Estudio Hidrologia y Drenaje

7/25/2019 Estudio Hidrologia y Drenaje

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ESTUDIO DE HIDROLOGIA Y DRENAJEProyecto:Mejoramiento de la Carretera (PU 116) Huancan - Acocollo, Distrito de

Huancan Provincia de Huancan - Puno

22/10/2012

GOBIERNO REGION L PUNO

Gerencia General Regional

Pontn 01Km 1+469


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Oficina Regional de Estudios y Proyectos

Mejoramiento y rehabilitacin de la carretera Huancan - Accoccollo

RESUMEN

El presente reporte proporciona la informacin respecto al Estudio Hidrolgico realizado en el mbito

del proyecto denominado Mejoramiento de la carretera (PU 116) Huancan Acocollo, Distrito de

Huancane, Provincia de Huancane - Puno.

El Estudio Hidrolgico, nos permite conocer los caudales mximos de diseo a partir de los datos de

precipitacin, con el fin de realizar un adecuado diseo de las obras de arte. Para determinar las

avenidas de diseo se han utilizado los datos pluviomtricos de la estacin meteorolgica de Huancan,

con una longitud de registro histrico de 45 aos, as mismo para la clasificacin climtica de la zona

de estudio se han utilizado los datos de precipitacin media mensual, Temperatura (media, mxima y

mnima),humedad relativa, evaporacin, horas de sol y viento (velocidad y direccin).

Con la finalidad de que la informacin disponible de precipitacin media mensual sea confiable, se ha

realizado el respectivo anlisis de consistencia solo para la precipitacin media mensual, por lo que

dicha informacin histrica es libre de saltos y tendencias. Despus de realizado el tratamiento de la

informacin se ha completado los datos faltantes, tanto de las precipitaciones medias mensuales y la

precipitacin mxima en 24 horas, con el programa Hec-4 (MonthlyStreamflowSimulation), desarrollado

por el HidrologicEngineering Center de los Estados Unidos de Amrica.Cabe recalcar que para las

precipitaciones mximas en 24 horas no es necesario realizar el anlisis de consistencia debido a que

son datos aleatorios.

El anlisis de frecuencia de la precipitacin mxima en 24 horas, se ha realizado utilizando el Software

hidrolgico para eventos extremos FLFREQ, de este anlisis se seleccion la distribucin Gumbel por

presentar menor porcentaje de error respecto a las otras distribuciones tericas, con la distribucin

terica seleccionada se ha obtenido las precipitaciones mximas en 24 horas para 1.25, 2, 5, 10, 20,

50, 100 y 200 aos de periodo de retorno, luego de este anlisis se procedi a realizar el clculo de la

curva Intensidad Duracin Periodo de retorno, utilizando los modelos de Bell y Yance Tueros y

finalmente la estimacin de caudales mximos de diseo se realiz mediante el mtodo Racional. Estos

ltimos resultados obtenidos, se emplearn para el diseo de las obras de arte existentes en el tramovial.


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1.ASPECTOS GENERALES

1.1.

INTROCUCCION

En este apartado se definen los parmetros hidrolgicos as como el procedimiento de clculo a utilizarparaobtener los caudales a desaguar por cada obra de drenaje. El paso previo ms importante paradisear una obrade drenaje es el establecimiento del caudal de diseo. Este caudal puede definirsecomo el caudal mximo quepuede circular por una obra de desage sin riesgo alguno para lainfraestructura ni interrupcin del servicio.

Todo proceso de construccin de una carretera lleva consigo la interaccin de sta y susinfraestructuras con el medio natural y en particular con la red natural de escorrenta y drenaje. Porello es necesario conocer el caudal de lluvia aportado por cada cuenca con el fin de disearcorrectamente sus obras de arte en el transcurso de su recorrido, tambin es necesario conocer lascaractersticas hidrolgicas de todas las cuencas, en especial su coeficiente de escorrenta y el tiempode concentracin en el punto donde desagua de forma natural dicha cuenca.

El presente estudio hidrolgico tiene por finalidad determinar los caudales mximos de diseo, a partirde un anlisis de frecuencia de las precipitaciones mximas en 24 horas registradas en las estacionespluviomtricas que influyen la zona de estudio.

En cuanto al clculo mximas avenidas nos encontramos generalmente frente a dos situaciones: Primercaso, en que el ro o fuente de agua cuenta con una serie de datos de caudales histricos y el Segundocaso es, en que la fuente de agua no tiene datos histricos de caudales. Como en este caso no secuenta con la informacin histrica de caudales se tomar en cuenta el segundo caso, por lo que sedeterminar los caudales mximos de diseo, mediante un Modelo Hidrolgico de Precipitacin -Escorrenta.

1.2.

ANTECEDENTES

Como parte preliminar para el inicio del desarrollo del presente estudio, se ha revisado los estudiosantecedentes en la cuenca Huancan, a continuacin se muestran los estudios realizados porinstituciones y universidades.

ALT (Autoridad Binacional Autnoma del Sistema Hdrico TDPS): Disponibilidad hdrica de lascuencas afluentes al lago Titicaca, Puno 2005.

Carlos Nina Castro: Balance Hdrico de la Cuenca del Rio Huancan, Tesis de Grado, Facultadde Ingeniera Agrcola, Universidad Nacional del Altiplano, Puno, 2008.

Efran Lujano Laura: Estudio hidrolgico de la cuenca del ro Huancan, Informe de prcticas

pre-profesionales, Administracin Local de Agua Huancan, Facultad de Ingeniera Agrcola -UNA-Puno, 2010.


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1.3. JUSTIFICACION

El presente reporte, proporciona la informacin bsica con respecto al estudio desarrollado ytrabajo de

campo realizado con el fin de identificar y determinar los caudales mximos para las diferentes obrasde arte que atraviesan el tramo de la va en estudio.

Los resultados obtenidos, permitir conocer de la informacin necesaria para realizar un diseoadecuado delas obras de arte (Pontones, alcantarillas, cunetas, etc.), los cuales cumplirn lasfunciones de evacuar las aguas pluviales y as prevenir los daos que puedan ocasionar en la va a causade las fuertes avenidas que se producen en tiempos de lluvia.

1.4.

OBJETIVO

El presente estudio tiene los siguientes objetivos:

1.4.1.

Objetivo general

Realizar el estudio hidrolgico de la carretera Huancan Acocollo.

1.4.2.

Objetivos Especficos

Delimitar las Unidades Hidrogrficas que interceptan la va proyectada

Determinar los parmetros geomorfolgicos de las Unidades Hidrogrficas.

Determinar los caudales mximos de diseo para los diferentes puntos de inters.

1.5. METODOLOGIA

La metodologa a seguir para lograr los objetivos del presente estudio, es la siguiente:

Fase I: Trabajos de Campo

Reconocimiento de las unidades hidrogrficas en campo.

Identificacin y ubicacin de las obras de arte.

Ubicacin de puntos de control para delimitar las Unidades Hidrogrficas.

Evaluacin de las estacineshidrometeorolgicas.

Fase II: Trabajos de Gabinete

Procesamiento, anlisis y depuracin de la informacin meteorolgica recopilada.

Delimitacin de las Unidades Hidrogrficas.

Elaboracin de mapas temticos de las unidades hidrogrficas.

Anlisis de eventos extremos.

Redaccin del estudio hidrolgico.

Herramientas utilizadas en el presente estudio: Microsoft office, software ARGIS 10, software WRPLOT,

software hidrolgico Hec4 para la completacin de la informacin meteorolgica, software FLFREQpara el anlisis de frecuencia de precipitaciones mximas en 24 horas.


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1.6. INFORMACIN BSICA

Para la elaboracin del presente estudio se ha recurrido bsicamente a la informacin cartogrfica ymeteorolgica (pluviomtrica y climatolgica) y estudios antecedentes. A continuacin se detalla cada

una de estas informacionesen forma breve.

1.6.1.

Informacin cartogrfica

Se utiliz la siguiente informacin cartogrfica:

Carta Nacional (Huancan 31x) a escala 1/100,000 del Instituto Geogrfico Nacional (IGN)digitalizado bajo el entorno de SIG con equidistancia mnima entre curvas de nivel de 50m.

Imagen satelital Landsat TM.

1.6.2. Informacin meteorolgica

Los datos meteorolgicos se utilizarn de la estacin Huancan por ser la ms cercana a la zona deestudio, controlada por el SENAMHI Puno.

La informacin meteorolgica, de precipitacin (total mensual y mxima en 24 horas), temperatura(media, mxima y mnima), humedad relativa, evaporacin, horas de sol y viento (velocidad ydireccin); se ha recopilado de la estacion Huancan.

La ubicacin, caractersticas y longitud de registro histrico de lasvariables meteorolgicas de laestacin utilizada en el presente estudio, se presentan en los siguientes cuadros.

Cuadro N 1.1 Caractersticas fsicas de la estacin meteorolgica

Estacin Huancan

N Estacin Tipo

Ubicacin Poltica Ubicacin Geogrfica

PropietarioDistrito Prov. Dpto.

Latitud Longitud UTM (m) Altitud(msnm)Sur Oeste Este Norte

1 Huancan CO Huancan Huancan Puno 1512'24.8" 6945'29.7" 417973 8319186 3840 Senamhi

Cuadro N 1.2 Longitud de registro histrico de las variables meteorolgicasEstacin Huancan


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2.DESCRIPCIN GENERAL DEL AREA DE ESTUDIO

2.1. UBICACIN GEOGRFICA

La zona de estudio se encuentra ubicada entre las coordenadas UTM (WGS 84).

Kilmetro 0+000

Este : 417229.36

Norte : 8319848.87

Altitud : 3821.90

Kilmetro 7+991.47

Este : 411766.63

Norte : 8325319.62

Altitud : 3844.34

2.2. UBICACIN POLTICA

La zona de estudio polticamente se encuentra ubicado en:

Departamento : Puno

Provincia : Huancan

Distrito : Huancan

El presente tramo comprende el estudio hidrolgico de la carretera Huancan Acocollo, del Kilmetro0+000 al Kilmetro 7+991.47.

2.3.

ACCESIBILIDAD Y VAS DE COMUNICACIN

Los principales ejes de vas de acceso a la zona de estudio, desde la ciudad de Puno, es la siguiente:

1) Puno Paucarcolla Caracoto Juliaca Samn Taraco Huancan Km 0+000.

2) Puno Paucarcolla Caracoto Juliaca Samn Taraco Acocollo Km 7+991.47.

La primera ruta es accesible al inicio del tramo proyectado (Km 0 + 000), la segunda es accesible alfinal del tramo proyectado (km 7+991.47).

En el Mapa N 2.1 se muestra las dos (02) vias de acceso desde la ciudad de Puno.


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Cuadro N 2.1 Distancia de las vas de acceso Primera ruta

Tramo Distancia (Km) Tipo de va

Puno

Paucarcolla 14.71 Asfaltada

Paucarcolla - Caracoto 20.28 Asfaltada

Caracoto - Juliaca 9.10 Asfaltada

Juliaca - Samn 25.94 Asfaltada

Samn - Taraco 5.21 Asfaltada

TaracoHuancanKm 0+000 27.02 Asfaltada

Cuadro N 2.2 Distancia de las vas de acceso Segunda ruta

Tramo Distancia (Km) Tipo de va

PunoPaucarcolla 14.71 Asfaltada

Paucarcolla - Caracoto 20.28 Asfaltada

Caracoto - Juliaca 9.10 Asfaltada

Juliaca - Samn 25.94 Asfaltada

Samn - Taraco 5.21 Asfaltada

TaracoDesvo HuancanPutina 18.39 Asfaltada

Desvo HuancanPutinaKm7+991.47 (Acocollo)

11.32 Asfaltada


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Mapa N 2.1 Vias de acceso


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Mapa N 2.2 Ubicacin geogrfica


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Mapa N 2.3 Ubicacin poltica


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Figura N 2.1 Via proyectada Huancan - Acocollo

2.4. DELIMITACIN HIDROGRFICA DE LAS MICROCUENCAS

Con el uso de la carta nacional a escala de 1:100,000 y con la ayuda de imagen satelital Landsat TM, seprocedi a delimitar las microcuencas utilizando el programa ArcGIS 10, en el cual setraz el parteaguas quedando as delimitado en su totalidad el permetro de la cuenca.

De la tabla N 2.1 segn el rango propuesto, las unidades hidrogrficas delimitadas en la zona delproyecto sus reas de drenaje son menores que 10 Kilmetros cuadrados, por lo que lo que sondenominadas microcuencas.

Tabla N 2.1 clasificacin superficial de una unidad hidrogrfica

Unidad hidrogrfica rea (Km2)

Microcuenca hasta 100

Subcuenca 101 - 700

Cuenca ms de 700

2.4.1.

Descripcin de las microcuencas

Es toda el rea de drenaje menor a 100 km2, cuyas aguas concurren a un punto de salida, en otraspalabras se puede decir que es el rea que contribuye a la escorrenta y que proporciona todo o partedel flujo del cauce principal y sus tributarios.

FIN DE VIAACCOCCOLLO KM 8+106

INICIO DE VIAHUANCANE KM 0+000


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2.5. GEOMORFOLOGIA

2.5.1.

Generalidades

La geomorfologaes la rama de la geografa fsica que estudia de manera descriptiva y explicativa elrelieve de la Tierra, el cual es el resultado de un balance dinmico - que evoluciona en el tiempo -entre procesos constructivos y destructivos, dinmica que se conoce de manera genrica como ciclogeomorfolgico.

Morfologa de la cuenca.- La morfologa de una cuenca queda definida por su forma, relieve ydrenaje, para lo cual se han establecido una serie de parmetros, que a travs de ecuacionesmatemticas, sirven de referencia para la clasificacin y comparacin de las cuencas. Para un mejorenfoque sobre el estudio de las cuencas se establece los parmetros de forma, parmetros de relieve yparmetros de la red hidrogrfica, generalmente.

Las caractersticas fsicas desempean un papel esencial en la respuesta hidrolgica de una cuencahidrogrfica. Recprocamente, el carcter hidrolgico de la misma contribuye considerablemente a

formar sus caractersticas fsicas. Entonces, esta interrelacin debera suministrar la base para predecircuantitativamente la respuesta hidrolgica, a partir de aquellos parmetros fsicos que son fciles demedir.

En el presente estudio solo se determinaran alguno de los parmetros de forma y parmetros de la redhidrogrfica, debido a que son los de mayor importancia apara la determinacin del caudal mximo.

2.5.2. Parmetros geomorfolgicos

En lo que respecta a los parmetros geomorfolgicos de las microcuencas, asociados a su capacidad derespuesta a la precipitacin en forma de escorrenta superficial, se tiene como principales parmetrosque contribuirn para determinar las mximas avenidas de cada microcuenca encontrada en el rea deestudio, tales como son: el rea de drenaje, longitud, cota mxima, cota mnima y pendiente del

cauce principal.

2.5.2.1.

rea (A)

El rea de la cuenca o rea de drenaje es el rea cerrada que est comprendido dentro del lmite odivisoria de agua (divortium aquarum). El rea de una unidad hidrogrfica, es el elemento bsico parael clculo de las otras caractersticas fsicas y es determinado normalmente con planmetro yexpresado en kilmetros o hectreas. Es importante mencionar que las cuencas hidrogrficas con lamisma rea pueden tener comportamientos hidrolgicos completamente distintos en funcin de losotros factores que intervienen.

Su importancia radica en las siguientes razones:

Es un valor que se utilizar para muchos clculos en varios modelos hidrolgicos.

Para una misma regin hidrolgica o regiones similares, se puede decir que a mayor reamayor caudal o viceversa.

Bajo las mismas condiciones hidrolgicas, cuencas con reas mayores producen hidrgrafascon variaciones en el tiempo ms suaves y ms llanas. Sin embargo, en cuencas grandes, sepueden dar hidrgrafas picudas cuando la precipitacin fue intensa y en las cercanas,aguas arriba, de la estacin de aforo.

El crecimiento del rea acta como un factor de compensacin de modo que es ms comndetectar crecientes instantneas y de respuesta inmediata en cuencas pequeas que en lasgrandes cuencas.


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El area de drenaje de las microcuencas que interceptan el tramo en estudio oscilan entre2.1 a2204.5hectareas, este parmetro nos servir para determinar el caudal de diseo de las obras de arte.

2.5.2.2.

Permetro

Es la longitud de la lnea de divortium aquarum. Se mide mediante el curvmetro o directamente seobtiene del Software en sistemas digitalizados.

2.5.2.3.

Longitud del cauce principal (L)

Es la longitud de mayor de recorrido que realiza el ro, desde la cabecera de la cuenca, siguiendotodos- los cambios de direccin o sinuosidades, hasta un punto fijo de inters, puede ser una estacinde aforo o desembocadura, expresado en unidades de longitud.

La longitud del cauce principal en las microcuencas encontradas en la zona del proyecto varian de143.8 a 9273.7 metros.

2.5.2.4.

Pendiente del cauce principal (S)El agua de lluvia se concentra en los lechos fluviales despus de escurrir superficialmente ysubterrneamente por la superficie de la cuenca en direccin a la desembocadura o salida. Lapendiente del curso de agua influye en los valores de descarga de un rio de forma significativa, pues lavelocidad con que la contribucin de la cabecera alcanza la salida depende de la pendiente de loscanales fluviales. As, cuanto mayor la pendiente, mayor ser la velocidad de flujo y ms pronunciadosy estrechos los hidrogramas de avenidas.

La pendiente media del cauce principal, segn TAYLOR Y SCHUWARZ es la relacin entre la diferenciade alturas y la longitud del curso principal.

2.1

Donde:

S = pendiente media del cauce principal (m/m).

L = longitud del cauce principal (m).

mM H,H = altura mxima y mnima del lecho del ro principal, referidos al nivel medio de

las aguas del mar (msnm).

En el Cuadro N 2.4, se muestran los principales parmetros morfolgicos de las microcuencas (Mc)encontradas en la zona de estudio, los cuales servirn para la determinacin de los caudales de diseode las obras de arte.

Las superficies delimitadas, corresponden a la superficie de la misma proyectadaen un planohorizontal; en el cual escurre las precipitaciones fluviales formando laescorrenta superficial.

L

HH

S

mM


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Cuadro N 2.4 Parmetros morfolgicos de las microcuencas

3.

CLIMATOLOGA

El ao se divide en cuatro estaciones astronmicas en funcin de la actividad atmosfricay de lacirculacin de masas de aire, no obstante desde el punto de vista climatolgico, la zona de estudiotiene una estacin hmeda (Diciembre a Marzo), otraseca (Mayo a Agosto) y dos periodos de transicin(Septiembre - Noviembre y Abril).

En la estacin primavera (Septiembre-Noviembre), verano (Diciembre-Febrero), otoo(Marzo-Mayo) einvierno (Junio-Agosto); el viento dominante viene del Norte Estegeneralmente.

Otro aspecto localizado sobre la regin es la anomala depresionaria provocada por elfuertecalentamiento del suelo rido. En efecto, la altitud media es en torno a 4,300msnm. Y la presin media

es de 650 mb. Esta situacin provoca fuertes movimientosconvectivos, a la que se aade la humedadproducida por la evaporacin del lagoTiticaca, da como resultado la formacin de grandes nubescmulus y cumulunimbossobre la regin.

Los principales parmetros climticos que definen o caracterizan el clima en una zona, es la siguiente:precipitacin, temperatura, humedad relativa y evaporacin;son los de mayor importancia en cuanto ala tipificacin o caracterizacin de laclimatologa. Estos parmetros provienen del registrohistrico dela estacion meteorolgica deHuancan, instaladaen la cercania de la zona de estudio.Esta estacion esta cargo del Servicio Nacional deMeteorologa e Hidrologa (SENAMHI)-Puno.

La informacin utilizada en el presente estudio, para caracterizar el clima en la zona delproyecto,corresponde a la estacion de Laraqueri. Los parmetros analizadosson: precipitacin, temperatura,humedad relativa, evaporacin, horas de sol y viento.

De acuerdo a la evaluacin climatolgica, los factores ms importantes del clima songeneralmente laaltitud y la latitud, ellos definen las caractersticas particulares del clima,el efecto orogrfico y lasamplias oscilaciones de temperatura y los fuertes vientos.

3.1.

PARMETROS CLIMATOLGICOS

3.1.1. Precipitacin

La precipitacin es la fase del ciclo hidrolgico que da origen a todas las corrientes superficiales yprofundas, debido a lo cual su evaluacin y el conocimiento de su distribucin, tanto en el tiempocomo en el espacio, son problemas bsicos en hidrologa.

Longitud (L)m

Altura mxima (HM)m.s.n.m.

Altura mnima (Hm)m.s.n.m.

Pendiente (S)(%)

Mc 01 0+166 5.5 464.5 3912.0 3820.7 19.7

Mc 02 0+323 2.5 221.3 3876.0 3819.9 25.3

Mc 03 0+442 13.7 490.4 3910.0 3819.7 18.4

Mc 04 0+726 2.1 143.8 3856.0 3818.3 26.2

Mc 05 1+469 2204.5 9273.7 4117.0 3814.8 3.3

Mc 06 3+439 111.4 2508.9 3846.0 3816.4 1.2

Mc 07 3+635 36.3 978.3 3840.0 3817.1 2.3

Mc 08 5+212 115.9 1993.4 3897.0 3823.0 3.7

Mc 09 5+547 73.7 2067.9 3976.0 3822.2 7.4

Mc 10 6+480 94.5 2113.2 4002.0 3822.1 8.5

Mc 11 6+992 157.9 2409.7 4033.0 3823.4 8.7

Microcuenca

Desembocadura

Progresiva

Area de

influenciaHas

Caractersticas del cauce principal


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Se le puede llamar precipitacin a cualquier tipo de agua que cae de las nubes sobre la superficie de latierra, ya sea en estado slido o en estado lquido, esto incluye lluvia, llovizna, nieve, granizo,generalmente, menos la neblina y roco.

La precipitacin se considera como la primera variable hidrolgica y es la entrada natural de aguadentro del balance hdrico de los agro-ecosistemas y de las cuencas hidrogrficas.

Las pequeas gotas de agua que forman las nubes son de dimensiones tan diminutas que se necesitareunir unos cuantos de cientos de miles de estas gotitas para formar una gota de llovizna, y variosmillones para formar una gota grande de lluvia, [Fuentes 1989].

3.1.1.1.

Rgimen de la precipitacin estacional

Las caractersticas estacionales del clima en la zon a de estudio, se manifiestan principalmente en lavariacin del rgimen de las precipitaciones. Se sabe que las especies entre las que son pastosnaturales, no solo son afectados por la poca precipitacin anual, sino tambin por su irregulardistribucin a lo largo de todo el ao.

En el Cuadro N 3.1, se presenta el promedio multimensual de la precipitacin total mensualcorrespondiente al periodo 1965 2009 de la estacion meteorolgicaHuancan, de igual manera enelGrfico N 3.1, se aprecia la uniformidad de variacin de la precipitacin, lo que demuestra elcarcter estacional de la precipitacin en la zona de estudio.

El comportamiento estacional de la precipitacin de la estacion meteorolgica considerada en elpresente estudio, de acuerdo a los periodos de lluvia, invierno ymeses de transicin, se detallan acontinuacin al respecto de su totalidad, de lasiguiente forma:

El perodo de lluvias de mayor magnitud comienza a partir del mes de Diciembre y seprolonga hastaMarzo, para lo cual corresponde el 68.5%, de laprecipitacion total anual.

El perodo seco (invierno), comprende los meses de Mayo a Agosto, las precipitacionescon sus mnimosvalores llegan a ser del 4.5%,de laprecipitacion total anual.

Los meses transitorios corresponden a Abril, Setiembre - Noviembre, lo cual representan el 26.9%, de laprecipitacion total anual.

Cuadro N 3.1 Precipitacin total mensual Promedio multimensual (1965 2009)Estacin Huancan

EstacinAltitud(msnm)

Meses TotalAnualEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Huancan 3840 139.8 108.0 101.7 41.1 11.0 5.1 4.0 10.1 27.3 47.5 64.0 108.3 668.1


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Grfico N 3.1 Variacin mensual de la precipitacin Promedio multimensual (1965 2009)Estacin Huancan

Cuadro N 3.2Porcentaje de variacin de la precipitacin total mensual (%)Estacin Huancan


Meses TotalAnualEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Huancan 3840 20.9 16.2 15.2 6.2 1.6 0.8 0.6 1.5 4.1 7.1 9.6 16.2 100

Grfico N 3.2 Distribucin del Porcentaje de variacin de la precipitacin total mensualEstacin Huancan

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

10.1

27.3

47.5

64.0

108.3

139.8

108.0101.7

41.1

11.0 5.14.0

Precipitacin(mm)

Tiempo (meses)

Ene

20.9%

Feb

16.2%

Mar

15.2%

Abr

6.2%

May

1.6%

Jun

0.8%

Jul

0.6%

Ago

1.5%

Sep

4.1%

Oct

7.1%

Nov9.6%

Dic

16.2%


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3.1.1.2. Rgimen de la precipitacin total anual

La precipitacin es una de las variables climticas ms importantes que influyen en laproduccin

agrcola, puesto que la precipitacin pluvial, es normalmente, la nica fuentede humedadproporcionada al suelo.

La precipitacion total anual de 45 aos de registro varia en un rango de 358.6 mm a 956.0 mm, el valorms bajo de la serie justifica que en ese ao ocurri una sequia intensa por lo que se registr dosepisodios de sequia extremadamnete seco (1982-1983), segn la estimacin a travs de la suma delIndice de Precipitacin Estandarizada (IPE), realizados en otros estudios de la region.

La informacin pluviomtrica utilizada en el presente estudio proviene de 45 aos de registro histricode la estacion meteorolgica Huancan. En el cuadro N 3.3, se muestra la precipitacion total de cadaao hidrolgico de las cuales tiene un promedio totalanual de 668.1 mm, lo que significa que es unazona con lluvias normales.

Cuadro N 3.3 Precipitacin total anual (mm) Estacin Huancan

N Ao Total Anual N Ao Total Anual

1 1965 719.8 24 1988 902.0

2 1966 643.2 25 1989 660.2

3 1967 545.3 26 1990 616.1

4 1968 821.2 27 1991 719.0

5 1969 544.5 28 1992 616.8

6 1970 702.3 29 1993 678.8

7 1971 477.4 30 1994 669.0

8 1972 625.1 31 1995 522.6

9 1973 645.9 32 1996 654.110 1974 593.5 33 1997 799.1

11 1975 717.7 34 1998 572.1

12 1976 358.6 35 1999 592.7

13 1977 550.3 36 2000 539.8

14 1978 950.7 37 2001 851.1

15 1979 665.3 38 2002 955.7

16 1980 714.8 39 2003 756.7

17 1981 956.0 40 2004 697.2

18 1982 602.8 41 2005 606.1

19 1983 392.9 42 2006 620.7

20 1984 660.5 43 2007 698.4

21 1985 952.3 44 2008 585.422 1986 879.4 45 2009 433.3

23 1987 596.1

Valor mximo de la serie 956.0 mmValor mnimo de la serie 358.6 mmPromedio total anual 668.1 mmDesviacin estndar 144.4 mm


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Grfico N 3.3 Precipitacin total anual (mm) Estacin Huancan

3.1.2.

Temperatura del aire

La temperatura del aire en la superficie es la temperatura comprendida entre 1.25 y 2 metros, sobre elnivel del suelo y es diferente a la temperatura del suelo. Generalmente se admite que estatemperatura es representativa de las condiciones a que estn sometidos los seres vivos en la superficiede la tierra.

La temperatura expresa numricamente el efecto que produce en los cuerpos el calor originado por elbalance entre la radiacin emitida y recibida. El aire se calienta o enfra a partir del suelo por distintosmtodos de transmisin y por los cambios de estado fsico del agua atmosfrica.

Los registros de temperatura utilizados en el presente estudio es la informacin recopilada y adquiridade la institucionde la regin SENAMHI. La longitud de registro de temperaturas es de 45 aos,generalmente.

Es necesario subrayar que, la temperatura constituye un factor limitativo para el desarrollo de lasplantas y en consecuencia de la agricultura, por lo que el estudio de estavariable merece una especialatencin.

La temperatura del aire de la estacin meteorolgica considerada en el presenteestudio, semanifiestan de tres niveles, como temperatura media, temperatura media delas mximas diarias ytemperatura media de las mnimas diarias, que en adelante sedetalla cada una de ellas.

3.1.2.1. Rgimen de temperaturas medias

Es la temperatura promedio de un periodo dado. En rigor, para poderla calcular, se necesitaradisponer de un registro continuo de la temperatura o de observaciones espaciadas regularmente en eltiempo en cantidad suficiente. En la prctica, se utiliza la media entre la Temperatura mxima y lamnima, o el promedio entre las temperaturas tomadas a intervalos regulares. Para dar un valor serequiere ms de dos datos en ausencia de Temperatura mxima y Temperatura mnima.

Debido a las diferencias de altitud, exposicin a los vientos y al sol, existen algunas variaciones en ladistribucin de la temperatura media del aire en la zona de estudio. En toda la regin las temperaturas

medias ms bajas se producen en el mes de Julio, mientras que las ms elevadas se registran en losmeses de Noviembre a Marzo, por lo general centradas en noviembre y diciembre.

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

900.01000.0

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

Precipitacin(mm)

Tiempo (Aos)


19/60





Del cuadro N 3.4, se observa que la temperatura media varia de 4.5 C a 9.5 C y un valor promedioanual de 7.7 C.

Cuadro N 3.4Temperatura media mensual (C) - Promedio multimensual

Estacion Huancan


Meses PromedioanualEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Huancan 3840 9.3 9.3 9.0 8.1 6.3 4.9 4.5 5.7 7.5 8.9 9.5 9.5 7.7

Grfico N 3.4Variacin mensual de la Temperatura media (C) Promedio MultimensualEstacin Huancan

3.1.2.2.

Rgimen de temperaturas mximas

Es la temperatura mas alta registrada durante un periodo determinado, la temperatura mxima,vendra a ser en este caso, la temperatura media de las mximas diarias a nivel mensual.

En el Cuadro N 3.5, se verifica que durante el ao la mayor temperatura mxima se registra en el mesde Noviembre al igual que la temperatura media.

El gradiente trmico para la temperatura mxima promedio de la regin corresponde a 0.51C por cada100 m de desnivel.

Cuadro N 3.5 Temperatura mxima media mensual (C) - Promedio multimensualEstacion Huancan


Meses PromedioAnualEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Huancan 3840 14.5 14.6 14.5 14.8 14.7 14.1 13.9 14.5 15.2 15.8 16.0 15.4 14.8

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0


9.3 9.3 9

8.1

6.3

4.94.5

5.7

7.5

8.99.5 9.5

Temperatura(C)

Tiempo (meses)


20/60





Grfico N 3.5Variacin mensual de la Temperatura mxima (C) Promedio MultimensualEstacin Huancan

3.1.2.3.

Rgimen de temperaturas mnimas

De forma anloga a la temperatura mxima, la temperatura mnima es la temperatura mas bajaregistrada durante un periodo, tenindose en cuenta toda la informacin disponible.

La temperatura mnima, vendra a ser en este caso, la temperatura media de las mnimasdiarias a nivelmensual.

En el Cuadro N 3.6, se verifica que durante el ao la temperatura ms baja se registra en el mes deJulio (-4.9 C), lo que significa que es mes con mas frecuencia de heladas seguida del mes de junio yaumentadose la temperatura en los meses de agosto, septiembre y Octubre.

Cuadro N 3.6 Temperatura mnima media mensual (C) - Promedio multimensualEstacin Huancan

EstacinAltitud

(msnm)

Meses Promedio

AnualEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Huancan 3840 4.1 4.0 3.4 1.6 -2.1 -4.3 -4.9 -3.1 -0.2 1.9 2.9 3.6 0.6

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

16.0


14.5 14.6 14.5

14.8 14.7

14.113.9

14.5

15.2

15.8 16

15.4

Temperatura(C)

Tiempo (meses)


21/60





Grfico N 3.6Variacin mensual de la Temperatura mnima (C) Promedio MultimensualEstacin Huancan

3.1.3. Humedad Relativa

Es la humedad que contiene la masa de aire, en relacin con la mxima humedad absoluta que podraadmitir sin producirse la condensacin, conservando las mismas condiciones de temperatura y presinatmosfrica. Tambin se define como el porcentaje de saturacin del aire con vapor de agua. El factordeterminante de la humedad relativa es la temperatura, el cual permite saber cunto de vapor de agua

hay en la atmsfera. Se expresa en porcentaje.

A una temperatura dada, la presin parcial del vapor de agua en el aire no puede superar un ciertovalor, llamado tensin de vapor saturante. La humedad relativa es el tanto por ciento de la tension devapor existente en ralacin con ese mximo. Si hay saturacin, la humedad relativa ser del 100% (y latemperatura del punto de roco se iguala a la temperatura del aire). Cuando hay niebla el aire estsaturado de humedad

En nuestro pas, el SENAMHI realiza tres mediciones por da (a las 07, 13 y 19 horas), las temperaturasbulbo hmedo y seco. Con la ecuacin de la humedad relativa se calcula para cada hora y con elpromedio de las tres mediciones se obtiene la humedad relativa media diaria, de igual forma elpromedio mensual se obtiene de las humedades relativas diarias correspondientes.

En el Cuadro N 3.7 se verifica que durante el ao la menor humedad relativa se registra en el mes deagosto (54%) y la mayor humedad relativa se presenta en el mes de marzo (71%).

Cuadro N 3.7Humedad realtiva media mensual (%) - Promedio multimensualEstacin Huancan



Huancan 3840 70.0 70.0 71.0 66.0 58.0 57.0 57.0 54.0 56.0 56.0 58.0 64.0 61.4

-5.0

-4.0-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0


4.1 43.4

1.6

-2.1

-4.3-4.9

-3.1

-0.2

1.9

2.9

3.6

Temperatura(C)

Tiempo (meses)


22/60





Grfico N 3.7 Variacin mensual de la Humedad realtiva (%) Promedio MultimensualEstacin Huancan

3.1.4.

Evaporacin

La evaporacin es el proceso fsico mediante el cual el agua se convierte a su forma gaseosa. Laevaporacin del agua a la atmsfera ocurre en la superficie de ros, lagos, suelos y vegetacin. Laevaporacin es otro de los elementos principales de la fase del ciclo hidrolgico.

Factores que influyen en la evaporacin:

Humedad relativa.-La relacin es inversa, entre mayor sea el contenido de vapor enla atmsfera menor ser la evaporacin.

Temperatur a del aire.-Al aumentar la temperatura aumenta la evaporacin, debido aque se aumenta la capacidad de la masa de aire de almacenar vapor de agua.

Viento.-El viento lo que hace es remover las masas de vapor de agua, aumentando eldficit de vapor del aire o la demanda evaporativa.

Radiacin solar .-Es la fuente de energa del proceso, ya que l la que calienta el aguaprovocando el paso del estado lquido al estado de vapor.

Presin atmosfrica.-Su efecto slo es apreciable cuando hay grandes diferencias en

altitud, tanto menor sea la presin atmosfrica mayor ser la evaporacin. Sali nidad del agua.-La evaporacin es inversamente proporcional a la salinidad del

agua.

En en Cuadro N 3.8, se observa que durante el ao la menor evaporacin se registra en el mes de junioy la mayor evaporacin en el mes de noviembre con 164.1 mm.

Cuadro N 3.8Evaporacintotal mensual (mm) - Promedio multimensualEstacin Huancan


Meses TotalanualEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Huancan 3840 125.8 109.9 112.8 106.9 111.7 99.3 111.8 137.0 156.0 171.7 164.1 144.1 1551.1

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0


70.0 70.0 71.066.0

58.0 57.0 57.054.0 56.0 56.0

58.064.0

Humedadrelativa(%)

Tiempo (meses)


23/60





Grfico N 3.8 Variacin mensual de la Evaporacin (mm) Promedio MultimensualEstacin Huancan

3.1.5.

Horas de Sol

Nmero de horas por da de luz solar brillante, tambin definida como la duracin de trazas oquemaduras hechas en una carta hidrogrfica por el registro de "Campbell Stokes".

La radiacin de sol constituye una fuente de calor y esta tambin es necesaria para muchos procesos

vegetales. Tanto la luz como la humedad proporciona verdaderos materiales para construir laestructura vegetal, mientras que la temperatura proporciona las necesarias condiciones de trabajo. Laluz es de primordial importancia para los aspectos nutricionales y estructura de la vida vegetal.

El Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa SENAMHI, mide la duracin de insolacin diaria conel aparato meteorolgico llamado Heligrafo.

En el Cuadro N 3.9 se verifica que durante el ao la menor horas de sol se registra en el mes de enero,esto significa que este mes es nublado y bastante lluvioso.

Cuadro N 3.9 Horas de sol media mensual - Promedio multimensualEstacin Huancan



Huancan 3840 5.5 6.0 6.5 7.9 9.3 9.0 9.0 8.9 8.9 8.5 8.2 6.5 7.9

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0


125.8

109.9 112.8 106.9 111.799.3

111.8

137.0

156.0

171.7164.1

144.1

Evaporacin(mm)

Tiempo (meses)


24/60





Grfico N 3.9Variacin mensual de las Horas de sol Promedio MultimensualEstacin Huancan

3.1.6.

Viento

El viento es el movimiento de aire en la superficie terrestre. Es generado por la accin de gradientesde presin atmosfrica producida por el calentamiento diferencial de las superficies y masas de aire.

La superficie de la tierra se calienta por la radiacin solar, esta radiacin solar no se recibe con lamisma intensidad en todas las zonas del planeta, lo que origina un calentamiento desigual de las masasde aire. El aire de las capas atmosfricas ms bajas se calienta bajo la influencia de la superficieterrestre, siendo su calentamiento ms o menos intenso segn la temperatura que alcanza lasdiferentes zonas de la superficie terrestre con las que se mantiene en contacto.

En general existe la tendencia a que cualquier desequilibrio que exista a nivel de la atmsfera tiende aequilibrarse de manera natural. El desequilibrio creado por la diferencia de presin tiende aequilibrarse de una forma natural mediante el desplazamiento de aire de la zona de mayor presin a lade menor presin, este desplazamiento de aire horizontal recibe el nombre de viento.

Desde el punto de vista ecolgico, un buen conocimiento del viento tiene implicaciones amplias en laagricultura y en el manejo de los suelos. Los vientos influyen en:

1) La remocin de CO2.2) Transferencia y/o remocin de vapor de agua.3) Transporte de insectos, polen y esporas de enfermedades.4) Desgarre de hojas.5) Cambios en la humedad atmosfrica local.6) Aumento en las tasas de evapotranspiracin.7) Prdidas en las aplicaciones de agroqumicos y en los sistemas de riego por aspersin.8) Cambios trmicos en las primeras capas del suelo.9) Prdidas de suelos por erosin elica.10)Causa sequas.

Las dos caractersticas fundamentales del viento son la Velocidad y la Direccin.

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0


5.56.0

6.5

7.9

9.3 9.0 9.0 8.9 8.98.5

8.2

6.5

Horasdesol

Tiempo (meses)


25/60





Velocidad: espacio recorrido por unidad de tiempo (m/s; km/h).

Direccin: es el punto del horizonte de donde viene el viento.

Tabla N 3.1 Valores generales de la velocidad del viento en trminos mensuales

DescripcinVelocidad media mensual del

viento a 2 m de altura

Vientos suaves = 5.0 m/seg.

El Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa SENAMHI, mide la velocidad del viento con elaparato meteorolgico Anemmetro yla direccin del viento con la Veleta.

3.1.6.1.

Velocidad del viento

En general para un ao promedio, la distribucin de la velocidad media delViento, es de3.0 m/seg.,con un valor mximo de 3.8 m/seg., en el mes de Octubre y un valor mnimo de 2.2 m/seg. en dejunio.

Cuadro N 3.10Velocidad del viento media mensual (m/seg.) - Promedio multimensualEstacin Huancan



Huancan 3840 3.0 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.6 3.1 3.7 3.8 3.6 3.4 3.0

Grfico N 3.10Variacin mensual de la Velocidad del Viento (m/seg.) Promedio MultimensualEstacin Huancan

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0


3.0 3.02.8

2.62.4

2.2

2.6

3.1

3.7 3.8 3.63.4

Velocidad(m/seg.)

Tiempo (meses)


26/60





3.1.6.2. Direccin del viento

Del registro mensual de la direccin del viento, de la estacin meteorolgicaHuancan, se ha obtenidola direccin del viento predominante a nivel mensual y anual de la cual se puede describir que la

direccin predominate del viento es de sudeste (SE), ver el Cuadro N 3.11.

Para la grfica de las rosas del viento se ha utilizado el software WRPLOT View(Themeteorologicalresource center), mediante el cual se generan grficas de rosa de los vientos ygrficas para varios formatos de datos meteorolgicos. Una rosa de los vientos muestra la frecuenciade ocurrencia de los vientos en cada una de las direcciones del viento proporcionadas y las clases develocidad para tiempo y lugar especficos. Se considera que este programa es un sustituto a U.S. EPADOS utility WRPLOT.

WRPLOT View se alimenta de datos guardados en archivos con formato SCRAM, CD144, SAMSON, .DAT ydatos meteorolgicos ISC procesados anticipadamente. Produce rosas de los vientos con opciones decolor, al mismo tiempo que crea tablas de distribucin y estabilidad de clases.

Las rosas del viento se muestran en el Grfico N 3.11, donde se aprecia la direccin predominante delviento de la estacin considerada en el presente estudio.

Cuadro N 3.11 Direccin del viento predominante mensual y anual - Estacion Huancan


MesesAnual


Huancan 3840 SE SE SE SE SE SE W E E SE SE SE SE

Cuadro N 3.12 Registro anual de la direccin del viento predominante - Estacin Huancan

UnidadDireccin

TotalN NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C

n 0.0 0.0 0.0 0.0 32.0 0.0 65.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 10.0 0.0 0.0 0.0 0.0 108

% 0.0 0.0 0.0 0.0 29.6 0.0 60.2 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 9.3 0.0 0.0 0.0 0.0 100

Grfico N 3.11 Rosas de la direccin del viento predominante (%) - Estacin Huancan


27/60





4.

PRECIPITACIN MXIMA EN 24 HORAS

4.1.

GENERALIDADES

Las lluvias violentas pueden ocasionar importantes daos, degradacin de la estructura del suelo,erosin, inundaciones, daos mecnicos en cultivos, daos de vas construidas, etc. La precipitacinmxima en 24 horas, son los datos disponibles, sin recurrir a localizar las bandas de pluvigrafo, enocasiones son ms interesantes las precipitaciones mximas en perodos de tiempo ms cortos, por lo

que se debe acudir a sistemas de estimacin.

El estudio de las precipitaciones mximas es necesario en mltiples aplicaciones. As en hidrologaparala estimacin de avenidas es necesario conocer el valor de la mxima precipitacin probableregistradapara un determinado perodo de retorno. El "perodo de retorno o de recurrencia" (T) esel intervalomedio expresado en aos en el que un valor extremo alcanza o supera al valor "x", almenos una solavez (Elas y Ruiz, 1979).

Cuadro N 4.1 Serie histrica de las precipitaciones mximas en 24 horas

Estacin Huancan

m Ao Mes P24 m Ao Mes P24

1 1965 Enero 35.0 24 1988 Enero 52.4

2 1966 Febrero 49.0 25 1989 Marzo 35.2

3 1967 Diciembre 54.2 26 1990 Diciembre 23.8

4 1968 Febrero 35.4 27 1991 Febrero 58.0

5 1969 Febrero 31.2 28 1992 Agosto 48.5

6 1970 Enero 47.5 29 1993 Diciembre 34.2

7 1971 Febrero 44.0 30 1994 Marzo 68.7

8 1972 Febrero 35.0 31 1995 Noviembre 35.0

9 1973 Marzo 39.5 32 1996 Diciembre 51.6

10 1974 33 1997 Enero 35.6


12 1976 35 1999 Marzo 45.013 1977 Febrero 34.1 36 2000 Diciembre 28.4


28/60





14 1978 Febrero 45.2 37 2001 Marzo 29.7

15 1979 Enero 36.8 38 2002 Abril 32.0

16 1980 Marzo 32.4 39 2003 Diciembre 39.2

17 1981 Enero 42.2 40 2004 Diciembre 35.9

18 1982 Enero 38.2 41 2005 Marzo 26.4

19 1983 Febrero 21.2 42 2006 Enero 31.6

20 1984 Noviembre 46.6 43 2007 Marzo 34.6

21 1985 Abril 42.2 44 2008 Diciembre 43.9

22 1986 Febrero 39.4 45 2009 Febrero 25.3

23 1987 Enero 58.0

Valor mximo de la serie 68.7 mmValor mnimo de la serie 21.2 mmPromedio 39.8 mmDesviacin estndar 10.2 mmCoeficiente de asimetra 0.63

Grfico N 4.1 Hidrograma de la precipitacin mxima en 24 EstacinHuancan

4.2.

COMPLETACIN DE LA INFORMACION HISTRICALa completacinde datos pluviomtricos se realiz mediante una correlacin mltiple entre lasestaciones consistentes para cada periodo, para este proceso se utiliz el programa Hec-4MonthlyStreamflowSimulation, desarrollado por el HidrologicEngineering Center de los EstadosUnidos de Amrica.

Los resultados se muestran a continuacin:

0

20

40

60

80

100

1965

1969

1973

1977

1981

1985

1989

1993

1997

2001

2005

2009

Precipitacin(mm

)

Tiempo (Aos)

Hidrograma de precipitacin mxima en 24 horas - Serie histricaEstacin Huancan


29/60





Cuadro N 4.2 Precipitacin mxima en 24 horas Registro histrico completado

m Ao Mes P24 m Ao Mes P24

1 1965 Enero 35.0 24 1988 Enero 52.4

2 1966 Febrero 49.0 25 1989 Marzo 35.2

3 1967 Diciembre 54.2 26 1990 Diciembre 23.8

4 1968 Febrero 35.4 27 1991 Febrero 58.0

5 1969 Febrero 31.2 28 1992 Agosto 48.5

6 1970 Enero 47.5 29 1993 Diciembre 34.2

7 1971 Febrero 44.0 30 1994 Marzo 68.7


9 1973 Marzo 39.5 32 1996 Diciembre 51.6

10 1974 Noviembre 39.0* 33 1997 Enero 35.6


12 1976 Diciembre 21.0* 35 1999 Marzo 45.0

13 1977 Febrero 34.1 36 2000 Diciembre 28.4

14 1978 Febrero 45.2 37 2001 Marzo 29.7

15 1979 Enero 36.8 38 2002 Abril 32.0

16 1980 Marzo 32.4 39 2003 Diciembre 39.2

17 1981 Enero 42.2 40 2004 Diciembre 35.9

18 1982 Enero 38.2 41 2005 Marzo 26.4

19 1983 Febrero 21.2 42 2006 Enero 31.6

20 1984 Noviembre 46.6 43 2007 Marzo 34.6

21 1985 Abril 42.2 44 2008 Diciembre 43.9

22 1986 Febrero 39.4 45 2009 Febrero 25.3

23 1987 Enero 58.0

Valor mximo de la serie 68.7 mmValor mnimo de la serie 21.0 mmPromedio 39.4 mmDesviacin estndar 10.3 mm


30/60





Coeficiente de asimetra 0.56

*Registro completado

Grfico N 4.2Hidrograma de la precipitacin mxima en 24 Registro histrico completado

5. ANALISIS DE MAXIMAS AVENIDAS

5.1.

INTRODUCCIN

Los eventos extremos mximos con una probabilidad de ocurrencia en funcin de la vidatil y el riesgode falla de la obra, son la base para el dimensionamiento de toda estructurahidrulica (defensasribereas, puentes, presas, bocatomas, pontones, alcantarillas, etc.).

Los complejos problemas sociales y econmicos que se derivan por el colapso de una obrahidrulica(prdida de vidas y propiedades), impiden cualquier procedimiento arbitrario;como base de susestudios, el U.S. Corps of Engineers, usa una avenida estndar deproyecto definida como:

La descarga que puede esperarse para la ms severa combinacin de condicionesmeteorolgicas, yque son consideradas como razonablemente caractersticas de la regingeogrfica en estudio, con laexclusin de las combinaciones extremadamente raras(LINSLEY FRANZINI, 1972).

Usualmente la avenida estndar de proyecto es el 50% de la avenida mxima probable parael rea; la

magnitud de la mxima avenida probable (usada mayormente en el diseo devertedero de grandespresas) se determina por estimaciones meteorolgicas del lmitefsico de la lluvia cada en la cuenca dedrenaje.

El hecho de que exista una diversidad de mtodos y procedimientos de clculo paradeterminar loseventos extremos mximos, indica la magnitud y complejidad del problema.

La no suficiente extensin de las series hidrometeorolgicas disponibles y la falta degaranta de losdatos, particularmente de los valores extremos, es probable que haya dadolugar a la no uniformidad decriterios en el estudio de los eventos mximos, adems de laoposicin de criterios y resultados quesupone la consideracin de los elementosprimordiales ligados al proyecto de toda obra: seguridad yeconoma.

El objetivo principal es calcular el caudal mximo (instantneo) para diferentes perodos deretorno:10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000 y 10000 aos segn la obra de arte a proyectar; en forma

0

20

40

60

80

1965

1969

1973

1977

1981

1985

1989

1993

1997

2001

2005

2009

Pr

ecipitacin(mm)

Tiempo (Aos)


31/60





global, serequiere para ello de ciertos datos bsicos tales como la serie de descargas mximasdiariaseinstantneas, la serie de precipitaciones mximas de 6, 12 y 24 horas, y datos de lageomorfologa de lacuenca.

En cuanto al anlisis de mximas avenidas nos encontramos generalmente frente a dossituaciones:como primer caso es cuando el ro tiene registro de datos histricos decaudales mximos y el segundocaso es cuando el ro no tiene este tipo de informacin. En la zona de estudio no se cuenta con registrode caudales mximos, solo se dispone de la precipitacin mxima en 24 horas de la estacin Larqueri,controladas por elSENAMHI- Puno, esta estacin meteorolgica es la ms cercanas a la zona deestudio.Dicha informacin se ha utilizado para la estimacin demximas avenidas en los diferentespuntos donde estarn ubicadas las obras de arte, empleando el Modelo Hidrolgico de precipitacin escorrenta, para as alcanzar el objetivo del estudio y proporcionar los elementos de juiciohidrolgico, para latoma de decisiones en el diseo de la obras de arte ubicadas en el trayecto de lacarretera.

En la actualidad existen varios mtodos para determinar el caudal pico de diseo, en el Cuadro N 5.1se muestran los ms conocidos.

Cuadro N 5.1 Mtodos para determinar el caudal pico de diseo

Lugares instrumentados Lugares no instrumentados

Distribucin Normal Ecuaciones de regresin de la USGS

Distribucin Log-Normal Ecuaciones de regresin de la FHWADistribucin de valores extremos de Gumbel Mtodo de descarga pico de la SCS

Distribucin Log-Pearson tipo III Mtodo Racional

Mtodos de flujos pico regionalesFuente: Traducido de "Hidraulics Design Of Highway Culverts. Federal Highway Administration. Reimpreso 1998.

La informacin meteorolgica disponible es suficiente para el anlisis de los eventosextremos yestablecido el marco terico conceptual; se procedi a la determinacin de lamxima avenida dediseo para diferentes perodos de retorno empleando el Mtodo Racional.

5.2.

MTODO RACIONAL

5.2.1.

Introduccin

El uso de este mtodo, tiene una antigedad de ms de 100 aos, se generalizado en todo el mundo. Enmayo de 1989, la universidad de Virginia, realiz una Conferencia Internacional, en conmemoracin delCentenario de la Formula Racional.

El mtodo puede ser aplicado a pequeas cuencas de drenaje agrcola, aproximadamente si no excedena 1300 has o 13 km2.

En el mtodo racional, se supone que la mxima escorrenta ocasionada por una lluvia, se producecuando la duracin de esta es igual al tiempo de concentracin (tc).Cuando as ocurre, toda la cuencacontribuye con el caudal en el punto de salida. Si la duracin es mayor que el tiempo de concentracin(tc),contribuye as mismo toda la cuenca, pero en ese caso la intensidad de la lluvia es menor, por sermayor su duracin y, por tanto, tambin es menor el caudal.


32/60





Si la duracin de la lluvia es menor que el tcla intensidad de la lluvia, es mayor, pero en el momentoen el que acaba la lluvia, el agua cada en los puntos ms alejados aun no ha llegado a la salida; solocontribuye una parte de la cuenca a la escorrenta, por lo que el caudal ser menor.

5.2.2.

Parmetros de mtodo racional

Del planteamiento mencionado anteriormente, el caudal mximo se calcula por medio de la siguienteexpresin, que representa la formula racional:

.5.1

Donde:

Q = caudal mximo, en m3/seg.

C =coeficiente de escorrenta, que depende de la cobertura vegetal, la pendiente y eltipo de suelo, sin dimensiones.

I = intensidad mxima de la lluvia, para una duracin igual al tiempo de concentracin, ypara un periodo de retorno dado, en mm/hr.

A = rea de la cuenca en has.

El coeficiente 1/360 corresponde a la transformacin de unidades.

Para el caso en que el rea de la cuenca est expresado en Km2 la formula es:

..5.2

Siendo los dems parmetros con las mismas unidades.

5.2.2.1.

Tiempo de concentracin (tc)

Se denomina tiempo de concentracin, al tiempo transcurrido, desde que una gota de agua cae en elpunto ms alejado de la cuenca hasta que llega a la salida de esta (estacin de aforo). Este tiempo esfuncin de ciertas caractersticas geogrficas y topogrficas de la cuenca.

El tiempo de concentracin debe incluir los escurrimientos sobre terrenos, canales, cunetas y losrecorridos sobre la misma estructura que se disea.

Todas aquellas caractersticas de la cuenca tributaria, tales como dimensiones, pendientes, vegetaciny otras en menor grado, hacen variar el tiempo de concentracin.

Existen varias formas de hallar el tiempo de concentracin de una cuenca.

360

CIAQ

6.3

CIAQ


33/60





A. Medida directa usando trazadores

Durante una lluvia intensa, colocar un trazador radioactivo, en la divisoria de la cuenca.

Medir el tiempo que toma el agua en llegar al sitio de inters.

B.

Medida directa usando trazadores

Durante una lluvia intensa, colocar un trazador radioactivo, en la divisoria de la cuenca.

Medir el tiempo que toma el agua en llegar al sitio de inters.

C.

Estimando velocidades

Calcular la pendiente media del curso principal, dividiendo el desnivel total entre la

longitud total.

De la Tabla N 5.1, escoger el valor de la velocidad media en funcin a la pendiente y cobertura.

Usando la velocidad media y la longitud total encontrar el tiempo de concentracin.

Tabla N 5.1 Velocidades medias de escurrimiento por laderas (m/min)

Pendiente(%)

Vegetacindensa o cultivos

Pastos ovegetacin ligera

Sin vegetacin

0 - 5 25 40 70

5 - 10 50 70 120

10 - 15 60 90 150

15 - 20 70 110 180

D.

Usando formulas empricas

Existen entre las ms usadas la formula Australiana, de George Rivero, del SCS, de Kirpich, esta ltimaes la ms conocida y la ms aplicada en diferentes estudios y es la que se utilizara en el presentereporte.

Segn Kirpich, la frmula para el clculo del tiempo de concentracin es:

5.3

Donde:

tc= tiempo de concentracin (Hr).

L = Longitud del cauce principal (m)

S = Pendiente del cauce principal (m)

5.2.2.2.

Intensidad de lluvia

385.0

77.0

000325.0 S

Ltc


34/60





Este valor se determina a partir de la curva intensidad duracin periodo de retorno. La frmulautilizada en USA, que relaciona la Intensidad mxima Imx, con la duracin t, y el periodo de retornoT, es:

..5.4

Donde:

Imax = intensidad mxima (mm/hr).

m, n, K = parmetros.

T = periodo de retorno (aos).

t = duracin (min).

Los parmetros a, b, K, se obtienen a partir de datos medidos, aplicando una correlacin potencialmltiple, a una ecuacin del tipo:

..5.5

5.2.2.3.

Coeficiente de escorrenta (C)

La escorrenta, es decir, el agua que llega al cauce de evaluacin representa una fraccin de laprecipitacin total. A esta fraccin se le denomina coeficiente de escorrenta, que no tienedimensiones y se representa por la letra C.

5.6

El valor de C depende de factores topogrficos, edafolgicos, cobertura vegetal, etc.

En la Tabla N 5.2 se presenta valores del coeficiente de escorrenta en funcin de la coberturavegetal, pendiente y textura.

En la Tabla N 5.3, se muestran coeficientes de escorrenta para zonas urbanas, los cuales son bastanteconservadores, para que puedan ser usados para diseo.

Tabla N 5.2 Valores del coeficiente de escorrenta

Tipo devegetacin

Pendiente(%)

Textura

Francoarenosa

Francoarcillolimosafranco limosa

Arcillosa

Forestal0 - 5 0.10 0.30 0.405 - 10 0.25 0.35 0.50

10 - 30 0.30 0.50 0.60

Praderas0 - 5 0.10 0.30 0.405 - 10 0.15 0.35 0.55

10 - 30 0.20 0.40 0.60

TerrenosCultivados

0 - 5 0.30 0.50 0.605 - 10 0.40 0.60 0.70

10 - 30 0.50 0.70 0.80

Fuente: Manual de Conservacin del suelo y del agua, Chapingo, Mxico, 1977

n

m

t

KTI max

nmtKTI max

doTotalVprecipitaialTotaliaSuperficVescorrentC


35/60





Tabla N 5.3 Valores del coeficiente de escorrenta para zonas urbanas

Tipo de rea drenada Coeficiente C

reas comerciales

Cntricas 0.70 - 0.95

Vecindarios 0.50 - 0.70

reas residenciales

Familiares simples 0.30 - 0.50

Multifamiliares separadas 0.40 - 0.60

Multifamiliares concentrados 0.60 - 0.75

Semi - urbanos 0.25 - 0.40

Casas de habitacin 0.50 - 0.70

reas industriales

Densas 0.60 - 0.90

Espaciadas 0.50 - 0.80

Parques, cementerios 0.10 - 0.25Campos de juego 0.10 - 0.35

Patios de ferrocarril 0.20 - 0.40

Zonas sub-urbanas 0.10 - 0.30

Calles

Asfaltadas 0.70 - 0.95

De concreto hidrulico 0.80 - 0.95

Adoquinadas 0.70 - 0.85

Estacionamientos 0.75 - 0.85

Techados 0.75 - 0.95

Cuando la cuenca se compone de superficies de distintas caractersticas, el valor de C, se obtiene comouna media ponderada, es decir:

5.7

Donde:

C= coeficiente de escorrenta ponderado

Ci= coeficiente de escorrenta para el reaAi

Ai = rea parcial i

n = numero de reas parciales

5.3. DETERMINACIN DE MXIMAS AVENIDAS

En la determinacin de mximas avenidas instantneas de diseo en los diferentes puntos de inters,para el diseo de las obras de arte, se ha utilizado el METODO RACIONAL, anteriormente expuesto.

La aplicacin del mtodo Racional, requiere de los siguientes pasos:

Anlisis de frecuencia de la precipitacin mxima en 24 horas.

n

i

i

n

i

ii

n

nn

A

AC

AAA

ACACACC

1

1

21

2211

...

...


36/60





Determinacin del tiempo de concentracin (tc).

Determinacin de la intensidad de lluvias.

Determinacin del coeficiente de escorrenta (C).

Clculo de la avenida de diseo para diversos periodos de retorno

5.3.1.

Anlisis de frecuencia de precipitacin mxima en 24 horas

En el anlisis de frecuencia de la precipitacin mxima en 24 horas se ha utilizado lainformacin de laestacin Huancan, es la estacin ms cercana a la zona del proyecto, dicha informacin se muestra enel Cuadro N 4.2 del acpite anterior.

Para el anlisis de frecuencia de la precipitacin mxima en 24 horas se ha empleado elSoftwareHidrolgico de Eventos Extremos FLFREQ, es un programa que permite calcularla precipitacin mximaen 24 horas para diferentes perodos de retorno, considerando lasfunciones de distribucin de

probabilidades como: La Log-Normal de 2 parmetros, Log-Normal de 3 parmetros, Gumbel I y Log-Pearson III.

En los Cuadros N 5.2 5.4, se muestran los resultados del anlisis de frecuencia de la precipitacinmxima en 24 horas.

Cuadro N 5.2 Anlisis de frecuencia de la precipitacin mxima en 24 horas


37/60





Cuadro N 5.3 Parmetros estadsticos de la muestra y de las distribuciones tericas

Cuadro N 5.4 Precipitacin mxima para diferentes periodos de retorno


38/60





Segn el anlisis de frecuencia resulta que la serie de precipitacin mxima en 24 horas, se ajustamejor a la Distribucin Gumbel I, por mostrar menor porcentaje de error estndar que las otrasdistribuciones. A continuacin se muestra las precipitaciones mximas en 24 horas para diferentesperodos de retorno.

Cuadro N 5.5 Precipitacin mxima en 24 horas para diferentes periodos de retorno

T(aos)

Precipitacin mxima(mm)

1.25 30.42 37.85 47.810 54.4

20 60.750 68.9100 75.1200 81.2

Grfico N 5.1Curva de frecuencia de la precipitacin mxima

5.3.2.

Determinacin del tiempo de concentracin (tc)

20

30

40

50

60

70

80

90

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225

PRECIPITACION(mm)

PERIODO DE RETORNO (aos)

CURVA DE FRECUENCIAS DE LA PRECIPITACIN MXIMA EN 24 HORAS (Ajuste:Distribucin Gumbel - Mtodo Mxima Verosimilitud)


39/60





Para la determinacin del tiempo de concentracin de las diferentes microcuencas encontradas en lazona de estudio se ha utilizado la formula de Kirpich, los datos que se ha utilizado son lascaractersticas del cauce principal, entre estos la longitud, altitud mxima y altitud mnima, susresultados se presentan en el Cuadro N 5.6.

Si el tiempo de concentracin es menor a 5 minutos se asume la intensidad de diseo como la de 5minutos, puesto que no existe una duracin de lluvia de ese tiempo.

Cuadro N 5.6 Tiempo de concentracin para las diferentes Microcuencas

5.3.3.

Determinacin de la intensidad de lluvias

5.3.3.1. Curvas Intensidad Duracin Periodo de Retorno

El clculo de una avenida de diseo en estructuras cuya cuenca es pequea:

Presas de almacenamiento

Derivacin o Control de avenidas.

Alcantarillas y puentes pequeos.

Obras de drenaje agrcola, urbano y aeropuertos.

Debe basarse en el anlisis disponible sobre lluvias mximas y en las caractersticas de la cuenca.

La metodologa a utilizar para obtener las curvas Intensidad Duracin - Perodo de Retorno, se basaen el procesamiento estadstico de los registros de lluvias mximas en 24 horas disponibles.

El procesamiento estadstico tiene por objeto cuantificar las lluvias en 24 horas de diversos perodos deretorno. Los perodos de retorno se determinan de manera que cubran las necesidades de diseo de lasestructuras hidrulicas. En la Tabla N 5.4, se muestra lo periodos de retorno para obras de drenaje encarreteras de bajo volumen de transito.

Tabla N 5.4 periodos de retorno para obras de drenaje

Longitud (L)

m

Altura mxima (HM)

m.s.n.m.

Altura mnima (Hm)

m.s.n.m.

0+166 464.51 3912 3821 4

0+323 221.31 3876 3820 2

0+442 490.38 3910 3820 4

0+726 143.79 3856 3818 1

1+469 9273.74 4117 3815 83

3+439 2508.93 3846 3816 45

3+635 978.34 3840 3817 17

5+212 1993.44 3897 3823 24

5+547 2067.94 3976 3822 19

6+480 2113.20 4002 3822 18

6+992 2409.68 4033 3823 20

Tiempo de

concentracin (tc)

(minutos)

Caractersticas del cauce principalDesembocadura

Progresiva


40/60





Tipo de obra Periodo de retorno en aos

Puentes y pontones 100 (mnimo)

Alcantarillas de paso y badenes 50

Alcantarilla de alivio 10 - 20

Drenaje de la plataforma 10Fuente: Manual para el diseo de carreteras pavimentadas de Bajo Volumen de Trnsito

Tabla N 5.5 periodos de retorno para cuencas rurales

Sistema Periodo de retorno (aos)

Cunetas 5

Alcantarillas 10

Box - Culvert y pontones 10

Puentes 50Fuente: Gaviln Len Germn Eduardo. Manual de diseo de drenajes superficiales y subsuperficiales en Vas 2001.

Para la construccin de las curvas IDF, se utilizaron los modelos de Bell y Yance Tueros, donde el valorde , puede ser calculado a partir del modelo de Yance Tueros, que estima la intensidad mximahoraria a partir de las precipitaciones mximas en 24 horas.

5.8

Donde:

I = intensidad mxima en mm/h

a, b = parmetros del modelo; 0.4602, 0.876, respectivamente.

P24 = precipitacin mxima en 24 horas.

El modelo de Bell a utilizar en el presente estudio es el siguiente:

5.9

Donde:

= Precipitacin de duracin t min, perodo de retorno T, (mm).

= Precipitacin de duracin 60 min, perodo de retorno 10 aos, (mm).

Conlasprecipitacionesdediseoelegidasparadiferentesperiodosderetorno,ajustadaconladistribucinterica Gumbel, mostradoen el Cuadro N 5.5, y utilizando el modelo de Yance Tueros,se elabor el Cuadro N 5.7, donde se muestra las Intensidades mximas para diferentes duraciones yperiodos de retorno, y el Cuadro N 5.8, la Intensidad mxima en milmetros por hora.

Cuadro N 5.7 Intensidades mximas (mm) para diferentes duraciones y periodo de retorno

10

60P

t

TP

60

10P

baPI 24

60

10

25.0 )50.054.0)(52.021.0( PtLnTPtT


41/60





Traos

P.Max 24horas

Duracin en minutos (t)

5 10 15 20 30 60

200 81.20 7.7 11.5 14.0 16.0 19.0 25.0

100 75.10 7.0 10.4 12.8 14.6 17.3 22.750 68.90 6.3 9.4 11.5 13.1 15.6 20.5

20 60.70 5.4 8.1 9.9 11.3 13.4 17.6

10 54.40 4.7 7.0 8.6 9.8 11.7 15.3

5 47.80 4.0 6.0 7.4 8.4 10.0 13.1

2 37.80 3.1 4.7 5.7 6.5 7.8 10.2

1.25 30.40 2.7 4.0 4.9 5.6 6.6 8.7

Grfico N 5.2Curvas de Intensidad mxima (mm) para diferentes duraciones y periodo de retorno

Cuadro N 5.8 Intensidades mximas (mm/hora) para diferentes duraciones

Traos

P.Max 24 horasDuracin en minutos (t)

5 10 15 20 30 60

200 81.20 91.9 68.8 56.0 48.0 38.0 25.0100 75.10 83.7 62.6 51.1 43.7 34.6 22.7

50 68.90 75.5 56.5 46.1 39.4 31.3 20.5

20 60.70 64.7 48.4 39.4 33.8 26.8 17.6

10 54.40 56.5 42.3 34.5 29.5 23.4 15.3

5 47.80 48.3 36.1 29.5 25.2 20.0 13.1

2 37.80 37.5 28.0 22.8 19.6 15.5 10.2

1.25 30.40 31.9 23.9 19.5 16.7 13.2 8.7

Grfico N 5.3Curvas de Intensidad mxima (mm/hora) para diferentes duraciones y periodo de retorno

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200 250

INTENSIDAD(mm)

TEMPO DE RETORNO (aos)

5 min

10 min

15 min

20 min

30 min

60 min


42/60





Para la determinacin de la intensidad mxima de diseo se ha realizado una correlacin potencialmltiple utilizando los datos del Cuadro N 5.8, el mismo que sus resultados se muestran en el CuadroN 5.9.

Cuadro N 5.9 Parmetros de la ecuacin de Intensidad mxima

Resultados del anlisis de correlacin potencial mltiple

Constante 1.91054

Err. estndar de est.Y 0.02797

Coef. de determinacin (R2) 0.987

Nm. de observaciones 48

Coeficiente de correlacin 0.994

Coeficiente(s) m, n 0.205 -0.527

Error estndar de coef. m, n 0.005 0.012

Log K 1.911

K= 81.38

m= 0.205

n= 0.527

Por lo tanto la ecuacin para el clculo de la intensidad mxima de diseo seria:

Cuadro N 5.10 Intensidad mxima de diseo (mm/hr) Duracin Periodo de retorno

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250

INTENSIDAD

(mm)

TEMPO DE RETORNO (aos)

5 min

10 min

15 min

20 min

30 min

60 min

527.0

205.0

ma x

*38.81

t

TI 527.0205.0max *38.81

tTI


43/60





La duracin (t) del Cuadro N 5.10, es el tiempo de concentracin de las diferentes microcuencasencontradas en la zona de estudio, en el Cuadro N 5.6 se muestran sus respectivos valores de (tc).

Grfico N 5.4 Curva Intensidad Duracin - Periodo de retorno

5.3.3.2.

Periodo de Retorno

Se define siempre en correspondencia con un valor numrico que mide la magnitud de un fenmeno(intensidad de lluvia, caudal de avenida, etc.), y es un intervalo de tiempo de una duracin tal que elvalor de referencia esalcanzado o superado en media, al menos una vez cada intervalo de esa duracinen que puede subdividirse una serie indefinida de dicho fenmeno.

La seleccin de un caudal de referencia para el que debe proyectarse un elemento de drenaje estrelacionadacon la frecuencia de su aparicin, que se puede definir por su perodo de retorno: cuantomayor sea ste, mayorser el caudal.

Las condiciones de funcionamiento de los elementos de drenaje superficial pueden verse alteradas porsuobstruccin debida a cuerpos arrastrados por la corriente, arbustos, piedras, etc. Para evitarlo se

necesita unadecuado diseo, un cierto sobredimensionamiento y una eficaz conservacin. Por este

2 5 10 20 50 100 200

5 40.2 48.5 55.9 64.5 77.8 89.7 103.4

7 33.6 40.6 46.8 54.0 65.2 75.1 86.69 29.5 35.6 41.0 47.3 57.1 65.8 75.9

11 26.5 32.0 36.9 42.5 51.3 59.2 68.3

13 24.3 29.3 33.8 39.0 47.0 54.2 62.5

15 22.5 27.2 31.3 36.1 43.6 50.3 58.0

17 21.1 25.4 29.3 33.8 40.8 47.1 54.3

18 20.5 24.7 28.5 32.8 39.6 45.7 52.7

19 19.9 24.0 27.7 31.9 38.5 44.4 51.2

20 19.3 23.4 26.9 31.0 37.5 43.2 49.8

24 17.6 21.2 24.5 28.2 34.0 39.2 45.2

45 12.6 15.2 17.6 20.2 24.4 28.2 32.5

83 9.1 11.0 12.7 14.7 17.7 20.4 23.5

Duracin (t)

(minutos)

Perodo de Retorno (T) en aos

10

20

30

40

50

6070

80

90

100

110

4 9 14 19 24 29

INTENSIDAD

(mm/h

ora)

DURACION (min)

2 aos

5 aos

10 aos

20 aos

50 aos

100 aos

200 aos


44/60





motivo se adoptar un perodo de retorno de 10 aos para los elementos de drenaje superficial de lavia proyectada.

5.3.4.

Determinacin del coeficiente de escorrenta (C)

Para la eleccin del coeficiente de escorrenta, se ha utilizado la Tabla N 5.2, y la Formula 5.7, losvalores de C, se muestran en el Cuadro N 5.11, para las diferentes microcuencas.

Cuadro N 5.11 Coeficiente de escorrenta para las microcuencas

En la zona de estudio el coeficiente de escorrentia, varia de 0.40 a 0.60, esto se debe a que la zona deestudio tiene un suelo variado encontrandose 03 tipos, entre ellos; suelo franco, franco arenosoymaterial rocoso, asi como tambin se ha tenido en cuenta la experiencia realizada en otros estudios.

5.3.5.

Clculo de la avenida e hidrograma de diseo de las obras de arte

Para la determinacin de las avenidas de diseo de las obra de arte, se utiliz la formula del mtodoracional mencionado anteriormente, utilizando los valores de la Intensidad mxima de diseodeterminado por el modelo de Bell, el coeficiente de escorrenta y el rea de la microcuenca.

Con los parmetros mencionados se calcula las mximas avenidas para diferentes periodos de retorno.A continuacin se muestran los resultados de caudales mximos de diseo para las obras de arte.

Cuadro N 5.12Caudales mximos de diseo

KilmetroDrenaje

transversalPerodo de Retorno (T) en aos

2 5 10 20 50 100 200

0+166 Alcantarilla 01 0.37 0.44 0.51 0.59 0.71 0.82 0.94

0+323 Alcantarilla 02 0.16 0.2 0.23 0.26 0.32 0.37 0.420+442 Alcantarilla 03 0.92 1.11 1.27 1.47 1.77 2.05 2.360+726 Alcantarilla 04 0.14 0.17 0.19 0.22 0.27 0.31 0.361+200 Alcantarilla 05 Alcantarilla para desfogue de cuneta1+391 Alcantarilla 06 Alcantarilla para desfogue de cuneta1+469 Pontn 01 22.38 27.02 31.15 35.91 43.35 49.98 57.631+990 Alcantarilla 07 Alcantarilla de regulacin por rea inundable3+439 Alcantarilla 08 1.56 1.88 2.17 2.51 3.02 3.49 4.023+635 Alcantarilla 09 0.85 1.03 1.18 1.36 1.65 1.9 2.195+212 Alcantarilla 10 2.26 2.73 3.15 3.63 4.38 5.05 5.835+580 Alcantarilla 11 1.63 1.96 2.26 2.61 3.15 3.63 4.196+480 Alcantarilla 12 2.15 2.59 2.99 3.45 4.16 4.79 5.536+670 Alcantarilla 13 Alcantarilla para desfogue de cunetas6+992 Alcantarilla 14 3.39 4.1 4.72 5.45 6.57 7.58 8.747+668 Alcantarilla 15 Alcantarilla para desfogue de cuneta

7+874 Alcantarilla 16 Alcantarilla para desfogue de cuneta

0+166 19.7 0.60

0+323 25.3 0.60

0+442 18.4 0.60

0+726 26.2 0.60

1+469 3.3 0.403+439 1.2 0.40

3+635 2.3 0.40

5+212 3.7 0.40

5+547 7.4 0.40

6+480 8.5 0.40

6+992 8.7 0.40

Desembocadura

Progresiva

Coeficiente de

escorrentia (C)

Pendiente (S)

(%)


45/60





En los Grficos N 5.5 y 5.6, se muestra el hidrograma de diseo de dos obras de de drenaje transversalubicadas en el Km 0+166 y Km 0+323, de la misma forma para las demas se muestran en el Anexo 1.

Cuadro N 5.14Caudales mximos de diseo Alcantarilla 01 Km 0+166 (Limpieza)

Tiempo de retorno(aos)

Intensidad deprecipitacin

(mm/hr)

Caudales mximosinstantneos

(m3/seg)

2 40.2 0.37

5 48.5 0.44

10 55.9 0.51

20 64.5 0.59

50 77.8 0.71

100 89.7 0.82

200 103.4 0.94

Grfico N 5.5Hidrograma de caudales mximos de diseo Alcantarilla 01 Km 0+166 (limpieza)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

Caudal(m3/seg.)

Tiempo (horas)

Tr = 2 aos

Tr = 5 aos

Tr = 10 aos

Tr = 20 aos

Tr = 50 aos

Tr = 100 aos

Tr = 200 aos


46/60





Cuadro N 5.6Caudales mximos de diseo Alcantarilla 02 Km 0+323 (Limpieza)

Tiempo de retorno(aos)

Intensidad de

precipitacin(mm/hr)

Caudales mximos

instantneos(m3/seg)

2 40.2 0.16

5 48.5 0.20

10 55.9 0.23

20 64.5 0.26

50 77.8 0.32

100 89.7 0.37

200 103.4 0.42

Grfico N 5.6 Hidrograma de caudales mximos de diseo Alcantarilla 02 Km 0+323 (Limpieza)

6.

OBRAS PROPUESTAS

A continuacin se detallan las obras y estructuras previstas independizadas de acuerdo a los tipos

especficos requeridos en la carretera:

6.1.

Alcantarillas y pontones

Son obras de drenaje sumamente importantes para la evacuacin de las aguas pluviales, comnmente a

las alcantarillas se les da seccin rectangular o circular y a los pontones rectangulares, estas obras de

drenaje transversal, se disearn de tal manera que tengan la capacidad suficiente para desalojar

rpidamente el agua que llega a ellas, as como tambin para resistir el relleno y lascargas de trnsito.

Deben tener pendiente suficiente para que el agua corra. Se ubicarn estas obras de arte en los

desages de las cunetas y cauce principal, la ubicacin y su caudal de diseo, se muestran en el CuadroN 5.12.

0.0

0.1

0.1

0.20.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Caudal(m3/seg.)

Tiempo (horas)

Tr = 2 aos

Tr = 5 aos

Tr = 10 aos

Tr = 20 aos

Tr = 50 aos

Tr = 100 aos

Tr = 200 aos


47/60





6.2. Cunetas

Son estructuras para recolectar y conducir el agua de lluvia cada sobre la carretera y el rea aledaa,

que por la pendiente transversal del camino y los taludes llega hasta la cuneta, para ser evacuada en

las descargas hacia los lados del camino. Se construyen nicamente conformadas en suelo natural,

sobre todo cuando el suelo es prcticamente horizontal y poco erosionable; y se hace necesario

revestir cuando las caractersticas del suelo es lo contrario.

Cuando es bastante el agua de escorrenta que desciende de un talud, se puede evitar construyendo

una cuneta en la parte superior del talud, tomando el nombre de Contracuneta, se construyen canales

de descarga laterales para la evacuacin del agua.

Las cunetas como se sabe albergan el agua tanto de la plataforma como del talud adyacente de corte,

en nuestro caso tenemos generalmente el trayecto de la va en ladera, para esto el caudal de diseo se

determina de la siguiente manera:

Figura 6.1 Diagrama para determinar el caudal de diseo de la cuneta

Para determinar el caudal de diseo de la cuneta del trayecto de la va, se ha tomado en consideracinel rea ms crtica, para tener una sola dimensin de este tipo de obra.

Determinacin del caudal de diseo (Q), utilizando la frmula del mtodo Racional.

Area de impluvio Has 4.76 Tr (aos) I (mm/h) Q (m3/seg.)

Longitud mas lejana del area de impluvio m 792.94 5 29.3 0.155

Hmx msnm 3838.2 10 33.8 0.179

Hmin msnm 3817.1 20 39 0.206

Coeficiente Esc. 0.4 50 47 0.249

Tc = min 13 100 54.2 0.287

200 62.5 0.331

Cuenca 01Cuenca 02

rea deimpluvio

Va

proyectadaCuneta

Distancia ms

lejana del rea

de impluvio

Q mx.Obra de arte

Obra de arte


48/60





7. CONCLUSIONES

7.1. Conclusiones

El presente estudio hidrolgico llega a las siguientes conclusiones:

Se han delimitado 11 unidades de anlisis hidrolgico considerando el sistema hdrico de lasquebradas afluentes. Estas unidades hidrolgicas corresponden a las microcuencas queinterceptan la va proyectada, cuya confluencia da lugar al diseo de una obra de arte.

Se han determinado los principales parmetros morfolgicos de las unidades de anlisishidrolgico cuyas reas varan de 2.1 a 2204.5 hectreas,longitud del cauce principal (143.8a 9273.7metros), Altitud comprendida entre 3814.8 y 4117 msnm y una pendientedel cauceprincipal de drenaje que vara de 1.2% a 26.2%, estos parmetros han sido de muchaimportancia para la determinacin del caudal mximo de diseo.

Los caudales mximos de diseo de las obras de drenaje transversal y las obras de drenajelongitudinal, se han determinad

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