CAPITULO IINTRODUCCION1.1. ANTECEDENTESDrenaje: extraccin del aguasuperficial osubterrneadeunazonadeterminada por medios naturales o artificiales. El trmino drenaje suele aplicarse a la eliminacin del exceso de agua con canales, desages, zanjas, alcantarillas y otros tipos de sistemas para recoger y transportar agua con ayuda de bombas o por la fuerza de la gravedad. Los proyectos de drenaje llegan a suponer operaciones a gran escala de recuperacin y proteccin de tierras o expuestas a inundaciones frecuentes. Estosproyectossuelenconsistirensistemasdezanjasydiquesde drenaje, yamenudoseempleanbombasparaelevar el aguahastalaredde drenaje.1.2. OBJETIVOS- Solucionarlosproblemas deinundacin,garantizandolavidadepersonasy propiedades.- Prevenir eldeterioro del alcantarillado,ya que el agua ingresa haciendo que caudal dediseoseincremente, dandolugaraqueestasestructuraspuedan fallaral funcionarcomoconductosapresin, arrojandoel excedenteporla tapa, ocasionando gran malestar a los transentes, y con el grave riesgo de causar enfermedades infecciosas.- Garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria en la poblacin, permitiendo un apropiado trafico de vehculos y personas durante la precipitacin.1.3. JUSTIFICACIONEnlaciudaddeCajamarca, conocidacomounazonalluviosaexisteungran problema debido al acumulamiento de las aguas pluviales en las principales zonas de nuestra ciudad siendo una molestia para los transentes, por esta razn en el siguiente proyecto haremos el estudio de manera de evacuar las aguas pluviales, daremos soluciones basndonos en el estudio hidrolgico.El estudiohidrolgicosirveparadeterminar los caudales dediseoparalas estructuras de evacuacin, teniendo una estrecha relacin con la topografa la cual nos permite calcular el rgimen de escorrenta y los parmetros para el calculo del tiempo de concentracin y posteriormente el diseo del sistema de evacuacin de las aguas pluviales. CAPITULO IIREVISION DE LITERATURA2.1. DRENAJE URBANO. 2.1.1. SISTEMA DE DRENAJE URBANO.Es el conjunto de acciones, destinadas a lograr los objetivos antes mencionados.El sistema de drenaje urbanonosolose refiere a las originadas por las precipitaciones,si no tambin aquellas que se precipitan en otras reas, pero discurren a travs de la ciudad, por ejemplo cauces naturales, conductos artificiales, etc.2.1.2. ACCIONES EN DRENAJE URBANO.Las acciones de drenaje pueden ser de dos tipos:-Acciones preventivas: disminuyen los daos mediante los usos adecuados de las reas urbanas. Las acciones preventivas son:. El pronostico de inundaciones.. La adquisicin de reas inundables.. Regulacin de los usos de las vas terrestres.. Conservacin y proteccin de las cuencas tributarias.. La educacin e informacin adecuada a los habitantes de la ciudad.-Acciones correctivas: disminuyen daos de reas donde las medidas de tipo preventivo son insuficiente. Las acciones correctivas son:. Obras de embalses y regulacin. Modificacin de secciones y trazados de calles y avenidas.. Obras de conduccin, tales como alcantarillas, sumideros, etc.. Obras de canalizacin y rectificacin de cauces naturales.2.1.3. DRENAJE SUPERFICIAL, SECUNDARIO Y PRIMARIO.-Drenaje superficial: son las acciones correctivas constituidas por el conjunto de facilidades naturales y artificiales que conducen al escurrimiento superficial, desde el lugar de cada de las aguas hasta su entrada del cauce natural o en un conducto artificial, disminuyendo las molestias al trafico de personas y vehculos, podemos considerar las siguientes:. Canaletas, cunetas y similares.. Calles yvas en general incluyendo modificacin de pendientes y secciones.. Superficies en general (techos, jardines, parques, reas pavimentadas y naturales, etc.). Almacenamiento superficial (reas verdes, estacionamientos, etc.)-Drenaje secundario: es el conjunto de acciones correctivas constituidas por los conductos y obras conexas construidos por el hombre, las cuales permiten garantizar que las aguas no obstaculicen el normal desenvolvimiento del trafico de personas y vehculos en las reas urbanas.-Drenaje primario: es el conjunto de acciones correctivas constituidas por los caucesnaturalesyobras conexas,dirigidasasalvaguardar la vida delas personas y evitar el dao de la propiedad, entre ellas podemos citar:. Causes naturales (rectificaciones, proteccin,desvo, etc.).. Embalse y lagunas.. Eliminacin de obstculos.. Diques marginados y canalizacin.. Estructuras especiales (disipadores, cadas, etc.).2.2. CARACTERISTICAS HIDROLOGICASPara el estudio hidrolgico se estudia las caractersticas y relaciones por separado y que las observaciones en el tiempo indican normalmente la cantidad, duracin y frecuencia de la precipitacin lo que permitir determinar sus caractersticas.Los estudios hidrolgicos requieren delanlisis de una buena cantidad de datos hidrometereolgicos; que pueden consistir en datos de precipitaciones, descargas, temperatura, evaporacin, etc.El anlisis de tormentas se relaciona fundamentalmente con la intensidad, duracin y frecuencia el cual es importante para el diseo y la magnitud de las obras hidrulicas.1.1. INTENSIDADEslarelacinentrelaprecipitacinyel tiempoysemideenm.m./h, yes importanteyaquenospermiteprevenirlasriadasoinundaciones, ascomo tambin la erosin de suelos. Su formula matemtica es:TPI.(1)1.2. DURACINLa duracines el tiempotranscurrido entre el principio yel final de la tormenta y es expresado en minutos u horas.La duracin se asocia con la intensidad ya que los dos determinan la precipitacin total.1.3. FRECUENCIA La frecuencia viene hacer el nmero de veces que una tormenta de caractersticas definidas pueda repetirse dentro de un lapso de tiempo.Su formula matemtica es:Trf1..(2)1.4. ESCURRIMIENTO SUPERFICIALY SUB TERRANEACuando empieza una lluvia existe una primera parte la cual se deposita en una coberturavegetal comointerseccin, yenlasdepresionesdeterrenocomo almacenamiento superficial, a medida que continua la precipitacin la superficie se cubre con una capa delgada de agua llamada detencin superficial dando lugar a que el flujo empiece pendiente abajo llegando a un canal superficial ya definido, existe otra parte de la precipitacin a trabes de la superficie del suelo, yfluyepor debajodeesta, estaporcindeaguase desplaza mas lentamente que la escorrenta superficial.1.5. PRECIPITACIONLa precipitacin viene hacer el agua que cae de la atmsfera a la superficie de la tierra.La precipitacin se presenta de varias formas, la precipitacin pluvial hmeda (lluvia) ylaprecipitacinhelada(nieve, granizo, hielo), laprecipitacinse mide como la cantidad de agua que cae en una superficie plana y sus unidades de medida son en pulgadas o en milmetros.Existen tres clases de precipitacin orogrficas, convectivas o ciclnicas.Despusdehaberledolosconceptosdecadaunadeestasprecipitaciones podemos afirmar que en la ciudad de Cajamarca las lluvias son convectivas puntualesyaquesuintensidad puede variar entre aquella correspondientea lloviznayaguaceros, yenalgunasoportunidadesacompaadasderayosy truenos.1.6. RIESGO DE FALLARepresentael peligroolaprobabilidaddequeel gastoconsideradoparael diseo sea superado por otro evento de magnitudes mayores. Es decir, que la descarga considerada no sea igualada o superada por otra, entonces la probabilidaddequesiocurra dicho evento en N aos consecutivos de vida, representa el riesgo de falla (J) y esta dado por:NP J 1 ..(3)1.7. TIEMPO O PERIODO DE RETORNOSe expresa en funcin de la probabilidad P de no ocurrencia, la probabilidad de ocurrencia esta dado por 1-P y el tiempo de retorno se expresa mediante:PTr11(4)Eliminando el parmetro P tendremos:NJTr/ 1) 1 ( 11 (5)Esta ecuacin se utiliza se utiliza para estimar el tiempote retorno para diversos riesgos de falla y periodos de N aos consecutivos2.3. HIDROLOGIA DEL DRENAJE2.3.1. TRATAMIENTO DE DATOS HIDROMETEREOLOGICOS.Esta basado en el tratamiento de datos registrados ya sea por medicin directa, por lecturao porconteo. La hidrolgica como una disciplina cientfica esta realmentebasadosobrela disponibilidadde suficientesdatos.los casos mas comunes que se presentan en la hidrolgica son:Cuencas con suficiente informacin Cuencas con escasa informacin hidrolgica.Cuenca sin informacin hidrolgica.Las dos primeras se solucionan realizando los procesos de complementacin y extensin de datos mediante metodologas confiables.Para el tratamiento de datos consiste bsicamente en tres actividades principales:Anlisis y consistencia de la informacin.Completacin de los datos faltantes.Extensin de los registros cortos.ANALISIS DE CONSISTENCIASe realiza medianteelanlisis estadstico,es decir, un proceso de inferencia para la media y la desviacin estndar, mediante la pruebas de T y F.a). Consistencia de la media.Mediante la prueba estadstica de T Student. Prueba de las medias:Establecer la hiptesis planteada y las alternativas posibles, as como el nivel de significacin:05 . 0::2 12 1 HaHpCalculo de la desviacin estndar de la diferencia de los promedios:(6)..(7)Hallamos los T calculado:..(8)Hallamos el T tabulado:05 . 0 Con estos datos ingresamos a la tabla 01.( ) ( )2 / 12 22 2 12 1 2 1 1 1]]]

+ + n nS n S nSp) (2 1SdX XTc2 2 1 + n n GL2 / 12111

,`

.|+ n nSp Sd) ( ) () ( ) (22212221x X x X Tt SiTcx X x X Tt SiTc b). Consistencia de la desviacin Estndar.Se realiza mediante la prueba del F de la siguiente manera:Se establece la hiptesis planteada:05 . 0::22122212 HaHpCalculo del Fc.:) ( ) ( ,) ( ) ( ,2122 21222221 2221x S x siSSSFcx S x siSSSFc> > Hallamos el valor de Ft de las tablas con:Ingresamos en la tabla 02Criterio de decisin:) ( ) () ( ) (22212221x S x S Ft SiFcx S x S Ft SiFc Corregimos los datos con la siguiente ecuacin2 211X SS X Xtt X +

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.| 05 . 01 21 1 n GLDn GLN..(9)2.3.2. AREAS TRIBUTARIASPara determinar las reas tributarias se deber establecer en un plano catastral a curvas de nivel, el sentido del escurrimiento superficial en las diferentes calles, avenidas y dems vas terrestres, as como los puntos de entrada a las vas. En base a esta informacin puede limitarse las reas tributarias siguiendo el criterio de dividir las manzanas por las bisectrices en las esquinas para zonas urbanizadas y tomando la topografa para zonas sin urbanizar. 2.3.3. GASTOS DE DISEO- METODO RACIONAL: Es una de las relaciones existentes entre precipitacin y descarga mxima es el mas usado en el mundo, el calculo del gasto se hace deacuerdo a la formula siguiente:A I C Q * * 0028 . 0 (10)Donde:Q = Caudal en m3/seg. I= intensidad en mm/hora A = rea en hectreas C = Coeficiente de escorrenta.2.3.4. TIEMPO DE CONCENTRACIONPara el mtodo racional viene hacer el tiempo que se tarda una gota agua en recorrer la trayectoria desde el punto mas alejado hasta aquel donde se determina el caudalpara la determinacin del tc puede emplearse la formula:tv tcs tc + (11)donde:tcs: tiempo de concentracin del flujo superficialtv: tiempo de viaje a travs de los colectores hasta el sitio deseado.Para determinar el tcs se hace mediante el grafico 01. que da valores en funcin del coeficiente C y la pendiente promedio de la superficie.El tiempo de concentracin tambin se puede obtener utilizndola formula de velocidad media.velocidadcia disttan(12)Donde la velocidad se puede hallar en el grafico 02.2.3.5. COEFICIENTE DE ESCORRENTIAEn la tabla 03 se presentan diferente tipos de escorrenta para superficies.Cuandoexistanzonas tributarias condiferentes valores de Cseutiliza el coeficiente ponderado:AiCiAiCpond.(13)CAPITULO IIIMATERIALES, METODOLOGIA RESULTADOS DE CLCULO3.1. MATERIALESLosmateriales utilizados ennuestrotrabajosehandivididoentres tiposlos cuales son: Materiales de campo, Materiales de Gabinete y Materiales de Escritorio.3.1.1. MATERIALES DE CAMPOTenemos los siguientes:- Plano de ubicacin; este plano nos servir para ubicar nuestras calles en el campo, reas tributarias y algunas mediciones que necesitemos hacer.- Wincha; nos servir para medir las distancias requeridas.- Libreta de campo, tiles de escritorio nos servir para hacer las anotaciones correspondientes.- Eclmetro, etc.3.1.2. MATERIALES DE GABINETEEntre los materiales de gabinete tenemos:- Tablero de ingeniero- Escuadras, compases.- Escalmetro, etc.3.1.3. MATERIALES DE ESCRITORIOEntre los materiales de escritorio tenemos:- Computadora- Calculadora.- Lpices, borrador.- Papel para los clculos correspondientes, etc.3.2. METODOLOGA3.2.1. METODOLOGIA DE CAMPO- En un plano catastral establecemos el sentido del escurrimiento superficial de las diferentes calles, as ubicamos los puntos de entrada a las vas del escurrimientoprovenientes de las zonas verdes y de las zonas sin urbanizar. Esto nos servir para corregir las pendientes ya que el agua se desplaza a travs de la pendiente (Plano N 01)- En este mismo plano ubicamos las zonas inundables y las ubicaciones posibles de sumideros.- Si noexistiera los planos topogrficos a curvas de nivel secalculara las pendientes as como la distancia entre la gota mas alejada al sumidero.- Encasode necesitar informacin noprevista se tomar encuenta para la presentacin final de nuestro proyecto.3.2.2. METODOLOGIA Y CALCULOSParael diseodel SistemadeEvacuacinPluvial necesitamos analizar datos obtenidos por una Estacin Metereolgica. Para nuestro proyecto nos ubicaremos en la Estacin Metereolgica AUGOSTOWEBERBAUERubicada en la Universidad Nacional de Cajamarca (convenio UNC-SENAMHI).Nos avocamos especficamente en analizar datos de precipitaciones mxima diaria de cada ao, registradas desde 1973 a 1999, para nuestro proyecto elegimos estaestacindebidoaque su radio de influencia incluye a la zona materia de estudio del presente proyecto.ESTUDIO HIDROLOGICO: 1. Anlisis de consistencia:El propsito del estudio es para determinar las intensidades mximas para periodos de duracin de 5, 10, 30, 60, 120 minutos.Nota: Estasintensidadessecalculanrealizandounestudiominuciosodelas bandas pluviogrficas pasando por diferentes procesos hidrometereolgicos. Una vez obtenida esta informacin la cual debe estar completa para as poder las pruebas de significacin.Para las pruebas de significacin se aplicara la prueba de T y de F.Paralosanlisisdetendencianoseaplicayaqueestamosrealizandonuestro trabajo con datos anuales.En los clculos slo se consider imprimir las pruebas de significacin para 5 y 120 minutos para las dems intensidades se observan los resultados en la TABLA 01.En la prueba de Students para 120 minutos se observa la no consistencia el cual se ha corregido y se ha obtenido la TABLA N 02 con los datos ya corregidos.A continuacin se presentan los siguientes resultados:2. Modelamiento probabilstica de valores aleatorios:- Para el estudio de descargas mximas se va utilizar el modelo probabilstica de GUMBEL ( )moda. o central Valor :escala. de Parmetro :

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.|u xee X FGUMBEL- Los parmetros se encontraron en la TABLA N 03 obtenidos para 27 datos.1 . 1 5330 . 0 - Para la Prueba de Bondad de Ajuste KOLMOGOROV SMIRNOV De la TABLA N 04 KOLMOGOROV SMIRNOV para 27 datos se obtuvo:2552 . 0 tab- Periodo de retorno: para nuestro proyecto hemos considerado disear en funcin de su vida til 25 aos, riesgo de falla 25 % y un tiempo de retorno 87.4 aos. Hallados en la TABLA N 05 obtenindose:44 . 19 ' 12082 . 33 ' 06004 . 54 ' 03001 . 100 ' 01062 . 140 ' 005Con estos datos se obtuvo la siguiente ecuacin:6158 . 068 . 403 T I992 . 02 RCon esta frmula se hallar las intensidades mximas para un tiempo de concentracin.CAUDALES DE DISEOLos caudales de diseo estn en relacin con:. reas de influencia de las zonas.. Longitudes cotas.. Intensidades tiempo de concentracin pendientes etc.Para hallar los puntos anteriores se seguir la siguiente metodologa y convenios.Nuestro estudio se encuentra demarcado por:- Norte: Ro San Lucas.- Sur: Cruz de Piedra, el Batn.- Este: Ro San Lucas.- Oeste: Huanuco.reas de influencia:en un plano catastralPLANO 01se traza sus respectivas bisectrices demarcadas de la siguiente manera se tomar como ejemplo la ZONA 14: TABLA (CALCULO DE AREAS DE INFLUENCIA)DONDE:zona : Numero de zonaN :rea de casas en direccin norteS : rea de casa en direccin surE : rea de las casas en direccin esteO : rea de las casas en direccin oesteLongitudes: En el PLANO 02 se ubicaran las distancias y cotas de la siguiente manera:Se tomara como ejemplo la ZONA 14: TABLA (CALCULO DE DISTANCIAS Y COTAS)DONDE:zona : Numero de zonaN :distancia norte NE: dist. Calle en la direccin nor esteNO: dist. calle en la direccin nor oesteS : distancia sur SE: dist. Calle en la direccin sur esteSO: dist. Calle en la direccin sur oesteE : distanciaeste EN: dist. calle en la direccin este norteES: dist. calle en la direccin este surO : distancia oeste ON: dist. calle en la direccin oeste norteOS: dist. calle en la direccin oeste sur.Cotas y pendientesDebido a que nuestro estudio se centra exclusivamente al estudio hidrolgico no se hizo un levantamiento topogrfico por lo consiguiente solo se encontr en la municipalidad el plano a curvas de nivel para una equidistancia de 20 metros.En un PLANO 02 a curvas de nivel de la ciudad de Cajamarca se halla las cotas de la siguiente manera :Para el triangulo se tiene:NNd d ddXd d d dX+ ++ +2 1122 1 12* 2020NNN Nd d dd dXd d d d d X+ +++ ++2 1122 1 11) ( * 2020En el cuadro RESUMENDECALCULOS de longitudes, pendientes y reas de influenciaenfuncindeladireccindelacorrientelos cuales seobtuvierondela siguiente manera:Para los sumideros se tendrn en cuenta los caudales de llegada de la siguiente manera:Por ejemplo para el sumidero N 01 se tiene el caudal:QOE= 0.2m3/s (para el diseo se tendr en cuenta el caudal de llegada es decir las entrantes en Huanuco).QSN =0.07 m3/s.La ubicacin de estos sumideros se encuentran en el PLANO 02.Caudales de diseo:Para los caudales de entrada no se considero debido a que en las zonas altas el drenaje es a travs de la quebrada el ronquillo y el ri San Lucas por esta razn el caudal de llegada es mnimo.CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUCIONES:1. El proyecto en estudio solo es una parte del proyecto, drenaje de aguas pluvialesqueconstadeunestudiotopogrfico, geolgico, diseode drenes cunetas canales, sedimentos, etc.2. El proyecto en estudio se ha basado nicamente en el estudio hidrolgico es decir se ha realizado todos los procedimientos para encontrar los caudales de diseo descritos anteriormente.3. Se ha realizado un tratamiento y procesamiento a los datos hidrolgicos.4. Los caudales hallados servirn para disear cunetas, canales, sumideros segn sea necesario.5. Al finalizar todo el proyecto servir para garantizar el normal desenvolvimiento de la vida diaria enla poblacin, permitiendoun apropiado trfico de vehculos y personas durante la precipitacin.6. En la zona de estudio se ha notado que no se ha previsto el sistema de drenaje al construirse los pavimentos o realizar mejoras de vas, lo que hace imposible evitar la confluencia de aguas hacia determinadas calles orientadasenladireccindelamximapendientedeterreno, lasque funcionanenpocas delluviacomocanales, lacual obligara aun tratamiento muy costoso.RECOMENDACIONES:1. Se recomienda para posteriores proyectos se cuente con todos los estudios posibles para que no se tenga problemas con resultados cien por cientoptimos, porejemplolafaltadelosestudiostopogrficospara poder calcular las cotas ypendientes quesonmuyimportantespara encontrarloscaudalesdediseo, loscualesparanuestroproyectose tomo de un plano catastral a curvas de nivel con una equidistancia de 25 metros el cual no es recomendable para este tipo de proyectos.2. Corresponde a la facultad de Ingeniera hacer convenios con instituciones para realizar estudio de proyectos para as poder llegar a la complementacin de lo terico y lo prctico de esta manera se incentiven a los alumnos a realizar investigacin.