.3.2. Seleccin de la funcin de distribucin

La seleccin de la funcin de distribucin de mejor ajuste para cada uno de los periodos de duracin de 10, 15, 30, 60, 120, 180 y 240 minutos de precipitacin instantnea de 10 aos de registro; se ha efectuado por el mtodo analtico de error cuadrtico mnimo. Se probaron 6 funciones de distribucin para eventos extremos mximos como la Normal, Lognormal-2p, Lognormal -3p, Gumbel, Pearson-III y Logpearson III, la distribucin de mejor ajuste fue, la funcin de distribucin Log Pearson III como se aprecian en los siguientes cuadros:

Cuadro N 3.2


Cuadro N 3.3


Cuadro N 3.4


Cuadro N 3.5


Cuadro N 3.6


Cuadro N 3.7


Cuadro N 3.8


5.3.3. Lluvia de diseoLa lluvia de diseo para diferentes tiempos de retorno de 2 a 250 aos se ilustra en el cuadro N3.90, donde se aprecia que la profundidad de lluvia de diseo son mayores para periodos de duracin y tiempo de retorno mayores y viceversa para perodo de duracin y tiempo de retornos menores la profundidad de lluvia es menor.

Cuadro N 3.9

Fuente: Elaboracin Propia

Grafico N 3.1

5.3.4. Resultado de los caudales mximos de las quebradas de intercepcin con la vaSegn la carta nacional se tiene una quebrada representativa ubicada en la progresiva 7+868 Km, para ello se tiene determinado por tres mtodos. Ver cuadro N3.10.

Cuadro N 3.10

Se recomienda utilizar para el diseo de las obras de drenaje el mtodo de SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS), por ser ms conservador con respecto a los otros mtodos.

NO

SI

SIMULACIN DEL MODELO HMS

PARAMETROS DE LA CUENCA

NO

PROCESAMIENTO DE DATOS PLUVIOGRAFICOS

REGISTRO DE LLUVIA MXIMA SELECCIONADA

ANLISIS DE DISTRIBUCIN Probabilstica ELECCIN DE UNA DISTRIBUCION

PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE

SI

CONDICIONES INICIALES DEL MODELO HMS

OBTENCIN DE LLUVIA DE DISEO

CAUDAL DE DISEO (Q)

CARACTERSTICAS DEL AREA DE ESTUDIO

INFORMACION HIDROMETEOROLOGICO

I N F O R M A C I O N

INVENTARIO DE OBRAS DE DRENAJE VIAL

OBRAS PROYECTADAS

CALIBRACION DEL MODELO HEC-HMS

DISEO HIDRAULICO DE OBRAS DE DRENAJE VIAL

SELECCIN O. A. D. DPROYECTADOS

PTE. ILAVE

RIO ILAVE

INFORME N 01

_1197701007.unknown

_1303722983.unknown

_1303723000.unknown

_1312204923.unknown

_1312204957.unknown

_1312204555.unknown

_1303722989.unknown

_1303722993.unknown

_1197701009.unknown

_1239472106.unknown

_1239472446.unknown

_1239471892.unknown

_1197701026.unknown

_1197701008.unknown

_1197701004.unknown

_1197701005.unknown

_1197558009.unknown

_1197700998.unknown

_1197700999.unknown

_1197558010.unknown

_1197558008.unknown

informe hidrologia, hidraulica y drenaje (i)

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