Informe Hidrologia

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2.4ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA

ÍNDICE2.4.1. GENERALIDADES........................................¡Error! Marcador no definido.

2.4.1.1. Evaluación de campo....................................................................................3

2.4.1.2. Ubicación..........................................................................................................3

2.4.1.3. Accesos............................................................................................................3

2.4.2. METODOLOGIA DE ESTUDIOS..................................................................4

2.4.2.1. Recopilación de información........................................................................4

2.4.2.2. Trabajos de campo.........................................................................................4

2.4.2.3. Fase de gabinete.............................................................................................5

2.4.3. INFORMACION BASICA................................................................................5

2.4.3.1. Cartografía........................................................................................................5

2.4.3.2. Pluviometría.....................................................................................................6

2.4.4. EVALUACION DE CAMPO............................................................................8

2.4.4.1. Obras de drenaje existente..........................................................................8

2.4.4.1.1. Alcantarillas.....................................................................................................8

2.4.4.1.2. Afloramientos de agua..................................................................................9

2.4.4.1.3. Defensas Ribereñas.....................................................................................12

2.4.5. HIDROLOGIA.................................................................................................16

2.4.5.1. Subcuencas Hidrográficas........................................................................17

2.4.5.2. Precipitación de diseño..............................................................................17

2.4.5.3. Análisis de frecuencias..............................................................................18

2.4.5.4. Intensidad de diseño...................................................................................24

2.4.5.5. Tiempo de concentración..........................................................................26

2.4.5.7 Periodo de recurrencia...............................................................................28

Estudio Definitivo para la Rehabilitación del Camino Vecinal: Emp. Pe-1sh (Pte. Arma) - Marcani

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2.4.5.6. Caudal de diseño..........................................................................................28

2.4.5.6.1. Método Racional...........................................................................................28

2.4.5.6.2. Método del Hidrograma Unitario..............................................................29

2.4.6. DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE PROYECTADA.............................34

2.4.6.1. Drenaje Transversal.....................................................................................34

2.4.6.1.1. Estructuras de cruce...................................................................................34

2.4.6.2. Drenaje Longitudinal...................................................................................37

2.4.6.2.1. Cunetas...........................................................................................................37

2.4.6.3. Subdrenaje.....................................................................................................37

2.4.6.4. Defensas Ribereñas.....................................................................................38

2.4.7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................39


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2.4.0 ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRAULICA

1.1.1. GENERALIDADES Según el DS N° 036-2011-MTC el clasificador que corresponde al tramo en estudio corresponde a la red Vecinal AR – 647 con parte de la trayectoria Emp. AR-106 – Sihuicha – Chapacoco – Orcopampa – Huancarama - Dv.Cachuycho - Nuevo Tolconi - Pte Ccampacullo - Emp. AR-112(Caylloma) y la red Vecinal AR-663 con parte de la trayectoria Emp. AR-647 – Marcani – Corococha.La carretera Andahua – Orcopampa-Marcani, se encuentran ubicados en el Departamento de Arequipa, Provincia de Castilla, desarrollándose sobre los distritos de Andahua, Chilcaymarca y Orcopampa y las localidades de Chapococo, Chilcaymarca, Orcopampa y Huancarama.De acuerdo a la Resolución Directorial Nº 521-2012-MTC/21 emitido por Provías descentralizado, no se intervendrá del Km. 25+000 al Km. 44+800.

1.1.1.1. Evaluación de campo

En la vía existente diagnosticar el estado actual del sistema de drenaje existente relacionados con el comportamiento a las condiciones hidro geomorfológicas de la zona, con la finalidad de verificar el estado funcional de las estructuras existentes y proponer obras de drenaje necesarias, complementarias y/o adicionales que aseguren la operatividad de la vía dentro de los niveles de riesgo aceptables.

1.1.1.2. Ubicación

Hidrográficamente, la carretera se ubica en la cuenca de Camana, se adjunta el plano de la cuenca con la ubicación del eje del proyecto.

1.1.1.3. Accesos

Desde la ciudad de Lima, puede darse:

Vía aérea.- El principal acceso a la zona de estudio se da a través del Aeropuerto Internacional “Teniente FAP. Alfredo Rodríguez Ballón”, ubicado en la ciudad de Arequipa. A partir de allí se puede dirigir vía terrestre hacia la ciudad de Orcopampa, la cual se encuentra asfaltada hasta Caylloma siendo el tiempo aproximado de viaje de diez horas con treinta minutos.

Vía terrestre.- la red vial de la zona está formado por un eje troncal longitudinal, representado por la carretera panamericana sur, ruta Lima – Nazca – repartición de Arequipa con 10 horas promedio de viaje en camioneta. . A partir de allí se puede dirigir vía terrestre hacia la ciudad de Orcopampa, la cual se encuentra asfaltada


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hasta Caylloma siendo el tiempo aproximado de viaje de diez horas con treinta minutos.

CUADRO Nº 1. ACCESOS AL TRAMO DEL PROYECTOPARTIDA DESTINO RECORRIDO

RUTA 1MORRO SIHUAS

Andahua(Progr. Km. 0+000 del

tramo)

Morro Sihuas - Andagua Ruta departamental AR-105

(Emp. PE-1S (Dv. Aplao) - Pte. Molles - Mesana - Pte. Punta Colorada - Corire - Aplao – Acoy)

Ruta departamental AR-106Emp. AR-105 (Acoy) - Pte. Huario 2 - Andamayo - Dv. Capiza - Tipan - Dv. Tagre - Viraco - Dv. Machahuay - Chilarumi - Andagua

RUTA 2DISTR. YURA-

AREQUIPA

Localidad Marcani

(Prog. Km. 65+270 del

tramo)

Yura - Marcani Ruta Nacional PE-34 A

Emp. PE-1S (La Repartición) - Uchumayo - Dv. Chiguata (PE-34 C) - Yura - Dv. Viscachane (PE-34 E) – Patahuasi

Ruta departamental AR-109Chivay

Ruta departamental AR-110 , AR-111 Y AR112

1.1.2. METODOLOGÍA DE ESTUDIOS

El presente informe se ha elaborado en cumplimiento a lo indicado en los Términos de Referencia, cuya metodología a desarrollar es la siguiente:

1.1.2.1. Recopilación de información

Comprende la revisión y conclusión a los informes en el área de Hidrología e Hidráulica de estudios anteriores, así como la recolección de documentación cartográfica, pluviométrica, hidrométrica en el área de estudio.

1.1.2.2. Trabajos de campo

Diagnosticar a partir de la evaluación de campo la funcionabilidad de las estructuras existentes ubicadas en la vía actual, considerando los siguientes aspectos:


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- Evaluar los sistemas de drenaje existentes con el fin de determinar su estado de conservación y operatividad, además de proponer soluciones de rehabilitación si fuera necesario.

- Identificar cuencas hidrográficas que son interceptadas por la vía determinando los parámetros hidrológicos e hidráulicos a partir de las evidencias encontradas, tales como cobertura, material de arrastre, niveles máximos de flujo que serán para calibrar y plantear diseños de obras de drenaje que pudieran comprometer la serviciabilidad a la vía.

- Identificar sectores críticos de origen hídrico con la finalidad de plantear soluciones técnicas – económicas acorde a las condiciones del entorno.

1.1.2.3. Fase de gabinete

Desarrollo de los estudios hidrológicos que conducen a la determinación de los caudales de diseño tanto para la verificación de las estructuras existentes como para las proyectadas.

En general el estudio consistirá en elaborar el inventario de campo, análisis estadístico, plano de cuencas, memoria de cálculo y ficha de campo de las estructuras de drenaje existentes.

1.1.3. INFORMACIÓN BÁSICA

1.1.3.1. Cartografía

La información cartográfica básica para la determinación de las cuencas se obtuvieron de las Cartas Nacionales editadas por el Instituto Geográfico Nacional (IGN) a escala 1:100,000, con curvas de nivel cada 50m, cuyo Datum horizontal provisional de sur América - zona 18, se utilizo la siguiente carta nacional:

Cuadro N° 01.- Información Cartográfica

Nombre Escala Hoja Fecha de Información compilada

DATUM Sistema Geodésico

ORCOPAMPA 1/100,000 31-r 1967 UTM ZONA 18

Fuente: Carta IGN, esc. 1/100,000

La identificación de las cuencas de la cartografía se ha complementado con la

información recopilada en la visita de campo, Google Earth y con los planos


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topográficos, lo que ha permitido la mejor precisión de la delimitación de las cuencas

de drenaje de los cauces que son interceptados por la vía.

En el anexo se adjunta el Plano de cuencas (N°-PC-01H), Plano de ubicación de estación pluviométrica e hidrométrica (N°-UE-02H )

1.1.3.2. Pluviometría

La información disponible consiste en series históricas de precipitaciones máximas en 24 horas, obtenidas del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI). La ubicación y característica de las Estaciones Pluviométricas seleccionadas, se presentan en el siguiente Cuadro:

Cuadro N° 02.- Estaciones Pluviométricas en la zona de estudio

ntFuente: Entidad Operadora Senamhi


NOMBRE DE LA ESTACIÓN

PARÁMETROUBICACIÓN

CUENCA PROVINCIA DPTO.PERIODO

DE REGISTROLAT. LONG.

ALT.msnm

ORCOPAMPA/157311/DRE-

06

Precipitación máxima (mm)

en 24 hrs15°15’ 72°20’ 3801

OcoñaCastilla Arequipa 1996-2011

ANDAHUA/157310/DRE-

06

Precipitación máxima (mm)

en 24 hrs15°29’ 72°20’ 3528

CamanaCastilla Arequipa 1992-2011

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Figura N°03.- Ubicación de Estaciones


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1.1.4. EVALUACIÓN DE CAMPO

1.1.4.1. Obras de drenaje existenteEl tramo cuenta con sistema de drenaje constituido principalmente por alcantarillas de pase de quebradas, desagüe de riego, canales de riego, drenes.

1.1.4.1.1. AlcantarillasLas alcantarillas de drenaje transversal a la carretera existente evaluadas corresponden a estructuras de cruce de evacuación de flujos de quebradas, depresiones, canales de riego, drenes, las que indican en el siguiente cuadro:

Cuadro Nº 03.- Relación de Estructuras de cruce existente

Leyenda:ML: Alcantarilla de muro + losa de concretoTF: Tubería de F°G°rústica: tajea de piedra

Conclusión.-En la evaluación de campo se identificaron las siguientes deficiencias:a. Colmatación de las alcantarillas por falta de mantenimiento.b. Sedimentadas al ingreso y salidac. Alcantarillas que carecen de cabezalesd. Falta de estructuras de cruce (alcantarillas) para drenar las aguas pluviales en

puntos de inflexión o cruces que interceptan la carretera a fin de darle continuidad al flujo de escorrentía superficial y no afectar su estabilidad.

Es una estructura de cruce existentes entre el Km. 0+000 al Km.25+000 Km del tramo Andahua a Orcopampa, lo que da una densidad de obras de arte de 0.04 unidades de estructuras por Kilómetro.

Son 11 estructuras de cruce existentes entre el Km. 44+800 al Km.65+000 Km del tramo de Orcopampa al final del tramo, lo que da una densidad de obras de arte de 0.5 unidades de estructuras por Kilometro.


Tipo de estructura

Quebradas depresión Filtraciones Pase de riego Total

ML 1 - - - 1

T F 3 1 1 6 11

rústica 3 5 1 9Total 7 6 2 6 21

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1.1.4.1.2. Afloramientos de agua

En la evaluación de campo desarrollado, se han identificado los siguientes sectores con presencia de afloramientos de agua:

Tramo I.- 0+0000 - Orcopampa

Entre el Km.10+615 al Km. 10+970.- sobre el lado izquierdo de la vía, al pie de una quebrada extensa existe presencia de ojos de agua (puquiales), que vienen causando la saturación de los suelos y parte del flujo discurre a través de una acequia que en el tramo indicado va paralela a la carretera. Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.

Entre el Km. 12+725 al Km. 13+130.- sobre el lado derecho de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Solución planteada: De acuerdo al estudio de suelos se propondrá la solución a plantear.

Entre el Km. 13+563 al Km. 13+680.- sobre el lado derecho de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Solución planteada: De acuerdo al estudio de suelos se propondrá la solución a plantear.

Entre el Km.19+350 al Km. 19+460.- sobre el lado izquierdo de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Estos afloramientos de agua causan humedecimiento en el talud de corte y de la plataforma.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.

Entre el Km.19+674 al Km. 19+710.- sobre el lado izquierdo de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Estos afloramientos de agua causan humedecimiento en el talud de corte y de la plataforma.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.


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Entre el Km.20+330 al Km.20+520.- sobre el lado derecho de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Solución planteada: De acuerdo al estudio de suelos se propondrá la solución a plantear.

Entre el Km.20+670 al Km.20+735.- sobre el lado izquierdo de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Estos afloramientos de agua causan humedecimiento en el talud de corte y de la plataforma.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.

Tramo II.- Orcopampa - Marcani

Entre el Km.44+804 al Km.45+314.- sobre el lado izquierdo de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Estos afloramientos de agua causan humedecimiento en el talud de corte que pueden afectar a la plataforma.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos. y cuneta sin revestir

Entre el Km. 45+906 al Km.46+100.- sobre el lado izquierdo de la vía, afloramientos de agua, provenientes de las precipitaciones, las que indican la variabilidad del nivel freático según los períodos húmedos y secos.Estos afloramientos de agua causan humedecimiento en el talud de corte que podrían afectar a la plataforma.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir

Entre el Km. 46+250 al Km.46+260.- sobre el lado izquierdo de la vía se observa la presencia de ojos de agua (puquiales), que vienen causando la saturación de los suelos y parte del flujo discurre a través de una acequia que descarga en la alcantarilla 395.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir


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Km. 47+340.- sobre el lado izquierdo de la vía, existe presencia de un ojo de agua (puquial), que vienen causando la saturación de los suelos y parte del flujo discurre al pie del talud de corte siguiendo la dirección de la pendiente de la vía.Solución planteada: Diseñar la captación del afloramiento y proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir

Entre el Km. 49+100 al Km.49+126.- sobre el lado izquierdo de la vía, al pie del talud existe presencia de ojos de agua (puquiales), que vienen causando la saturación de los suelos y parte del flujo discurre al pie del talud de corte siguiendo la dirección de la pendiente de la vía descargando a terreno natural.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir

Entre el Km.51+754 al Km.51+837.- sobre el lado izquierdo de la vía existe afloramientos de agua al pie del talud de corte, que vienen causando la saturación de los suelos.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir

Entre el Km. 52+040 al Km.52+055.- sobre el lado izquierdo de la vía, se observa afloramientos de agua al pie del talud de corte, que vienen causando la saturación de los suelos.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir

Entre el Km. 52+209 al Km.52+285.- sobre el lado izquierdo de la vía, se observa afloramientos de agua al pie del talud de corte, que vienen causando la saturación de los suelos.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir

Entre el Km. 52+324 al Km.52+415.- sobre el lado izquierdo de la vía, al pie de una quebrada extensa existe afloramientos de agua al pie del talud de corte, que vienen causando la saturación de los suelos y que por la falta de una debida conducción del flujo esta descargando en la plataforma provocando el ahuellamiento y empozamiento de agua en la misma.Solución planteada:


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Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir.

Entre el Km. 52+937 al Km. 52+946.- sobre el lado izquierdo de la vía, afloramientos de agua que han ocasionado el humedecimiento en el talud de corte que pueden afectar a la plataforma.Solución planteada: Proyectar subdrenaje en tramos donde se presenten saturación de suelos.y cuneta sin revestir.

1.1.4.1.3. DEFENSAS RIBEREÑAS

En la evaluación de campo desarrollado, se han identificado los siguientes sectores con erosión ribereña:

Tramo I.- 0+0000 - Orcopampa

Entre el Km. 5+220 – Km. 5+280 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera.

Solución planteada: Proyectar Defensas ribereñas de acuerdo al seccionamiento de trazo.

Gráfico Nº 1 defensa planteada Km. 5+220 – Km. 5+280

Entre el Km. 6+640 al km. 6+760 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera, el sector más crítico Km. 493.


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Solución planteada: Proyectar limpieza y des colmatación de cauce, colocando el material extraído al lado derecho de la vía.

Entre el Km. 7+100 al Km. 7+330 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera.

Solución planteada: Proyectar limpieza y des colmatación de cauce, colocando el material extraído al lado derecho del cauce del rio. Y colocación de muros de Gavión entre las progresivas Km. 7+210 al Km. 7+230 y Km. 7+310 al Km. 7+330.

Entre el Km. 7+690 al km. 7+820 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera.


Gráfico Nº 2 defensas rivereñas Km. 7+690 al km. 7+820

Entre el Km. 8+300 al Km. 8+450 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera.



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Gráfico Nº 3. Defensas rivereñas Km. 8+300 al Km. 8+450

Entre el Km. 14+139 al Km. 14+250 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera, el sector más crítico Km. 14+390.

Solución planteada: Proyectar limpieza y des colmatación de cauce, colocando el material extraído al lado derecho del cauce del rio.

Entre el Km. 14+470 al Km. 14+520 En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera.



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Gráfico Nº 4. Defensas rivereñas 14+470 al Km. 14+520

Entre el Km. 15+540 al Km. 15+640 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera, el sector más crítico Km. 15+540 al Km. 15+640.Solución planteada: Proyectar Defensas ribereñas de acuerdo al seccionamiento de trazo, en el sector más crítico correspondiente al tramo Km. 15+540 al Km. 15+640.

Gráfico Nº 5. Defensas rivereñas Km. 15+540 al km. 15+640


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Entre el Km. 17+400 al Km. 17+450 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa que el flujo del rio recorre cercano y paralelo al eje de la vía, pero en un cauce confinado, dominado por la resistencia de las riveras y la pendiente del cauce, que no representa riesgos actuales a la estabilidad de la vía.

Solución planteada: Proyectar limpieza y descolmatación de cauce, colocando el material extraído al lado derecho del cauce del rio.

Entre el Km. 18+450 al Km. 18+480 (Lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera, se ha ubicado sectores críticos a tomar en cuenta que deberán tomarse en cuenta en la rehabilitación de la vía.


Entre Km. 19+065 al Km. 19+300 (lado derecho).- En este tramo debido a la cercanía del rio a la carretera existente, se observa el efecto erosivo del flujo del rio hacia el talud del terraplén de la carretera, se ha ubicado sectores críticos a tomar en cuenta que deberán tomarse en cuenta en la rehabilitación de la vía.Km. 19+065 al km. 19+210 y Km. 19+240 al Km. 19+300

Solución planteada: Proyectar Defensas ribereñas de acuerdo al seccionamiento de trazo en los sectores críticos.

Gráfico Nº 6. Defensas rivereñas km. 19+080 al km. 19+200 y Km. 19+240 al km. 19+300


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1.1.5. HIDROLOGÍA1.1.5.1. Subcuencas Hidrográficas

Las alcantarillas de La carretera atraviesa quebradas y cursos naturales, que son cruzadas a través de estructuras de cruce, sus cauces se encuentran ocupados por quebradas secas y activas, quebradas ocupadas por terrenos de cultivo, cuyas laderas son aprovechadas para el desarrollo agrícola a través del aprovechamiento de irrigación de los canales de riego.

Se identificaron 17 sub cuencas y quebradas, con áreas entre 0.06Km2 y 309.17Km2:

Cuadro Nº 04.- Relación de los parámetros geomorfológicos de las subcuencas y quebradas

SC-1 1+570 Qda.Membrilluyoc1 18.89 22.10 4850.0 3800.0 1,050.00 11.33 0.09

Q1 1+850 Qda.Membrilluyoc2 0.75 3.18 4000.0 3800.0 200.00 1.40 0.14

Q2 5+560 Q2 1.47 5.62 4400.0 3700.0 700.00 1.50 0.47

Q3 6+050 Q3 1.13 5.11 4400.0 3700.0 700.00 1.41 0.50

Q4 6+489 Q4 1.13 4.01 4400.0 3700.0 700.0 1.38 0.51

Q5 7+940 Q5 2.20 6.63 4600.0 3700.0 900.0 2.60 0.35

Q6 9+993 Q6 2.97 7.07 4600.0 3800.0 800.0 3.18 0.25

Q7 10+704 Qda.Condorcahua 6.00 9.90 4650.0 3750.0 900.0 3.78 0.24

SC-2 11+228 Rio Ocoruro 323.30 85.64 4900.0 3740.0 1,160.0 28.88 0.04

Q8 11+975 Q8 1.02 4.28 3800.0 3700.0 100.0 2.52 0.04

Q9 12+300 Qda.Quimsa Turia 12.23 18.64 4000.0 3700.0 300.0 9.46 0.03

Q10 15+700 Q10 0.62 3.32 3800.0 3700.0 100.0 1.25 0.08

Q11 16+540 Q11 0.66 3.53 3950.0 3600.0 350.0 1.42 0.25

Q12 18+464 Q12 0.89 3.55 3900.0 3650.0 250.0 1.44 0.17

SC-3 24+150 Qda Toreapata 5.45 10.25 4400.0 3550.0 850.0 5.23 0.16

Q13 53+730 Q13 1.91 9.75 4550.0 4450.0 100.0 1.50 0.07

Q14 64+547 Q14 2.91 15.07 4800.0 4650.0 150.0 1.50 0.10

PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS

Nombre de la Quebrada

Perimetro Cuenca

(Km)

CUENCAProgresiva

(Km)Area

Cuenca

(Km2)

Cota Superior (msnm)

Cota Inferior (msnm)

Desnivel (msnm)

Pendiente Cuenca

S (mm/mm)

Longitud ( km)

1.1.5.2. Precipitación de diseñoLa información disponible consiste en series históricas de precipitaciones máximas en 24 horas, obtenidas del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).

Se identificó la estación pluviométrica Andahua (Long. 72°20’ , Lat. 15°29’,Alt. 3528 msnm) y la estación pluviométrica de Orcopampa (Long. 72°20’, Lat. 15°15’, alt. 3801 msnm) las más próximas al área de influencia a la carretera.

De acuerdo al trazo del polígono de Thiessen se ha distribuido la vía en dos tramos en la que será diseñado el sistema de drenaje. Es decir:

Estación Andahua.- Km.0+000 – Km. 25+000Estación Orcopampa.- Km.44+800 – Km. 65+270


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Para la estimación de caudales se efectuó el análisis de frecuencias de los eventos hidrológicos.

Para la estimación de caudales se efectuó el análisis de frecuencias de los eventos hidrológicos máximos (registros de precipitación máxima en 24 horas) y la obtención de la distribución del mejor ajuste a los registros históricos.

Con el registro de precipitación máxima en 24 horas, se procedió a calcular las alturas de precipitación extrema probable correspondiente a diferentes períodos de retorno, sobre cuya base se estimaron los caudales máximos para la verificación y diseño de las obras de drenaje que requiere el tramo en estudio.

Se ha considerado un factor de ponderación de Hershfield 1.13 a la precipitación máxima en 24 horas, este ajuste da valores que se aproximan a los que se obtendrían de una análisis de los máximos reales (Capitulo 28, Guía de prácticas hidrológicas-Organización Meteorológica Mundial. OMN-N 168).

1.1.5.3. Análisis de frecuencias

Para el análisis de frecuencia comprendió el análisis de funciones de la distribución teórica: Normal, Log-normal, Log-Pearson III y Gumbel, por ser las más usadas en Hidrología para caso de eventos máximos.

a. Función de distribución Normal

Esta distribución se define:

Donde:

f(x) = densidad de probabilidad

x = variable aleatoria

b. Función de distribución Log-Normal

Esta distribución es una extensión de la distribución Normal, en la cual los valores logarítmicos de una secuencia son considerados como normalmente distribuidos.

Donde:


Consorcio M&V

y = log(x)f(x) = densidad de probabilidadx = variable aleatoriay = media de los logaritmos naturales de x

y = desviación estándar de los logarítmicos naturales de x

e = base de los logaritmos naturales

c. Función de distribución Log-Pearson Tipo III

Esta distribución es una extensión de la distribución Normal, en la cual los valores logarítmicos:

Donde:

a = parámetro de escala

B = parámetro de forma

y = límite inferior de la distribución

d. Función de distribución Gumbel

Esta distribución Gumbel se deriva de otras distribuciones de tipo exponencial que convergen hacia una función exponencial a medida que la variable aleatoria (x) crece.

La función de densidad de probabilidad es:

Donde a y b son los parámetros de la función.

Los parámetros α y β, se estiman para muestras muy grandes, como:

Para muestras relativamente pequeñas, se tiene:


Consorcio M&V

Los valores de μy y σy se encuentran en tablas.

e. Prueba de bondad de ajuste

Con el fin de seleccionar la función de distribución adecuada a los datos

registrados, se aplico la prueba de bondad de ajuste prueba 2 y Kolmogorov –

Smirnov.

a. Prueba 2

Para aceptar una distribución dada debe cumplir:

El valor de se obtiene de tablas de la función de distribución 2.

D<2 aceptable

f. Prueba Kolmogorov – Smimov

Consiste en comparar el máximo valor absoluto de la diferencia D entre la función de distribución de probabilidad observada Fo(xm) y la estimada F (xm).

con un valor critico “d” que depende del número de datos y del nivel de significación ( Cuadro N°05) . Si D<d, se acepta que la hipótesis es nula.

La función de distribución de probabilidad observada se calcula como:

donde “m” es el numero de orden del dato Xm en una lista de mayor a menor y “n” es el número total de datos.

Cuadro N° 05.- Valores críticos d para la prueba Kolmgorov - Sminorv


Consorcio M&V

Tamaño de la muestra =0.10 =0.05 =0.01

5 0.51 0.56 0.6710 0.37 0.41 0.4915 0.30 0.34 0.4020 0.26 0.29 0.3525 0.24 0.26 0.3230 0.22 0.24 0.2935 0.20 0.22 0.2740 0.19 0.21 0.25

Fuente: Aparicio, 1999

g. Resultados

De las pruebas de Smirnov-Kolgomorov, verificación de normalidad del coeficiente

de simetría y de bondad de ajuste 2 , se concluye que los datos que mejor se

ajustan es la Distribución Normal tanto para los datos de la Estación Andahua como de la Estación Orcopampa.

En el Anexo B, se presenta los cálculos correspondientes a la prueba de ajuste de las distribuciones consideradas en el Estudio.

En el Cuadro Nº 06 se presenta las precipitaciones máximas en 24 horas obtenidas a partir de la distribución de probabilidades.

Cuadro N° 06.- Precipitación Máxima 24 horas para diferentes periodos de retorno

Estación Andahua

T (años) Normal Log NormalLog Pearson

IIIGumbel Diseño

2 27.0 26.4 27.2 26.0 27.0

5 31.9 32.1 32.2 31.2 31.9

10 34.5 35.6 34.5 34.6 34.5

20 36.6 38.7 36.3 37.9 36.6

25 37.3 39.7 36.8 39.0 37.3

50 39.0 42.6 38.1 42.2 39.0 > Pmax registrado

100 40.6 45.4 39.2 45.4 40.6

200 42.1 48.1 40.1 48.6 42.1

500 43.9 51.6 41.1 52.8 43.9

Máximo Registrado: 37.86 mm N° Datos: 20


Consorcio M&V

Figura N°05.- Grafico de Precipitación Máxima 24 horas para diferentes periodos de retorno

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

1 10 100 1000

Pre

cip

itaci

on

(mm

)

Periodo de Retorno (Años)

Comparación de DistribucionesEstación Andahua

Normal Log Normal Log Person III

Cuadro N° 07.- Precipitación Máxima 24 horas para diferentes periodos de retorno

Estación Orcopampa

T (años) Normal Log NormalLog Pearson

IIIGumbel Diseño

2 26.0 25.6 25.5 25.2 26.0

5 30.2 30.0 29.9 29.6 30.2

10 32.4 32.6 32.7 32.5 32.4

20 34.2 34.9 35.2 35.3 34.2

30 35.1 36.1 36.6 36.9 35.1

50 36.2 37.6 38.3 38.9 36.2

100 37.6 39.6 40.6 41.6 37.6 > Pmax registrado

175 38.6 41.1 42.5 43.7 38.6

500 40.3 43.9 45.9 47.8 40.3

Máximo Registrado: 37.06 mm N° Datos: 16


Consorcio M&V

Figura N°06.- Grafico de Precipitación Máxima 24 horas para diferentes periodos de retorno

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

1 10 100 1000

Prec

ipita

cion

(mm

)

Periodo de Retorno (Años)

Comparación de DistribucionesEstación Orcopampa

Normal Log Normal Log Person III Gumbel "Registrados"

Conclusión.-

Para la estimación de caudales efectuaron el análisis de frecuencias de los eventos hidrológicos máximos (registros de precipitación máxima en 24 horas) y la obtención de la distribución del mejor ajuste a los registros históricos:

Cuadro N° 08.- Resumen de Precipitación Máxima 24 horas

ESTACION FUNCION DE ALTITUD PRECIPITACIÓNPROBABILIDAD (msnm) Tr = 10

añosTr = 50 años

Tr = 100 años

Tr = 500 años

Andahua Normal 3528 34.5 39.0 40.6 43.9Orcopampa Normal 3801 32.4 36.2 37.6 40.2

De acuerdo de la influencia de la ubicación de las estaciones en las cuencas se han ponderado en los tributarios y quebradas que son interceptadas por la vía las que son las siguientes:


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Cuadro N° 09.- Influencia de la Precipitación Máxima 24 horas

N° Subcuenca Km.referencial

Andahua Orcopampa

1 SC-1 1+570 X -

2 Q1 1+850 X -

3 Q2 5+560 X -

4 Q3 6+050 X -

5 Q4 6+489 X -

6 Q5 7+940 X -

7 Q6 9+993 X -

8 Q7 10+704 X -

9 SC-2 11+228 X -

10 Q8 11+975 X -

11 Q9 12+300 X -

12 Q10 15+700 X -

13 Q11 16+540 X -

14 Q12 18+464 X -

15 SC-3 24+150 X -

16 Q13 53+780 - X

17 Q14 64+547 - X

1.1.5.4. Intensidad de diseño

Se recurrió al principio conceptual, referente a que los valores extremos de lluvias de alta intensidad y corta duración aparecen, en el mayor de los casos, marginalmente dependientes de la localización geográfica, con base en el hecho de que estos eventos de lluvia están asociados con celdas atmosféricas las cuales tienen propiedades físicas similares en la mayor parte del mundo.

Las estaciones de lluvia ubicadas en la zona, no cuentan con registros pluviográficos que permitan obtener las intensidades máximas. Sin embargo estas pueden ser calculadas a partir de las lluvias máximas sobre la base del modelo de Frederich Bell que permite calcular la lluvia máxima en función del período de retorno, la duración de la tormenta en minutos y la precipitación máxima de una hora de duración y periodo de retorno de 10 años. La expresión es la siguiente:


Consorcio M&V

Donde: t = duración en minutos T = periodo de retorno en años PT

t = precipitación caída en t minutos con periodo de retorno de T años P10

60 = precipitación caída en 60 minutos con periodo de retorno de 10 años.

El valor de P1060, se calcula a partir del modelo matemático propuesto por Yance

Tueros, que estima la intensidad máxima horaria a partir de la precipitación máxima en 24 horas.

I = intensidad máxima de precipitación en mm/h a, b = parámetros del modelo, ( a=0.4602, b=0.876)P24 = precipitación máxima en 24 horas

Para un período de retorno de 10 años, P24 de 32.4mm (obtenido de la distribución Normal), se tiene una altura de lluvia de 9.7mm, correspondiente a una duración de 60 minutos.

Las curvas de intensidad – duración – frecuencia, se han calculado indirectamente, mediante la siguiente relación:

Donde:I = Intensidad máxima (m/min)K,m,n = factores característicos de la zona de estudioT = período de retorno en añost = duración de la precipitación equivalente al tiempo de concentración (min)

Si se toman los logaritmos de la ecuación anterior se obtiene:

Log (I) = Log (K) + m Log (T) -n Log (t)

o bien: Y = a0 + a1 X1 + a2 X2

Donde:

Y = Log(I) ao= logK

X1= Log(T) a1= m

X2= Log(t) a2=- n

La ecuación resultante para la Estacion Andahua y Orcopampa es la siguiente:


Consorcio M&V

Estación Andahua:

Estación Orcopampa:

1.05.01 Tiempo de concentración

Para calcular el tiempo de concentración crítico se utilizó la formula de Kirpich, U.S. Corps of Engineers, U.S. Hathaway.

Fórmula de Kirpich.-

Fórmula de U.S. Corps of Engineers.-

Fórmula de U.S. Hathaway.-

Donde:tc = tiempo de concentración (hrs)L = Longitud de curso principal (Km)S= Pendiente a lo largo del cauce (m/m)n = factor de rugosidad

Debido que existe una relación inversa entre la duración de una tormenta y su intensidad, se asume que la duración critica es igual tiempo de concentración.


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CUADRO N°10.- Determinación del tiempo de concentración (horas)

Kirpich

US Corp of

Engineers

Hataway tc elegido

Q1 1+850.0 Andahua 0.75 3.18 1.40 4000.0 3800.0 200.0 0.1429 0.18 0.56 0.34 0.56

Q2 5+560.0 Andahua 0.58 4.32 2.05 4400.0 3700.0 700.0 0.3415 0.17 0.63 0.34 0.63

Q3 6+050.0 Andahua 1.13 5.11 1.41 4400.0 3700.0 700.0 0.4965 0.11 0.44 0.26 0.44

Q4 6+489.0 Andahua 1.13 4.01 1.38 4400.0 3700.0 700.0 0.5072 0.11 0.44 0.25 0.44

Q5 7+940.0 Andahua 2.20 6.63 2.60 4600.0 3700.0 900.0 0.3462 0.21 0.76 0.37 0.76

Q6 9+993.0 Andahua 1.33 6.15 3.39 4600.0 3800.0 800.0 0.2360 0.30 1.00 0.46 1.00

Q8 11+975.0 Andahua 1.02 4.28 4.28 3800.0 3700.0 100.0 0.0234 0.86 1.85 0.89 1.85

Q10 15+700.0 Andahua 0.62 3.32 3.32 4050.0 3650.0 400.0 0.1205 0.38 1.12 0.54 1.12

Q11 16+540.0 Andahua 0.66 3.53 3.53 4200.0 3700.0 500.0 0.1416 0.37 1.13 0.53 1.13

Q12 18+464.0 Andahua 0.89 3.55 3.55 3950.0 3680.0 270.0 0.0761 0.47 1.28 0.62 1.28

Q13 53+730.0 Orcopampa 1.91 9.75 9.75 4520.0 4440.0 80.0 0.0082 2.43 4.22 1.66 4.22

Q14 64+547.0 Orcopampa 2.91 15.07 15.07 4790.0 4550.0 240.0 0.0159 2.64 5.18 1.74 5.18

Cota Inferior (msnm)

Desnivel (m)

Pendiente (m/m)

tc (hrs)

N°Longitud

del Cauce (Km)

Cota Superior (msnm)

Progresiva (Km)

EstacionArea

(Km2)

Perimetro cauce (Km)

SC-1 01+570.0 Qda.Membrilluyoc1 Andahua 18.89 22.10 11.33 4850.0 3800 1,050.0 0.093 1.434 1.07 2.98 1.01 2.98

Q7 10+704.0 Qda.Membrilluyoc2 Andahua 6.00 9.90 3.78 4650.0 3750 900.0 0.238 1.140 0.32 1.08 0.49 1.08

SC-2 11+228.0 Rio Ocoruro Andahua 323.30 85.64 28.88 4900.0 3740 1,160.0 0.040 1.344 3.05 7.12 1.90 7.12

Q9 12+300.0 Qda.Quimsa Turia Andahua 12.23 18.64 9.46 4000.0 3700 300.0 0.032 1.504 1.41 3.19 1.19 3.19

SC-3 24+150.0 Qda Toreapata Andahua 5.45 10.25 5.23 4400.0 3550 850.0 0.163 1.239 0.48 1.49 0.62 1.49

EstacionUbicación (Km) Nombre

Area (Km2)

Tiempo de concentración tc( horas)

Tc elegido

Conclusión.-Como se puede apreciar en el cuadro, los tiempos de concentración estimados difieren, dando la Formula de Us Corp of Engineers que da valores más elevados, en cambio los otros dos métodos se parecen en valor. Pero debido que la determinación del tiempo de concentración está en función de la longitud de recorrido y la pendiente, solo el caso de la formula de Hataway está en función de la cobertura vegetal.

En la realidad existen parámetros que influyen en el comportamiento de la cuenca como las características del suelo, cobertura vegetal, topografía de la cuenca, obras de encauzamiento, represamientos que influyen en la determinación del valor más real del tiempo de concentración.

Para el caso del estudio se ha considerado la Formula de Us Corp of Engineers para la determinación del tiempo de concentración.


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1.1.5.5. Periodo de recurrenciaEn el cuadro Nº 10, se indican períodos de retorno aconsejables según el tipo de obra de drenaje.

Cuadro N° 11.- Periodos de retorno para diseño de obras de drenaje en caminos de bajo

volumen de transito

Fuente.- Manual de diseño de Carreteras no Pavimentadas de Bajo Volumen de Transito

Con respecto a la determinación de la altura de socavación de acuerdo a lo indicado en el Manual de Diseño de Puentes,..” título 1-2 Estudios de Hidrología e Hidráulica (elaborado por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones), se indica que se debe garantizar un estándar hidráulico mayor para el diseño de la cimentación del puente que el usualmente requerido para el dimensionamiento del área de flujo a ser confinada por éste, por lo que consideramos lo planteado por Laursen (1999) que recomienda verificar la profundidad de socavación para un periodo de 500 años”.

1.1.5.6. Caudal de diseñoLa estimación del caudal de diseño, se ha determinado en función de la estimación de precipitación, las características fisiográficas y que de acuerdo al área de la cuenca se aplicara el Método Racional, Método de Hidrograma Unitario.

1.1.5.6.1. Método Racional

Este método Racional, aplicado para cuencas menores 5 km2y determina la descarga máxima instantánea en función de la siguiente expresión:

Donde:Q = Descarga máxima en m3/seg.C = Coeficiente de escorrentía de la cuencaA = Área de cuenca en Km2

I = Intensidad de precipitación horaria en mm/hora, con una duración igual al tiempo de concentración


DESCRIPCION PERIODO DE RETORNO

( años)

Puentes y pontones 100

Alcantarillas de paso 50

Alcantarillas de alivio 10-20

Drenaje de la plataforma 10

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La determinación del coeficiente de escorrentía se determino de acuerdo al periodo de retorno y las características de las superficies de acuerdo a lo que se indica en el Cuadro Nº12.

Cuadro Nº12.-Coeficientes de escorrentía para ser usados en el Método Racional

2 5 10 25 50 100 500

Areas de Cultivos

Plano, 0-2% 0.31 0.41 0.36 0.40 0.43 0.47 0.57

Promedio, 2-7% 0.35 0.38 0.41 0.44 0.48 0.51 0.60

Pendiente superior a 7% 0.39 0.42 0.44 0.48 0.51 0.54 0.61

Pastizales

Planos, 0-2% 0.25 0.28 0.30 0.34 0.37 0.41 0.53

Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 0.42 0.45 0.49 0.58


Bosques

Planos, 0-2% 0.22 0.25 0.28 0.31 0.35 0.39 0.48

Promedio, 2-7% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.56


Característica de la superficiePeríodo de retorno

Fuente.- Hidrología Aplicada, Ven Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays

El método asume que:La magnitud de una descarga originada por cualquier intensidad de precipitación alcanza su máximo cuando esta tiene un tiempo de duración igual o mayor que el tiempo de concentración.

La frecuencia de ocurrencia de la descarga máxima es igual a la de la precipitación para el tiempo de concentración dado.

La relación entre la descarga máxima y tamaño de la cuenca es para la misma que entre la duración e intensidad de la precipitación.

1.1.5.6.2. Método del Hidrograma Unitario

Este método está limitado para cuencas mayores a 5 km2, y establece que el caudal pico de hidrogramas puede expresarse mediante la expresión siguiente:

Donde:

Qp = Caudal pico (m3/s).

qp = Gasto pico de un hidrograma unitario. (m3/s/mm)

Pe = Precipitación efectiva.(mm)


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Mockus desarrolló un hidrograma unitario sintético de forma triangular. De la geometría del hidrograma unitario, se expresa el gasto pico como:

Donde:

A = Área de la cuenca (Km2).

tb = tiempo base (hrs)

qp = Gasto pico de un hidrograma unitario. (m3/s/mm)

La precipitación efectiva según, Soil Conservation Service (SCS), expresada en mm es:

El caudal de diseño se ha obtenido multiplicando el caudal unitario por la altura efectiva, este valor ha sido calculado tomando en cuenta la curva I-D-F y los números de escurrimiento.

La determinación del coeficiente de escorrentía se determino de acuerdo al uso de la tierra y cobertura, pendiente y tipo de suelo. Considerándose CN = 70, lo que se indica en el Cuadro Nº13.


Consorcio M&V

Cuadro Nº13.- Números de escurrimiento

Uso de la tierra Tratamiento Pendiente

y cobertura del suelo del terreno

en % A B C D

Sin cultivo Surcos rectos - 77 86 91 94

Cultivo en surco Surcos rectos, sin tratamiento de conservación>1 72 81 88 91

Tierra cultivada Surcos rectos <1 67 78 85 89

Gramineas Contorneo >1 70 79 84 88

maiz Contorneo <1 65 75 82 86

Terrazas >1 66 74 80 82

Terrazas, con tratamiento de conservación <1 62 71 78 81

Cereales Surcos rectos >1 65 76 84 88

Surcos rectos <1 63 75 83 87

Contorneo >1 63 74 82 85

Contorneo <1 61 73 81 84

Terrazas >1 61 72 79 82

Terrazas <1 59 70 78 81

Leguminosas o Surcos rectos >1 66 77 85 89

praderas con Surcos rectos <1 58 72 81 85

rotación Contorneo >1 64 75 83 85

Contorneo <1 55 69 78 83

Terrazas >1 63 73 80 83

Terrazas <1 51 67 76 80

Pastizales condiciones pobres >1 68 79 86 89

<1 39 61 74 80

Contorneo >1 47 67 81 88

Contorneo <1 6 35 70 79

Pradera permanente condiciones optimas <1 30 58 71 78

Bosques naturales

Muy ralo 56 75 86 91

Ralo troncos delgados, cubierta pobre, sin hierbas 46 68 78 84

Normal 36 60 70 77

Espeso cubierta buena 26 52 62 69

Muy Espeso 15 44 54 61

Caminos

De terracería 72 82 87 89

Con superficie dura 74 84 90 92

Tipo de Suelo

Fuente: Aparicio Francisco.-Fundamentos de Hidrología de Superficie


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Cuadro Nº12.-Determinación del Caudal de Diseño de cauces mayores ( A>5Km2 ) - Método del Hidrograma Unitario Triangular

ESTACION: ANDAHUA ESTACION: ORCOPAMPA

K= 66.50 K= 64.56 64.56

m= 0.131 m= 0.148 0.148

n= 0.499 n= 0.536 0.536

Pmax50 = 39.0 Pmax50 = 39.0 36.2

Tr=50 Pe Tr=50

SC-1 01+570.0 Qda.Membrilluyoc1 Andahua 18.89 22.10 11.33 4850.0 3800 1,050.0 0.093 1.434 1.07 2.98 1.01 2.98 0.96 2.46 6.57 1.60 70 24.9 0.09 0.14

Q7 10+704.0 Qda.Membrilluyoc2 Andahua 6.00 9.90 3.78 4650.0 3750 900.0 0.238 1.140 0.32 1.08 0.49 1.08 0.35 0.89 2.38 1.40 70 15.0 0.45 0.63

SC-2 11+228.0 Rio Ocoruro Andahua 323.30 85.64 28.88 4900.0 3740 1,160.0 0.040 1.344 3.05 7.12 1.90 7.12 2.29 5.85 15.62 11.49 70 38.5 2.22 25.51

Q9 12+300.0 Qda.Quimsa Turia Andahua 12.23 18.64 9.46 4000.0 3700 300.0 0.032 1.504 1.41 3.19 1.19 3.19 1.21 2.81 7.50 0.91 70 25.7 0.14 0.13

SC-3 24+150.0 Qda Toreapata Andahua 5.45 10.25 5.23 4400.0 3550 850.0 0.163 1.239 0.48 1.49 0.62 1.49 0.49 1.24 3.31 0.91 70 17.6 0.17 0.15

Estacion

Lluvia efectiva (mm)Caudal

unitario qp (m3/s/mm)

Altura de lluvia P (mm)Ubicación

(Km) NombreArea (Km2)

Caudal máximo (m3/seg)Número

de curva N

Tiempo de concentración tc( horas)

Tc elegido

nc

m

t

KTI

NP

NP

Pe 203202.203

50808.50

2

bp t

Aq 555.0r

cp t

tt

2

64.0

005.0

S

Ltr

pb tt 67.2rcp ttt


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Cuadro Nº13.-Determinación del Caudal de Diseño de cauces menores ( A<5Km2 ) - Método Racional


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1.1.6. DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE PROYECTADA

En este capítulo se indica el análisis para el control de los flujos de agua superficial y subsuperficial que discurren en el área de la carretera.Para ello se ha tenido como soporte la evaluación hidráulica y las condiciones de las obras de drenaje existentes, las características del área de proyecto y el estudio hidrológico realizado.

A continuación abordamos los diversos elementos del sistema de drenaje propuestos en el estudio.

1.1.6.1. Drenaje Transversal

En el desarrollo de la evaluación de campo se han tomado lecturas de las evidencias existentes, tales como secciones del cauce, tipo de material de arrastre y niveles máximos de flujo que han servido para determinar la sección hidráulica de la estructura a proyectar.Se ha previsto estructuras de cruces para cubrir las siguientes necesidades:

En ubicaciones nuevas tanto para el pase de quebradas, cruce de canales de riego, como de descarga de cunetas.

Reemplazo de alcantarillas existentes cuya sección hidráulica es insuficiente. Reemplazo de pases de agua para riego, considerando las condiciones actuales

de operación.

1.1.6.1.1. Estructuras de cruce

a. Alcantarillas en cauces mayores

En cauces mayores y menores se ha determinado el caudal hidrológico para un período de retorno de 50 años y se verifico las condiciones hidráulicas de las estructuras existentes.

Cuadro Nº14.- Relación de estructura a reemplazar y/o proyectar en cauces mayores

N° Cuenca

Progresiva (Km)

Nombre Condición

existente PermaneceSC-2 11+228 Rio Ocoruro ML 4.5x6.0 Permanece

Los resultados de los cálculos se presentan en el Anexo: Cuadro N° 03 Verificación y cálculo de las dimensiones mínimas de las estructuras de cruce – quebradas mayores.


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b. Alcantarillas en cauces menores

En el estudio hidrológico se han determinado los caudales máximos de los cauces existentes, para definir la sección hidráulica de la nueva estructura.

Cuadro Nº15.- Relación de estructura a reemplazar y/o proyectar en cauces menores

N° Cuenca

Progresiva (Km)

Condición

existente Proyectar q1 1+850 - Proyectar MC 1.0x1.0q4 6+489 - Proyectar MC 1.0x1.0

q10 15+700 - Proyectar MC 1.0x1.0

Los resultados de los cálculos se presentan en el Anexo: Cuadro N° 04 Verificación y cálculo de las dimensiones mínimas de las estructuras de cruce – quebradas mayores.ConclusiónEn los cuadros N° 03 y 04, los aportes de caudal hidrológico estimado que captará la estructura de cruce es menor que el caudal de diseño determinado por la aplicación de la Ecuación de continuidad, cumpliéndose la dimensión existentes y/o propuestas para las estructura de cruce indicadas.

c. badén, en quebradas

Las quebradas al ser interceptadas con la vía proyectada el fondo de la quebrada es igual a la cota de la rasante, por lo que se determinó como estructura de drenaje transversal un badén que tendrá una inflexión mínima que permitirá el escurrimiento del flujo libremente, considerándose además la protección a la entrada y salida de la estructura.

Cuadro Nº16.- Relación de badén en cauces mayores

N° Cuenca

Progresiva (Km)

Nombre Condición

existente Proyectar SC-1 1+570 Qda.Membrilluyoc1 - Proyectar badénq7 10+704 Qda.Membrilluyoc2 - Proyectar badénq9 12+300 Qda.Quimsa Turia - Proyectar alcantarilla SC-3 24+150 Qda.Toreapata - Proyectar badén

Cuadro Nº17.- Relación de badén en cauces menores


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N° Cuenca

Progresiva (Km)

Condición

Existente Proyectar q2 5+560 - Proyectar alcantarillaq3 6+050 - Proyectar badénq5 7+940 - Proyectar alcantarillaq6 9+993 - Proyectar badénq8 11+975 - Proyectar alcantarilla

q11 16+540 - Proyectar badénq12 18+464 - Proyectar badénq14 53+730 - Proyectar badénq15 64+547 - Proyectar badén

El cálculo hidráulico a partir de la Formula de Manning:

Qd > Qh

Donde:

b = base del badénSi = pendiente al ingresoSs = pendiente a la salidan = rugosidadH = altura Y = tiranteQh (m3/seg) = Descarga máxima proyectada en m3/seg. (Proveniente del estudio hidrológico)Qd (m3/seg) = Descarga de diseño Se adjunta Cuadro N°05 Determinación de la sección hidráulica del badén

d. Alcantarillas de alivio, descarga de cunetas

Las alcantarillas de alivio permiten el paso del flujo que conduce el drenaje longitudinal (cunetas).

Las alcantarillas han sido diseñadas de acuerdo a las características topográficas del terreno donde se ubicará la estructura, además de tomar en cuenta el máximo aporte de las cunetas y dando las márgenes de seguridad para el mantenimiento

De acuerdo al aporte de cunetas de 350m como máximo en una dirección, se tiene un caudal estimado de Qaporte cunetas = 84.5 l/seg.

Considerando el aporte máximo de cunetas de 700m en ambas direcciones, se tiene un caudal estimado de Qaporte cunetas = 169 l/seg.


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Para una MC 0.60x0.60m, el caudal máximo Q= 1.76 m3/seg, cuyo el flujo discurrirá con velocidad máxima de 2.5m/seg para un tirante de 0.69m y pendiente s= 2%. Qaporte de cunetas < Qalcantarilla

Por lo que se considera como sección mínima de alcantarilla de alivio de MC 0.6mx0.6m.

En el Anexo se indica en el Cuadro N°04 la relación de alcantarillas propuestas.

1.1.6.2. Drenaje Longitudinal1.1.6.2.1. cunetas

El control de las aguas superficiales que discurren por la superficie de rodadura así como por los taludes de corte, se realiza a través de las cunetas, que conducen el flujo hasta las estructuras de cruce o al terreno natural.

El tipo de cuneta a proyectar es:

o Sección triangular, (altura de 0.30m), en zonas de media ladera, inclinación del

talud interior en la cuneta de 2.5H:1V, el talud externo ( talud de corte) de acuerdo al talud de corte.

Fuente: Manual para el Diseño de carreteras no pavimentadas de bajo volumen de transito

La cuneta triangular sigue un curso paralelo a la rasante proyectada de la carretera y esta varía de acuerdo a la topografía existente.

1.1.6.3. Subdrenaje

A partir de la evaluación de campo se detectó sectores con problemas de acolchonamiento o saturación en la plataforma así como filtraciones en el talud.

Considerando que la conexión entre el proceso hidrológico y subterráneo, depende del tipo de suelo y la topografía donde la trayectoria de la precipitación que filtra fluye a través de medios porosos no necesariamente se pueden visualizar, por lo que se


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deberá tener en cuenta sectores adicionales en el momento de la ejecución es por ello que considerando las limitaciones tanto por la fecha de evaluación como la imposibilidad de desarrollar programas de exploración donde se tendrán corte cerrado o trabajos de corte donde se puede presentar vena de escurrimiento que aflore en el talud, las progresivas del inicio y final de los tramos de subdrenaje deberán ser verificados en forma conjunta entre el Contratista y Supervisor.

Se adjunta en el anexo los cálculos respectivos.

1.1.6.4. Defensas Ribereñas

A partir de la evaluación de campo se detectó sectores con erosión ribereña, para lo cual se realizó el levantamiento topográfico de las secciones, perfil del cauce y determino el tirante de agua y velocidad del rio en los sectores donde se presentaron erosión en el borde la plataforma existente.

Para la determinación del caudal de diseño se aplico los datos de la estación de Orcopampa para un Tr= 50 años.

Se adjunta en el anexo con los cálculos respectivos.


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1.1.7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. La cuantificación de las descargas de diseño para las obras de drenaje propuestas, se ha efectuado en base a los registros de precipitaciones máximas en 24 horas mediante relaciones precipitación-escorrentía. Se utilizó los registros históricos de la Estación Metereológica de Andahua y Orcopampa, cercana a la zona de estudio.

2. En el análisis estadístico tanto para los registros de la Estacion de Andahua como de Orcopampa establece que la Distribución Normal, es la que mejor se ajusta satisfactoriamente a los datos de la muestra, resultado de la prueba de bondad Kolmogorov – Smirnov.

3. En el tramo se evaluaron (05) quebradas de cuencas mayores con superficies entre 5.49 Km2 y 309.17Km2, identificadas en la carta nacional y (12) quebradas de cauces menores con superficies de cuencas de 0.06 Km2 a 3.04Km2, en la evaluación en campo y verificadas en la carta nacional.

El caudal de diseño, para la determinación de la sección hidráulica en las quebradas cuencas mayores, se ha obtenido mediante el Método del Hidrograma Triangular. Con el caudal determinado y las características topográficas y geomorfológicas de la cuenca, se dimensionó la sección hidráulica, las cuales se indican en el cuadro N°11.

El caudal de diseño, para la determinación de la sección hidráulica en las quebradas de cuencas menores, se obtuvo mediante el Método Racional. Con el caudal determinado y las características topográficas y geomorfológicas de la cuenca, se determinaron las secciones hidráulicas de las obras de drenaje transversal, las cuales se indican en el cuadro N°12.

4. El diseño de los obras de drenaje fueron apoyadas con información de campo como un elemento de calibración a los resultados obtenidos de los cálculos hidráulicos.

5. De acuerdo al caudal estimado de la cuenca mayor (SC-02) se ha verificado la dimensión hidráulica de la alcantarilla existente.

6. De acuerdo al caudal estimado de las cuencas menores se ha verificado las dimensiones hidráulicas de las alcantarillas existentes y proyectadas en las quebradas que no cuentan con estructuras de cruce, alcantarillas de sección de 1.0mx1.0m. Para descargas el drenaje pluvial del aporte de cunetas, se ha previsto alcantarillas de alivio tipo MC 0.60x0.60m.

7. Se han proyectado ochenta y tres (83) alcantarillas tipo marco de concreto, de dos dimensiones típicas como son: 1.0m x1.0m siete (07) unidades y 0.60m x 0.60m en setentiseis (76) unidades.

8. Para el drenaje transversal se han proyectado 19 badenes, de dimensiones variables y ubicaciones correspondientes que se indican en el presente informe.


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9. En sectores con afloramientos de agua cercana a la plataforma para controlar el flujo subsuperficial se está recomendando proyectar estructuras de subdrenaje.se ha proyectado 2,331 m. de Subdrenaje mediante tubería perforada.

10. Se han proyectado 765.00 m de defensas ribereñas mediante el uso de muros de tipo gavión.

11. Se ha proyectado 33,696.00 m de cunetas en el lado izquierdo y 4,462.50 m de cuentas en el lado derecho, totalizando una longitud de 38,158.50 m de cunetas según las dimensiones indicadas en el presente informe.

12. Se ha proyectado en 471.00 m la limpieza y descolmatación de cauce en las progresivas descritas, debiendo de colocarse el material extraído al lado derecho del cauce del rio a modo de protección.


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