HONORABLE MUNICIPALIDAD DE VILLA TUNARI

ESTUDIO DE HIDROLOGIA YDRENAJE

“ESTUDIO A DISEÑO FINAL CAMINO EMPEDRADO CENTRAL TODOSSANTOS”

VILLA TUNARI, JULIO DE 2009

1010

ESTUDIO DE HIDROLOGIA YDRENAJE

“ESTUDIO A DISEÑO FINAL CAMINO EMPEDRADO CENTRAL TODOSSANTOS”

VILLA TUNARI, JULIO DE 2009 HIDROLOGIA Y DRENAJE

INDICE DE CONTENIDO

1 ASPECTOS GENERALES 5

1.1 ANTECEDENTES 5 1.2 UBICACIÓN DEL AREA DEL PROYECTO 5

2 HIDROLOGIA 7

2.1 INTRODUCCION 7 2.2 ELECCION DEL PERIODO DE RETORNO PARA DISEÑO 7

2.3 CARACTERIZACION HIDROGRAFICA DEL AREA DE ESTUDIO 7 2.3.1 DELIMITACIÓN DE ÁREAS TRIBUTARIAS 7

2.3.2 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN 8 2.4 RECOPILACION Y ANALISIS DE DATOS DE PRECIPITACION 8

2.4.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTACIONES ELEGIDAS PARA EL ESTUDIO 8 2.4.2 ANÁLISIS DE FRECUENCIA 9

2.4.3 OBTENCIÓN DE CURVAS INTENSIDAD – DURACIÓN – FRECUENCIA 11 2.5 CAUDALES DE DISEÑO 17

2.5.1 MÉTODO RACIONAL MODIFICADO 17

3 DRENAJE 22

3.1 DRENAJE TRANSVERSAL DEL CAMINO 22 3.1.1 ALCANTARILLAS 22

3.1.1.1 Elección del Tipo de Alcantarilla 22 3.1.1.2 Elementos de las Alcantarillas Diseñadas 23

3.1.1.3 Cálculo Hidráulico 25 3.2 DRENAJE DE LA PLATAFORMA DEL CAMINO 29

3.2.1 DRENAJE DEL AGUA QUE ESCURRE SOBRE LA PLATAFORMA 29 3.2.2 CUNETAS 30

3.2.2.1 Diseño Hidráulico de Cunetas 30

ANEXOS

ANEXO A: CERTIFICACIÓN DE PRECIPITACIONES EN 24HORASEMITIDAS POR SENAMHI

ANEXO B: DELIMITACIÓN DE AÉREAS TRIBUTARIAS

HIDROLOGIA Y DRENAJE

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. UBICACIÓN DEL CAMINO SOBRE CARTA

IGM ............................................................................................. 6 F IGURA 2. UBICACIÓN DE LAS

ESTACIONES REGISTRADORAS DE PRECIPITACIÓN MÁS CERCANAS AL CAMINO......................... 9 FIGURA 3.

PRECIPITACIONES MÁXIMAS DIARIAS EN EL ÁREA DE ESTUDIO .....................................................................10 FIGURA 4. COEFICIENTES DE DURACIÓN

................................................................................................................. 12 F IGURA 5. CURVAS

INTENSIDAD – DURACIÓN – FRECUENCIA. ESTACIÓN LA JOTA .......................................................... 15

FIGURA 6. CURVAS INTENSIDAD –DURACIÓN –FRECUENCIA.ESTACIÓNCHIPIRIRI

.........................................................16 FIGURA 7. ELEMENTOS DE LAS ALCANTARILLAS CIRCULARES

DISEÑADAS....................................................................... 23 FIGURA 8. ESTRUCTURA DE INGRESO TIPO

CABEZAL‐ALERO (CA)................................................................................ 24 F IGURA 9. ESTRUCTURA

DE SALIDA TIPO ................................................................................................................ 24 F IGURA

10. ELEMENTOSDELAS

ALCANTARILLASCAJÓNDISEÑADAS............................................................................25 FIGURA 11.CAPACIDAD MÁXIMA ALCANTARILLA 1 DE 1000MM ...............................................................................

27 FIGURA 12. CAPACIDAD MÁXIMA ALCANTARILLA CAJÓN DE 1.5X1.0M

....................................................................... 28 FIGURA 13. CAPACIDAD MÁXIMA ALCANTARILLA CAJÓN

DE 1.0X1.0M ....................................................................... 29 FIGURA 14. SECCIÓNTRANSVERSAL

TIPOEN TANGENTES ..........................................................................................29 FIGURA 15. SECCIÓN

TRANSVERSAL CUNETA NO REVESTIDA...................................................................................... 30

INDICE DE TABLAS

TABLA 1. PERIODO DE RETORNO DE DISEÑO............................................................................................................. 7 TABLA 2. CARTAS DEL IGMUTILIZADAS EN EL ESTUDIO............................................................................................... 8 TABLA 3.ESTACIONES REGISTRADORAS DE PRECIPITACIONES UTILIZADAS EN EL

ESTUDIO................................................... 9 TABLA4. PRECIPITACIÓNMÁXIMADIARIA(MM).APLICANDOGUMBEL.......................................................................11 TABLA 5. COEFICIENTES DE

DURACIÓN................................................................................................................... 12 TABLA 6.COEFICIENTES DE

FRECUENCIA................................................................................................................. 13 TABLA 7.UMBRAL DE

ESCORRENTÍA......................................................................................................................18 TABLA 8. CARACTERÍSTICAS DE LOS GRUPOS DESUELO.............................................................................................. 19 TABLA 9. RESUMEN DE

CÁLCULO DE CAUDALES CON EL MÉTODO RACIONAL MODIFICADO .............................................. 20 TABLA10. CARACTERÍSTICAS ALCANTARILLAS CAJÓN

DISEÑADAS................................................................................ 28 TABLA 11. CAPACIDAD HIDRÁULICA

CUNETAS NO REVESTIDAS................................................................................... 31 TABLA 12.INTENSIDADES PARA EL CÁLCULO DE CUNETAS..........................................................................................31 TABLA 13. CAUDALES DE APORTE EN CUNETAS TC=10 MINUTOS............................................................................... 32 TABLA 14. CAUDALES DE APORTE EN CUNETAS

TC=20 MINUTOS ............................................................................... 32 TABLA 15. CAUDALES DEAPORTE EN CUNETAS TC=30 MINUTOS ............................................................................... 33 TABLA

16. CAUDALES DE APORTE EN CUNETAS TC=60 MINUTOS............................................................................... 33

HIDROLOGIA Y DRENAJE

1 ASPECTOS GENERALES

1.1 ANTECEDENTES

Una de las principales políticas de la Honorable Municipalidad de Cliza, al interior de su Programade Inversión Pública, es de apoyar a la construcción de infraestructura vial, que se fundamenta enel Plan de Desarrollo Municipal.

De esta manera se pretende mejorar la transitabilidad del municipio, que además de contribuir amejorar la actividad agropecuaria de la región permitirá integrar muchas comunidades.

En este contexto, el presente estudio de Hidrología y Drenaje es parte integrante de laElaboración del Estudio a Diseño Final “Camino Empedrado Cliza”.

1.2 UBICACIÓN DEL AREA DEL PROYECTO

Cliza es una localidad y municipio de Bolivia, ubicado en la provincia de Germán Jordán en

el departamento de Cochabamba. El municipio comprende un área de 305 km², ubicado sobre

una altitud promedio de 2.750 msnm. La temperatura media es de 25 ºC. La cabecera municipal

está ubicada a 37 km de la ciudad de Cochabamba.

Se encuentra ubicada en la parte central de la subregión del Valle Alto del Departamento de

Cochabamba a 37 km de la capital departamental capital, es capital de la Provincia Germán

Jordán. Geográficamente está situada en los paralelos 17° 35’ 05” de latitud Sud, 65° 57’ 15” de

longitud Oeste.

Cuenta con una superficie total de aproximadamente 48,7 km².

El Proyecto se localiza en: Departamento: Cochabamba

Provincia: German Jordan Municipio: Cliza

:

Figura 1 muestra la ubicación del camino sobre cartas del IGM.

Figura 1. Ubicación Cliza. Fuente> Google Earth. HIDROLOGIA Y DRENAJE 6

2 HIDROLOGIA

2.1 INTRODUCCION

Sin duda, uno de los aspectos más importantes en el diseño de un camino es el de prever unadecuado sistema de drenaje a lo largo de su trazado. En este contexto y para cumplir con losobjetivos del presente estudio, el primer paso en el diseño de los elementos adecuados queproveerán un drenaje efectivo y seguro al camino es el análisis de la escorrentía superficial que sepresenta o presentará durante la vida de servicio del camino, para ello esta parte del estudio estádedicado a la determinación de los caudales de crecidas que se presentaran en los diferentespuntos de análisis a lo largo del trazo del camino.

2.2 ELECCION DEL PERIODO DE RETORNO PARA DISEÑO

En la elección del periodo de retorno, frecuencia o probabilidad a utilizar en el diseño de una obra,es necesario considerar la relación existente entre la probabilidad de excedencia de un evento, lavida útil de la estructura y el riesgo de falla aceptable, dependiendo, este último, de factoreseconómicos, sociales, ambientales, técnicos y otros. En este contexto, y considerando que lacategoría del camino es “Camino de Desarrollo” con un volumen de tránsito promedio diario anualT.P.D.A. < 200, la Tabla 1 muestra el periodo de retorno, la vida útil y el riesgo de falla elegido paralas obras de drenaje proyectadas en el presente proyecto, las que se consideran bastanterepresentativas de las condiciones usuales.

Tabla 1. Periodo de Retorno de Diseño

2.3 CARACTERIZACION HIDROGRAFICA DEL AREA DE ESTUDIO

2.3.1 Delimitación de Áreas Tributarias

La georeferenciación del camino por parte de la brigada topográfica ha sido realizada encoordenadas UTM en el datum WGS84, sin embargo las cartas geográficas editadas por elInstituto Geográfico Militar de la República de Bolivia utilizadas en este estudio se

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Tipo de Obra Periodo de Retorno T

(Años) Vida Útil Riesgo de Falla (%)

Diseño Verificación (Años) Diseño Verificación Alcantarillas (S>1.75m2) o HTerraplen≥10m de Drenaje Transversal

50 100 30 45 26

Alcantarillas (S≤1.75m2) 25 50 30 71 45 Drenaje de la Plataforma 5 10 5 67 41 Defensa de Riveras 100 ------ 20 18 ------

encuentran en el datum PSAD56, lo que ha implicado, inicialmente, una transformación decoordenadas del datum WGS84 al datum PSAD56.

El dato más preponderante en la estimación de los caudales de diseño es el área deaporte y a la vez difícil de cuantificar y que además limita la aplicabilidad de losmétodos disponibles para la determinación de los caudales de diseño. La delimitaciónde áreas tributarias se presenta en el Anexo B.

2.3.2 Tiempo de Concentración

La fórmula de Kirpich Modificada, ha sido utilizada para el cálculo del tiempo de concentración,esta formulación se expresa mediante la siguiente ecuación.

donde:tc : Tiempo de concentración, en Horas

a L : Longitud del cauce principal, en Km

b H : Desnivel que existe entre el punto de descarga y el punto más alejado, en m.

Si el tiempo de concentración calculado fuera menor a 10 minutos, se asumirá un tiempo deconcentración igual a 10 minutos.

2.4 RECOPILACION Y ANALISIS DE DATOS DE PRECIPITACION

2.4.1 Características de las Estaciones Elegidas para el Estudio

A través de una solicitud escrita al SENAMHI Regional Cochabamba se ha obtenido lacertificación de las precipitaciones máximas diarias de las estaciones listadas en la Tabla 3 cuyosdetalles se muestran en el Anexo A.

Tabla 3. Estacion Registradora de Precipitaciones Utilizadas en el Estudio

Estación Provincia Latitud Sud LongitudOeste

Altura(m.s.n.m)

Periodo deRegistro(Años)

Cochabamba Estacion Cliza German Jordan 17 º 35' 10" 65 º 55' 55" 1761 1958 - 1992

En la Figura 2 se muestra la ubicación de las estaciones listadas en la Tabla 3 con

relación al camino.

Figura 2. Ubicación de las Estaciones Registradoras de Precipitación Más Cercanas alCamino

2.4.2 Análisis de Frecuencia

El registro de precipitaciones diarias de la estación elegida para el estudio, cuyos detalles se muestranen la Tabla 3 y Anexo A se ha utilizado como insumo básico en el cálculo de los caudales máximos otambién llamadas avenidas de proyecto que se presentarán en los puntos de análisis a lo largo deltrazo del camino. La serie anual de precipitaciones máximas diarias de las estaciones mencionadas semuestra en la Figura 3.

PRECIPITACION DIARIA (mm)

DIA ENE FEB MAR ABR MAY JUN AGO SEP OCT NOV DIC TOTAL 1 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 4 0 0 0 3.8 3.8 5 0 2 0 0 0.4 2.4 6 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0

10 0 0 0 0 0.2 0.2 11 0 0 0 0 0

12 0 0 0 0 0 13 0 0 0 0 0 14 0 0 0 0 0 15 0 0 0 0 0 16 0 0 0 0 0 17 0 0 0 0 0 18 0 0 0 0 0 19 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 21 0 0 0 0 0 22 0 0 0 0 0 23 0 0 0 0 0 24 0 0 0 0 0 25 0 0 0.2 0 0.2 26 0 0 0 0 0 27 0 0 0 0 0 28 0 0 0 0 29 0 0 0 0 30 0 0 0 31 0 0

SUM 0 2 0.2 0.2 0 4.4 6.6MED 0 2 0.2 0.2 0 1.5 1.2MAX 0 2 0.2 0.2 0 3.8 3.8MIN 0 0 0 0 0 0 0N 0 1 1 1 0 3 5Fuente; Senhami.

Figura 3. Precipitaciones Máximas Diarias en el Área de Estudio

Para el análisis de frecuencia se adopta la ley de distribución de Gumbel, dado que ella hademostrado poseer una adecuada capacidad de ajuste, a valores máximos de caudales yprecipitación en distintos períodos de tiempo, etc.

Para la distribución de Gumbel la precipitación máxima con periodo de retorno “T” en años, seobtiene mediante la siguiente expresión.

Donde:

PmaxT : Precipitación máxima para un periodo de retorno “T”

T: Periodo de retorno en años 6 ×S

: Parámetro de escala

: Parámetro de Posición

a P : Media de la serie de datos de precipitaciones

b S : Desviación estándar de la serie de datos.

Aplicando la distribución de Gumbel a los registros históricos de precipitaciones diarias de lasestaciones ya mencionadas se ha obtenido los valores de precipitaciones máximas diarias paradistintos periodos de retorno, las mismas se muestran en la Tabla 4.

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Tabla 4. Precipitación Máxima Diaria (mm). Aplicando Gumbel

2.4.3 Obtención de Curvas Intensidad – Duración – Frecuencia

La precipitación máxima diaria con un periodo de retorno de 10 años, PD10calculada en

2.4.2 en base a los registros de precipitaciones históricas de las estaciones ubicadas en el áreade estudio ha servido para estimar las curvas Intensidad - Duración - Frecuencia válidas para lazona, aplicando para ello el Método de los Coeficientes Generalizados y el patrón de lasobservaciones de lluvias de corta duración registradas en la estación AASANA del departamentode Cochabamba.

El método se basa en el empleo de coeficientes de duración y frecuencia y su aplicación es útil enlugares donde solo se dispone información de lluvias registradas diariamente, normalmente entrelas 8:00 y 8:00 del día siguiente. Estos coeficientes son independientes de desviacionessistémicas debidas a la magnitud de la lluvia y del período de retorno considerado. Este métodopermite estimar las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (curvas IDF) con sólo conocer lasprecipitaciones máximas diarias registradas en el lugar ó lugares cercanos al de interés.

El primer tipo de coeficientes generalizados que permiten una estimación de las curvas IDF, sonlos llamados coeficientes de duración y que se define como el cociente entre la precipitación caídaen “t” horas y la correspondiente precipitación caída en “24” horas, para un mismo periodo deretorno, como describe la ecuación siguiente.

P tCDt =

P24

Donde:

P24= Precipitación caída en 24 horas (mm)

Pt= Precipitación caída en “t” horas (mm)

Este coeficiente permite determinar precipitaciones de cualquier duración a partir de unaprecipitación de duración conocida, para un mismo periodo de retorno.

En la Tabla 5 y Figura 4 se muestran los coeficientes de duración aplicados al presente estudio,estos se han obtenido a partir de los índices de desagregación bastantes conocidas de la estaciónAASANA-CBBA.

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Periodo deRetorno

Estación

T [años] Cliza

2 206.11

5 263.63

10 301.71

25 349.83

50 385.52

100 420.95

Tabla 5. Coeficientes de Duración

Figura 4. Coeficientes de Duración

El segundo tipo de coeficientes generalizados que se requieren para la estimación decurvas IDF, es el llamado coeficiente de frecuencia. Este coeficiente de frecuenciacorresponde a la razón entre la precipitación en “t” horas con periodo de retorno “T” yla precipitación en “t” horas con periodo de retorno de 10 años. Este coeficiente estádeterminado por la siguiente ecuación.

PT CF =

T 10

P

Donde:

PT= Precipitación en “t” horas, con período de retorno de “T” años.

P10= Precipitación en “t” horas con período de retorno de 10 años.

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Tiempo[minutos)

AASANACbba

5 0.170 10 0.260 15 0.332 20 0.367 25 0.408 30 0.448 60 0.560

120 0.660 360 0.710 480 0.740 600 0.790 720 0.900

1440 1.000

Este coeficiente tiene la particularidad de ser independiente de la duración y de las variacionesregionales o geográficas, habiéndose observado diferencias porcentuales entre bioregiones, paraun mismo período de retorno, no mayores de 12%. Los coeficientes de frecuencia mostrados en laTabla 6 han sido obtenidos aplicando la distribución de Gumbel a las precipitaciones diarias de lasestaciones indicadas en dicha tabla.

Tabla 6. Coeficientes de Frecuencia

Luego, combinando los valores de los coeficientes de duración y de frecuencia, se

puede deducir en base al valor PD10, es decir, con el valor de la precipitación diaria con

período de retorno de 10 años todo el conjunto paramétrico de las curvas IDF del lugar en

estudio. Precisamente, este valor PD10ha sido calculado en 2.4.2 para cada una de las

estaciones cercanas al camino.

De acuerdo a las definiciones de los coeficientes de duración y de frecuencia, la precipitación parauna duración de “t” minutos y un periodo de retorno de “T” años puede calcularse a través de lasiguiente formula.

PT = K ×CF ×CD ×P10

t TtD

De igual modo la intensidad media máxima en “t” minutos y en “T” años está dada por la siguienteformula.

T1 10

I =× K × CF × CD × Pt TtD

t

En las dos formula anteriores se tiene que:

PtT : Precipitación para una duración de “t” minutos y un periodo de retorno de “T” años IT

t :

Intensidad media máxima en “t” minutos y en “T” años PD10: Precipitación diaria (8 AM a 8

AM) con 10 años de periodo de retorno obtenida a partir de los datos de una estación

pluviométrica

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Periodo deRetorno

Estación

T [años] La Jota Chipiriri 2 0.683 0.752 5 0.874 0.901 10 1.000 1.000 25 1.159 1.125 50 1.278 1.218

100 1.395 1.310

t : Duración CFT : Coeficiente de frecuencia para “T” años de periodo de retorno

CDt : Coeficiente de duración para “t” minutos

K : Coeficiente de correlación para la lluvia máxima PD10 medida entre 8 AM y 8

AM respecto de las 24 horas más lluviosas de la tormenta, para el que se haadoptado un valor de 1.13

En 2.4.2 se ha establecido que la precipitación máxima diaria para un periodo de retorno de 10años es:

P10D =301.71mm Para la estación La Jota

P10D =261.84mm Para la estación Chipiriri

Entonces la intensidad media máxima en “t” minutos y en “T” años está dada por la siguienteformula, con la cual es posible estimar las curvas IDF.

1

IT =×1.13× CF × CD × PD

t T t10

t

Es de esta manera se ha obtenido las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia para lasestaciones La Jota y Chipiriri, las cuales son representativas del área de estudio, dichas curvasincluidas los resultados numéricos pueden apreciarse en la Figura 5 y Figura 6 respectivamente.

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Figura 5. Curvas Intensidad – Duración – Frecuencia. Estación La Jota

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Figura 6. Curvas Intensidad – Duración – Frecuencia. Estación Chipiriri

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Curva s Intensidad Duración Frecuencia (mm/hrs)

Tiempo [minutos) Periodo de Retorno [años]

2 5

5 454.25 544.61

10 346.66 415.62

15 294.86 353.52

20 245.05 293.80

25 217.56 260.84

30 199.23 238.86

60 124.52 149.29

120 73.38 87.97

360 26.31 31.55

480 20.57 24.66

600 17.57 21.06

720 16.68 19.99

1440 9.26 11.11

10 100 1000 1Intensidad[mm/h]

2 años

10 100 1000 10000Tiempo[minutos]

Intensidad-Duracion

-Frecuencia 5 años10 años 25 años 50 años

100 años 10 DtT T t

PCDCFK t 1I××××=

Curvas Intensidad Duración Frecuencia (mm/hrs)

Tiempo [minutos) Periodo de Retorno [años]

2 5

5 475.79

10 363.10

15 308.85

20 256.68

25 227.88

30 208.68

60 130.43

120 76.86

360 27.56

480 21.54

600 18.40

720 17.47

1440 9.70

10 100 1000 1Intensidad[mm/h]

2 Años

10 DtT T t

PCDCFK t 1I××××= 10 100

1000Tiempo[minutos]

Intensidad-Duracion

-Frecuencia 5Años 10 Años 25

Años 50 Años

10000 100 Años

2.5 CAUDALES DE DISEÑO

2.5.1 Método Racional Modificado

El método racional se ha empleado en aquellas cuencas pequeñas menores a 10 km2.

En el caso del método racional modificado, el cálculo de caudales máximos se realiza aplicando laversión modificada del método hidrometeorológico propuesta por J.R. Témez en 1991. Estemétodo amplía el campo de aplicación del método racional, puesto que se considera el efecto dela no uniformidad de las lluvias mediante un coeficiente de uniformidad. De este modo, se admitenvariaciones en el reparto temporal de la lluvia neta que favorecen el desarrollo de los caudalespunta, y solucionan el problema que planteaba la antigua hipótesis de lluvia neta constanteadmitida en la formula racional.

El método racional se ha utilizado ampliamente para la determinación de caudales de diseño encarreteras, debido a su simplicidad y lógica, cuya formulación modificada es la siguiente.

KQ = C × I × A × 3.6

El coeficiente de uniformidad toma en cuenta el hecho de que la precipitación neta noes uniforme en el tiempo, es decir a lo largo del tiempo de concentración de lacuenca, esto genera un error que puede corregirse mediante la aplicación delcoeficiente K a la formula racional tradicional, la cual es calculada mediante lasiguiente ecuación.

tc1.25

K = 1+

t 1.25

+14c

Donde:

tc : Tiempo de concentración en horas

Otro coeficiente necesario para la aplicación del método racional modificado es el denominadocoeficiente reductor por área, ARF, que corrige el hecho de que la distribución de la precipitaciónno es uniforme geográficamente, es decir, no es simultánea en toda la cuenca y se calculamediante las siguientes ecuaciones.

Para A<1 km2, entonces ARF = 1

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Donde: Q : Caudal de diseño en m3/s C : Coeficiente de escorrentía, sin unidades I : Intensidad media máxima de la lluvia en mm/hrs

A : Área de la cuenca de aporte en km2

K : Coeficiente de uniformidad, sin unidades

log10 ( A )Para 1≤A≤3000 km2, entonces ARF = 1−

15

Donde:

A : Área de la cuenca de aporte en km2

El coeficiente C de escorrentía define la proporción de la componente superficial de laprecipitación de intensidad I, y depende de la razón entre la precipitación diaria Pd correspondienteal periodo de retorno considerado y el umbral de escorrentía P0 a partir del cual se inicia ésta. Sila razón Pd/P0 fuera inferior a la unidad, el coeficiente C de escorrentía podrá considerarse nulo,en caso contrario, el valor de C podrá obtenerse de la formula siguiente.

( P − P )( P + 23× P )d0d 0

C =)2

(Pd +11× P0 Donde:

Pd : Precipitación diaria de diseño en mm

P0 : Umbral de escorrentía en mm

El umbral de escorrentía P0 es un valor que se encuentra tabulado en la bibliografía especializaday depende de la cobertura y uso de la tierra (praderas, bosques, etc.) de la pendiente, y del tipo desuelo,(A, B, C ó D, de más arenoso y permeable a más arcilloso e impermeable), ver Tabla 7 yTabla 8.

Se adopta un valor de P0=20.0mm para todas las sub cuencas que el camino atraviesa en surecorrido.

Tabla 7. Umbral de Escorrentía

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Tabla 8. Características de los Grupos de Suelo

En la Tabla 9 se presenta el resumen de cálculo de caudales de avenidas con el método racionalmodificado.

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Tabla 9. Resumen de Cálculo de Caudales con el Método Racional Modificado

HIDROLOGIA Y DRENAJE 20 HIDROLOGIA Y DRENAJE 21

218+088 0.020 0.650 13 0.020 19.30 19.30 1.017 1.00 263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

314 360 417 459 5021.3

4 1.60

1.94

228+253 0.027 0.5 5 0.010 20.59 20.59 1.018 1.00 263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

300 343 398 438 4781.7

3 2.07

2.50

239+042 0.05 1 4.5 0.005 47.75 47.75 1.051 1.00 263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

162 185 215 237 2591.7

8 2.13

2.58

249+533 0.032 0.67 8 0.012 24.09 24.09 1.022 1.00 263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

267 306 355 391 4271.8

3 2.19

2.65

259+659 0.027 0.5 5 0.010 20.59 20.59 1.018 1.00 263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

300 343 398 438 4781.7

3 2.07

2.50

269+937 0.017 0.670 25 0.037 15.54 15.54 1.013 1.00 263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

368 421 489 538 5881.3

3 1.59

1.92

2710+05

8 0.032 1.000 25 0.025 24.67 24.67 1.023 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

263 300 348 384 4191.8

0 2.15

2.61

2810+95

2 0.034 0.870 7 0.008 34.29 34.29 1.034 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

206 236 274 302 3301.5

2 1.82

2.20

2911+41

7 0.024 2.000 10 0.005 78.19 78.19 1.090 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

113 129 150 165 1800.6

2 0.74

0.90

301+471 0.015 0.500 25 0.050 11.08 11.08 1.009 1.00 263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

471 539 625 689 7531.4

9 1.79

2.16

3111+63

8 0.020 0.650 13 0.020 19.30 19.30 1.017 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

314 360 417 459 5021.3

4 1.60

1.94

3211+80

6 0.031 0.900 10 0.011 31.09 31.09 1.030 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

222 254 294 324 3541.4

8 1.78

2.15

3311+90

2 0.017 0.670 25 0.037 15.54 15.54 1.013 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

368 421 489 538 5881.3

3 1.59

1.92

3412+18

9 0.034 0.870 7 0.008 34.29 34.29 1.034 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

206 236 274 302 3301.5

2 1.82

2.20

3513+22

5 0.032 1.000 25 0.025 24.67 24.67 1.023 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

263 300 348 384 4191.8

0 2.15

2.61

3613+37

4 0.031 0.900 10 0.011 31.09 31.09 1.030 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

222 254 294 324 3541.4

8 1.78

2.15

3713+50

2 0.020 0.650 13 0.020 19.30 19.30 1.017 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

314 360 417 459 5021.3

4 1.60

1.94

3814+99

7 0.055 0.85 14 0.016 25.57 25.57 1.024 1.00

263.63

301.71

349.83

385.52

420.95

20.00 0.75

0.79

0.82

0.84

0.86

256 293 339 374 4083.0

2 3.61

4.37

N°

Progresiva(m)

PropiedadesFíscas

Tiempo deConcentracio

n Tc [min] Coeficiente de

Uniformidad K

Coeficiente

Reductor porAreaARF

Precipitación Diaria deDiseño Pd (mm)

Umbralde

Escorrentia P0(mm)

Coeficiente de Escorrentia C

Areade laSub

Cuenca

(km2)

L(km) H(m)

Pendiente

Promedio S(m/m)

Periodo de Retorno Periodo de Retorno

Calculado

Asumido

T=5Años

T=10Años

T=25Años

T=50Años

T=100Años

T=5Años

T=10Años

T=25Años

T=50Años

T=100Años

T=5Años

T=10 Años

1 1+800 0.032 1.000 25 0.025 24.67 24.67 1.023 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 263 300 2 2+250 0.023 0.850 12 0.014 27.13 27.13 1.026 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 245 280 3 2+700 0.020 0.650 13 0.020 19.30 19.30 1.017 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 314 360 4 2+841 0.035 0.720 7 0.010 27.56 27.56 1.026 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 242 277 5 3+111 0.034 0.870 7 0.008 34.29 34.29 1.034 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 206 236 6 3+276 0.024 2.000 10 0.005 78.19 78.19 1.090 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 113 129 7 4+058 0.015 0.500 25 0.050 11.08 11.08 1.009 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 471 539 8 4+517 0.035 0.720 7 0.010 27.56 27.56 1.026 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 242 277 9 4+645 0.034 0.870 7 0.008 34.29 34.29 1.034 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 206 236 10 4+792 0.017 0.670 25 0.037 15.54 15.54 1.013 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 368 421 11 4+922 0.024 2.000 10 0.005 78.19 78.19 1.090 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 113 129 12 5+432 0.017 0.670 25 0.037 15.54 15.54 1.013 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 368 421 13 5+966 0.020 0.650 13 0.020 19.30 19.30 1.017 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 314 360 14 6+584 0.017 0.670 25 0.037 15.54 15.54 1.013 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 368 421 15 6+603 0.032 1.000 25 0.025 24.67 24.67 1.023 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 263 300 16 7+161 0.020 0.650 13 0.020 19.30 19.30 1.017 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 314 360 17 7+337 0.017 0.670 25 0.037 15.54 15.54 1.013 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 368 421 18 7+455 0.034 0.870 7 0.008 34.29 34.29 1.034 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 206 236 19 7+718 0.024 2.000 10 0.005 78.19 78.19 1.090 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 113 129 20 7+950 0.015 0.500 25 0.050 11.08 11.08 1.009 1.00 263.63 301.71 349.83 385.52 420.95 20.00 0.75 0.79 0.82 0.84 0.86 471 539

3 DRENAJE

Una vez obtenidos los caudales de crecidas en los puntos de interés a lo largo del camino, estaparte del estudio está dedicado a la elección, diseño y/o verificación de las estructuras hidráulicasque permitirán el drenaje efectivo y seguro del agua que se produce como consecuencia de laslluvias en el área del proyecto.

A continuación se presenta el proceso de diseño de las obras de drenaje consideradas en elpresente proyecto.

3.1 DRENAJE TRANSVERSAL DEL CAMINO

El drenaje transversal a lo largo del camino se ha conseguido mediante la implementación dealcantarillas de tubos circulares de hormigón armado y alcantarillas cajón de sección rectangularde hormigón armado cuya función es proporcionar un medio para que el agua superficial queescurre por los cauces naturales de pequeña a mediana importancia, en forma permanente oeventual, pueda atravesar la plataforma del camino sin causar daños a ésta, riesgos al tráfico o ala propiedad adyacente. Generalmente, se considera a las alcantarillas como estructurasmenores, sin embargo, aunque su costo individual es relativamente pequeño, el costo total deellas es importante y por lo tanto debe darse especial atención a su diseño.

3.1.1 Alcantarillas

3.1.1.1 Elección del Tipo de Alcantarilla

Pueden llegar a estar disponibles numerosas formas de sección transversal. En general lasformas que podrían ser usadas incluyen alcantarillas circulares, cajón, elípticas y en arco, sinembargo, en particular, en nuestro medio las formas más comúnmente empleadas son lascirculares y las tipo cajón (sección rectangular). Para el material de la alcantarilla básicamenteexisten tres materiales; hormigón, aluminio corrugado y acero corrugado.

En el presente estudio para las alcantarillas se ha decidido la utilización de tubos circulares dehormigón armado prefabricado con diámetro mínimo de 1000 mm y secciones rectangulares(cajón) de dimensiones variables según los caudales requeridos por el diseño. Con relación aldiámetro mínimo elegido para las alcantarillas circulares es el más aconsejable ante la variabilidadde las precipitaciones pluviales registradas en los últimos años, además son más adecuados paraefectos de auto limpieza y aún de mantenimiento.

En la selección del tipo de alcantarilla se ha considerado los siguientes factores:

• Factores físicos y Estructurales • Durabilidad • Altura disponible para la alcantarilla

HIDROLOGIA Y DRENAJE

• Carga de tierra sobre ella • Condiciones de Apoyo • Rigidez de la alcantarilla • Resistencia al impacto • Tipo de terreno existente • Factores Hidráulicos • Caudal de diseño • Forma, pendiente y área del cauce • Velocidad de aproximación • Carga hidráulica total admisible • Arrastre de sedimentos • Condiciones de entrada y salida • Pendiente de la alcantarilla • Rugosidad del conducto • Longitud y tamaño de la alcantarilla • Sección transversal • Factores de Construcción y Mantenimiento • Accesibilidad del lugar • Disponibilidad de materiales • Costo de la Obra

3.1.1.2 Elementos de las Alcantarillas Diseñadas

Las alcantarillas circulares diseñadas para el drenaje transversal a lo largo del camino, en general,están formadas por los siguientes elementos; (1) la estructura de entrada, (2) la estructura desalida y (3) el tubo que conduce el agua, tal como se muestra la Figura 7.

ESTRUCTURA DE ENTRADA

ESTRUCTURA DE SALIDA PLATAFORMA DEL CAMINO

HºCº: H-21 50% P.D. HºCº: H-21 50% P.D. 0.47m

0.70m

Hº Pobre: H-5 e=5cm

TUBO DE CONDUCCION H°A°

Figura 7. Elementos de las Alcantarillas Circulares Diseñadas

HIDROLOGIA Y DRENAJE“ESTUDIO A DISEÑO FINAL CAMINO EMPEDRADO CENTRAL TODOS SANTOS” CONSULTORA BIA S.R.L.

Con relación a la estructura de entrada, se han diseñado todas del tipo cabezal-alero (CA). La estructura de entrada tipo cabezal-alero está formada por un muro de cabecera vertical, muros aleros a 36° con relación al eje de la tubería y dentellón para prevenir la socavación, también se ha previsto que las aristas sean ranuradas, ver la Figura 8.

Con relación a la estructura de salida, está compuesta de un muro de cabecera vertical, muros aleros a 36° con relación al eje de la tubería y dentellón, ver la Figura 9.

Como se dijo anteriormente, para la tubería, se ha elegido utilizar tubos de hormigón armado de 1000mm de diámetro.

El material elegido para las estructuras de ingreso y salida ha sido el hormigón ciclópeo con 50% de piedra desplazadora y una resistencia cilíndrica del hormigón simple a los 28 días de 210

kg/cm2.

ELEVACION LATERAL PLANTA ELEVACION FRONTAL

Figura 8. Estructura de Ingreso Tipo Cabezal-Alero (CA)

PLANTA ELEVACION FRONTAL

ELEVACION LATERAL

Figura 9. Estructura de Salida Tipo

HIDROLOGIA Y DRENAJE 24

Las aristas ranuradas que se han previsto en todas las estructuras de ingreso corresponden alenchufe que tienen los tubos de hormigón armado en uno de los extremos. Los muros cabeceraparten desde el dintel del tubo en forma vertical, los muros aleros a 36° con relación al eje de latubería ayunan a guiar el flujo a la alcantarilla, tanto los muros cabecera y los muros alero son deH°C° y no solo mejoran la eficiencia hidráulica sino además, retienen el material e impiden laerosión del terraplén, dan estabilidad estructural a los extremos de la alcantarilla al actuar comocontrapeso para una posible fuerza de empuje hacia arriba cuando la alcantarilla está sumergida,colaborando a evitar la cavitación.

Las alcantarillas cajón de hormigón armado de sección transversal rectangular diseñadas para eldrenaje transversal a lo largo del camino, en general, están compuestas por los siguienteselementos; (1) los muros aleros (aletas) con sus respectivas zapatas y (2) la alcantarilla desección transversal rectangular de hormigón armado compuesta de una losa en dintel, losa defundación, hastiales (muros verticales exteriores). Ver Figura 10.

Figura 10. Elementos de las Alcantarillas Cajón Diseñadas

3.1.1.3 Cálculo Hidráulico

El régimen hidráulico del escurrimiento en las alcantarillas es difícil predecir, sin embargo, existendos formas básicas, según la ubicación de la sección que controla hidráulicamente el flujo. Setrata del escurrimiento con control de entrada y aquél con control en la salida, teniendo cada unode ellos un método de cálculo particular. Un enfoque satisfactorio que se aplica comúnmente parael cálculo hidráulico de alcantarillas es determinar la profundidad del agua en la entrada para cadatipo de control; y luego adoptar el valor más alto de dicha profundidad, el cual indicará el tipo decontrol determinante.

En el diseño hidráulico se ha considerado las siguientes variables de diseño:

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Caudal de diseño, el cual ha sido determinado mediante el estudio Hidrológico detallado en elpunto 2 de este informe.

Carga Hidráulica en la Entrada, que corresponde a la altura del agua en la entrada medidadesde el punto más bajo. La alcantarilla al limitar el paso libre del agua, causará un aumento denivel hacia aguas arriba y en consecuencia puede ocasionar daños al camino o a las propiedadesvecinas. Se limitará la carga hidráulica máxima con el fin de proteger la vida de los usuarios,proteger la estabilidad del terraplén, no producir inundaciones a los terrenos adyacentes, protegerel curso de agua y las planicies adyacentes, no producir daños a la alcantarilla y al camino, nocausar interrupciones excesivamente prolongadas al tráfico y no sobrepasar los límites develocidad de agua recomendados en las alcantarillas y en el cauce a la salida. En este contexto,para el cálculo hidráulico de las alcantarillas se ha adoptado una carga máxima a la entrada igualal diámetro del tubo o altura total de la alcantarilla cajón más 0.3m para el caudal de diseño, ypara el caudal de verificación la carga máxima admisible será 0.3m menor que el borde exterior dela plataforma.

Altura de Agua a la Salida, corresponde a la profundidad del agua medida desde el punto másbajo de la alcantarilla en la sección de salida.

Velocidad en la Salida, esta velocidad es en general mayor que la velocidad de escurrimiento enel cauce natural y debe limitarse para evitar la socavación y erosión del cauce aguas abajo.

Forma de la Estructura de Entrada y Salida, influyen en las pérdidas de energía que seproducen en estas secciones. Para una alcantarilla con tubos de hormigón, muro cabecera ymuros aleros el coeficiente de pérdida de carga a la entrada se ha tomado igual a ke =0.20 y para

alcantarillas tipo cajón igual a ke = 0.50

Características del Tubo, incluyen la rugosidad, el largo, la pendiente, la forma y el tamaño deltubo. Se ha adoptado un coeficiente de rugosidad igual a 0.011 para tubos circularesprefabricados de hormigón armado (vaciados con formaletas metálicas), para las alcantarillascajón de hormigón armado vaciados in situ igual a 0.015 (vaciadas con formaletas de madera), ellargo necesario de los tubos alcanzan entre los 9.0 y 13.0 metros, la pendiente mínima deinstalación de los tubos será del 0.5% para las alcantarillas circulares y 0.1% para las alcantarillascajón, la sección transversal del tubo es circular con diámetro mínimo de 1000mm.

El cálculo hidráulico de las alcantarillas circulares, como alcantarillas cajón ha sido efectuado conla ayuda del programa CulvertMaster v.2.0, este programa emplea la metodología descrita en eldocumento denominado Hydraulic Design Series N° 5, Hydraulic Design of Highway Culverts(1985) preparado por U.S. Federal Highway Administración.

El cálculo hidráulico con el programa CulvertMaster v.2.0 mencionado anteriormente se hautilizado un mismo sistema de referencia de alturas para cada uno de los tipos de alcantarillas, demanera que se ha tomado en la solera del tubo aguas arriba una altura de referencia igual a “cerometros”, a partir de la cual se mide la altura máxima de agua

HIDROLOGIA Y DRENAJE

permitida a la entrada y la altura de la solera del tubo tanto aguas arriba como aguas abajo.

Después de varios cálculos realizados con el programa mencionado se ha llegado a la siguienteconclusión con relación a las alcantarillas circulares.

• Para las alcantarillas de 1 de 1000mm de diámetro independientemente del tipo de estructura de ingreso y salida e incluso la longitud del tubo, la capacidad de diseño se ha

calculado igual a 2.2 m3/s, ver Figura 11. • Para las alcantarillas de 2 de 1000mm de diámetro independientemente del tipo de

estructura de ingreso y salida e incluso la longitud del tubo, la capacidad de diseño se ha

calculado igual a 4.4 m3/s.

Figura 11. Capacidad Máxima Alcantarilla 1 de 1000mm

Con relación a las alcantarillas cajón de hormigón armado, en el presente proyecto se handiseñado 11 alcantarillas cuyas características se muestran en la Tabla 10.

Después de varios cálculos realizados con el programa mencionado se ha llegado a la siguienteconclusión con relación a las alcantarillas cajón.

• Para las alcantarillas cajón de 1.5m de luz y 1.0m de alto y longitudes de tubo entre 8.5 y

13.0 metros, la capacidad de diseño se ha calculado en 2.7 m3/s, ver Figura 12. • Para la alcantarilla cajón de 1.0m de luz y 1.0m de alto y longitud de tubo de 12.0, la

capacidad de diseño se ha calculado en 1.8 m3/s, ver Figura 13.

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Figura 12. Capacidad Máxima Alcantarilla Cajón de 1.5x1.0m

Tabla 10. Características Alcantarillas Cajón Diseñadas

ID PROGRESIVA

CARACTERISTICAS GEOMETRICAS

LUZ [m] ALTURA

[m] LARGO

[m]

ESPESORDE LOSAS

[m]

ESPESORHASTIALES

[m]

Nº DECELDAS

1 1+800 1.5 1.0 10.0 0.2 0.2 1 2 2+250 1.0 1.0 12.0 0.2 0.2 1 3 2+841 1.5 1.0 9.5 0.2 0.2 1 4 4+517 1.5 1.0 8.5 0.2 0.2 1 5 6+603 1.5 1.0 9.5 0.2 0.2 1 6 8+253 1.5 1.0 13.0 0.2 0.2 1 7 9+042 1.5 1.0 8.5 0.2 0.2 1 8 9+533 1.5 1.0 9.5 0.2 0.2 1 9 9+659 1.5 1.0 9.5 0.2 0.2 1 10 10+058 1.5 1.0 8.5 0.2 0.2 1 11 13+225 1.5 1.0 8.5 0.2 0.2 1

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Figura

13. Capacidad Máxima Alcantarilla Cajón de 1.0x1.0m

3.2 DRENAJE DE LA PLATAFORMA DEL CAMINO

El objetivo del diseño de las obras de drenaje de la plataforma es mantener el camino libre de inundaciones para la probabilidad de la precipitación de diseño y así evitar el impacto negativo de las mismas sobre la estabilidad, transitabilidad y durabilidad del camino.

3.2.1 Drenaje del Agua que Escurre Sobre la Plataforma

La eliminación del agua de la superficie del camino se efectúa por medio del bombeo en las secciones en tangente y del peralte en las curvas, provocando el escurrimiento de las aguas hacialas cunetas, ver Figura 14.

C

Superficie Original L

Talud deCorte 1/1 (H/V) Empedra

do e = 0.12 m CordonRelleno paraplataforma

3.0%

-3.0%

3.0%

-3.0%

Cuneta Excavada

Suelo Original

Figura 14. Sección Transversal Tipo en Tangentes

HIDROLOGIA Y DRENAJE 29

3.2.2 Cunetas

En la Figura 15 se muestra la sección transversal de la cuneta tipo no-revestida.

Figura 15. Sección Transversal Cuneta No Revestida

3.2.2.1 Diseño Hidráulico de Cunetas

Para el cálculo hidráulico de las cunetas es posible utilizar la ecuación de manning escrita de lasiguiente manera:

0.376 1.67 0.5 2.67

Q = SX SLT

n Donde:

a• Q : Caudal, m3/s

b• n : Coeficiente de Manning

c• T : Espeso de Agua, m

SX : Pendiente Transversal de la Cuneta, m/m S ×SX1 X2

SX = S + SX1 X2

SX1,SX2 : Pendiente transversal de las caras laterales de la cuneta, m/m

SL: Pendiente Longitudinal de la Cuentea, m/m

En la Tabla 11 se resume el proceso de cálculo para determinar la capacidad hidráulica de lasección transversal de la cuneta tipo no-revestida en función de una gama de pendienteslongitudinales.

HIDROLOGIA Y DRENAJE

Para determinar los caudales de aporte de las cunetas inicialmente se calcula lasintensidades de precipitación para distintos tiempos de concentración que varíandesde 10 a 60 minutos y para un periodo de retorno de 5 años (ver 2.2), dichasintensidades se muestran en la Tabla 12 y han sido obtenidas a partir de las curvasIDF desarrolladas en el punto 2.4.3 para la estación La Jota

Aplicando el método racional modificado del punto 2.5.1 es posible encontrar loscaudales que fluirán a través de las cunetas, para esto se ha considerado una franjade aporte de 30m adicionales a la plataforma del camino y un coeficiente deescorrentía calculado de la siguiente manera.

(P − P )( P + 23× P )d0d 0

C =)2

(Pd +11× P0 Donde:

Pd : Precipitación diaria de diseño igual a 263.63 para T=5 años.

HIDROLOGIA Y DRENAJETabla 12. Intensidades para el Cálculo de Cunetas

Tiempo deConcentración Tc

(min)

Intensidad I (mm/h)para T=5 Años

Estación La Jota 10 464.44 20 328.31 30 266.92 40 233.55 50 200.19 60 166.82

Tabla 11. Capacidad Hidráulica Cunetas No Revestidas

h (m) T (m) SL (m/m) SX1 (m/m) SX2 (m/m) SX (m/m) n Q (m3/s) 0.3 0.80 0.0001 1.00 0.50 0.33 0.03 0.011 0.3 0.80 0.005 1.00 0.50 0.33 0.03 0.078 0.3 0.80 0.010 1.00 0.50 0.33 0.03 0.110 0.3 0.80 0.020 1.00 0.50 0.33 0.03 0.156 0.3 0.80 0.030 1.00 0.50 0.33 0.03 0.191 0.3 0.80 0.040 1.00 0.50 0.33 0.03 0.221 0.3 0.80 0.050 1.00 0.50 0.33 0.03 0.247 0.3 0.80 0.060 1.00 0.50 0.33 0.03 0.270 0.3 0.80 0.070 1.00 0.50 0.33 0.03 0.292 0.3 0.80 0.080 1.00 0.50 0.33 0.03 0.312

P0 : Umbral de escorrentía, se asume igual a 20 mm

Entonces, se tiene:

(263.63− 20)( 263.63+ 23×20)

C = 2 = 0.75

(263.63+11×20)

A continuación se presenta los resultados del cálculo de los caudales de aporte para las cunetas.

Tabla 14. Caudales de Aporte en Cunetas TC=20 Minutos C= 0.75 Periodo de Retorno=5

años Duración= 20minutos

HIDROLOGIA Y DRENAJEHIDROLOGIA Y DRENAJE

Tabla 16. Caudales de Aporte en Cunetas TC=60 Minutos C= 0.75 Periodo de Retorno=5

años Duración= 60minutos Donde: I (mm/hr): Intensidad de Precipitación para un Periodo de Retorno de 5 años d1 (m): Longitud de aporte de la Vía d2 (m): Longitud de aporte del Talud Q1 (m3/s): Caudal aportante de Vía Q2 (m3/s): Caudal aportante de Talud Q (m3/s): Caudal Total

Longitud delTramo (m)

I (mm/h) d1 (m) d2 (m) Q1 (m/3/s) Q2 (m/3/s) Q (m3/s)

25 166.82 4.0 30 0.0035 0.0261 0.030 50 166.82 4.0 30 0.007 0.0521 0.059

100 166.82 4.0 30 0.0139 0.1043 0.118 150 166.82 4.0 30 0.0209 0.1564 0.177 200 166.82 4.0 30 0.0278 0.2085 0.236 250 166.82 4.0 30 0.0348 0.2607 0.295 300 166.82 4.0 30 0.0417 0.3128 0.354

Tabla 15. Caudales de Aporte en Cunetas TC=30 Minutos C= 0.75 Periodo de Retorno=5 años Duración=

30minutos

Longitud delTramo (m)

I (mm/h) d1 (m) d2 (m) Q1 (m/3/s) Q2 (m/3/s) Q (m3/s)

25 266.92 4.0 30 0.0056 0.0417 0.047 50 266.92 4.0 30 0.0111 0.0834 0.095

100 266.92 4.0 30 0.0222 0.1668 0.189 150 266.92 4.0 30 0.0334 0.2502 0.284 200 266.92 4.0 30 0.0445 0.3336 0.378 250 266.92 4.0 30 0.0556 0.4171 0.473 300 266.92 4.0 30 0.0667 0.5005 0.567

Longitud delTramo (m)

I (mm/h) d1 (m) d2 (m) Q1 (m/3/s) Q2 (m/3/s) Q (m3/s)

25 328.31 4.0 30 0.0068 0.0513 0.058 50 328.31 4.0 30 0.0137 0.1026 0.116

100 328.31 4.0 30 0.0274 0.2052 0.233 150 328.31 4.0 30 0.041 0.3078 0.349 200 328.31 4.0 30 0.0547 0.4104 0.465 250 328.31 4.0 30 0.0684 0.5130 0.581 300 328.31 4.0 30 0.0821 0.6156 0.698

Tabla 13. Caudales de Aporte en Cunetas TC=10 Minutos C= 0.75 Periodo de Retorno=5 años

Duración= 10minutos

Longitud delTramo (m)

I (mm/h) d1 (m) d2 (m) Q1 (m/3/s) Q2 (m/3/s) Q (m3/s)

25 464.44 4.0 30 0.0097 0.0726 0.082 50 464.44 4.0 30 0.0194 0.1451 0.164

100 464.44 4.0 30 0.0387 0.2903 0.329 150 464.44 4.0 30 0.0581 0.4354 0.493 200 464.44 4.0 30 0.0774 0.5805 0.658 250 464.44 4.0 30 0.0968 0.7257 0.822 300 464.44 4.0 30 0.1161 0.8708 0.987

ANEXOS HIDROLOGIA Y DRENAJE

ANEXO A: CERTIFICACIÓN DE PRECIPITACIONES EN 24 HORAS EMITIDAS POR SENAMH I

DATOS DE : PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 Hrs. (mm)

HIDROLOGIA Y DRENAJE

AÑO ANUAL1983 285.7 1984 245.0 1985 215.0 1986 251.2 1987 165.0 1988 390.0 1989 126.0 1990 193.5 1991 126.2 1992 241.8 1993 152.4 1994 266.3 1995 167.5 1996 149.0 1997 212.4 1998 190.0 1999 227.0 2000 211.5 2001 240.0 2002 193.4 2003 242.7 2004 240.4 2005 360.4 2006 135.6 2007 192.0

Estación: La Jota Latitud Sud: 16º 59' 42" Departamento: Cochabamba Longitud Oeste: 65º 10' 17" Provincia: Carrasco Altura m/s/n/m: 254

Estación: Chipiriri Latitud Sud: 16º 52' 24" Departamento: Cochabamba Longitud Oeste: 65º28' 58" Provincia: Chapare Altura m/s/n/m: 260

DATOS DE : PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 Hrs. (mm)

HIDROLOGIA Y DRENAJE

AÑO ANUAL1982 210.5 1983 204.0 1984 222.0 1986 195.1 1987 250.0 1988 218.2 1989 173.2 1990 180.0 1991 129.6 1992 230.0 1993 223.0 1994 250.0 1995 229.0 1996 158.0 1997 168.0 1998 180.0 1999 350.0 2000 160.0 2001 212.0 2002 158.7 2003 183.0 2004 156.0 2005 212.0 2006 209.0 2007 240.0

ANEXO B: DELIMITACIÓN DE AREAS TRIBUTARIAS

HIDROLOGIA Y DRENAJE