Recursos Hidraulicos de Trocha Carrozable

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DISEÑO HIDRÁULICO DE LA TROCHA CARROZABLE PUENTE ALTO - SAN JUAN - DISTRITO DANIEL ALONIA ROBLES - LEONCIO PRADO - HUANUCO

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DISEÑO HIDRÁULICO DE LA TROCHA

CARROZABLE PUENTE ALTO - SAN JUAN - DISTRITO DANIEL ALONIA ROBLES - LEONCIO PRADO -

HUANUCO

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ÍNDICEDISEÑO HIDRÁULICO DE LA TROCHA CARROZABLE PUENTE ALTO - SAN JUAN - DISTRITO DANIEL ALONIA ROBLES - LEONCIO PRADO - HUANUCO......1

I. INTRODUCCION.........................................................................................................................5

II. OBJETIVOS..................................................................................................................................6

III. GEORREFERENCICACIÓN..................................................................................................8

1. Generalidades:......................................................................................................................8

2. Características Topográficas..........................................................................................8

3. Ubicación Del Área De Estudio:....................................................................................9

4. Recursos Humanos.............................................................................................................9

IV. ESPECIFICACIONES TECNICAS DE TRABAJO............................................................9

1. GEODESIA...............................................................................................................................9

2. CARTOGRAFÍA......................................................................................................................9

V. METODOLOGIA DE TRABAJO..........................................................................................10

1. TRABAJOS DE GABINETE Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS.................10

VI. RESULTADO DEL ESTUDIO.............................................................................................10

1. POSICIONAMIENTO GEODESICO...............................................................................10

Control Horizontal Y Vertical...........................................................................................10

2. PASES DE AGUA................................................................................................................ 11

VII. ANEXO I..................................................................................................................................11

VIII. DISEÑO GEOMETRICO...................................................................................................15

1. PASOS PARA REALIZAR EL DISEÑO:.......................................................................15

2. VERIFICACION SEGÚN EL DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS 2013:....................................................................................................................................................... 17

IX. ANTECEDENTES..................................................................................................................22

X. HIDROLOGIA........................................................................................................................... 23

1. Aspectos Generales Del Ámbito Del Estudio........................................................23

1.1. Geomorfología...........................................................................................................23

1.2. Información de Las Sub cuencas del río Huallaga – río Tulumayo.. . .24

Parámetros geomorfológicos del rio Tulumayo......................................................24

....................................................................................................................................................... 24

2. Factores Hidrológicos Y Geológicos Que Inciden En El Diseño Hidráulico De Las Obras De Drenaje....................................................................................................25

2.1.1. Situación Geográfica...........................................................................................25

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2.1.2. Topografía...............................................................................................................25

XI. DRENAJE SUPERFICIAL....................................................................................................38

1. Generalidades.................................................................................................................... 38

2. Características Topográficas.......................................................................................39

3. Estudio de cuencas hidrográficas..............................................................................40

4. Características del cauce...............................................................................................40

5. Datos de crecidas..............................................................................................................40

6. Evaluación de obras de drenaje existentes...........................................................40

XII. ALCANTARILLAS................................................................................................................41

1. Generalidades.................................................................................................................... 41

2. Ubicación en planta.........................................................................................................41

3. Pendiente Longitudinal..................................................................................................41

4. Elección del tipo de alcantarilla.................................................................................41

5. Recomendaciones a tener en cuenta para el diseño de una alcantarilla. 42

6. Diseño Hidráulico.............................................................................................................42

6.1. Consideraciones para el diseño.........................................................................42

7. Relación de Alcantarillas...............................................................................................43

XIII. BADENES..............................................................................................................................44

1. Generalidades.................................................................................................................... 44

2. Consideraciones para el diseño..................................................................................44

3. Diseño Hidráulico.............................................................................................................45

4. Relación de Badenes.......................................................................................................45

XIV. PUENTES.............................................................................................................................. 45

1. Generalidades.................................................................................................................... 45

2. Consideraciones Generales..........................................................................................46

3. Ubicación de un Puente.................................................................................................46

4. Parámetros Hidráulicos para el diseño de un Puente......................................47

5. Cálculo Hidráulico............................................................................................................47

5.1. Consideraciones....................................................................................................... 48

XV. SOCAVACIÓN........................................................................................................................48

1. Métodos para Profundidad de Socavación............................................................49

1.1. Método de Velocidad Crítica y Agua Clara....................................................49

1.2. Método de Lischtvan – Levediev.......................................................................49

XVI. SOCAVACIÓN LOCAL.......................................................................................................49

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1. Métodos para Profundidad de Socavación............................................................49

1.1. Método de Laursen y Toch...................................................................................49

2. Estimación de la socavación local en pilares........................................................50

1.2. Método de Larras (1963).....................................................................................50

1.3. Método de Arunachalam (1965, 1967)..........................................................50

3. ESTIMACIÓN DE LA SOCAVACIÓN LOCAL EN ESTRIBOS..............................51

1.4. Método de Artamonov...........................................................................................52

1.5. Método de Laursen..................................................................................................54

XVII. OBRAS DE PROTECCION..............................................................................................56

1. ENROCADOS....................................................................................................................... 56

2. GAVIONES............................................................................................................................ 60

XVIII. SISTEMAS DE DRENAJE..............................................................................................62

1. Sistema de Drenaje Longitudinal...............................................................................62

2. Drenaje Subterráneo.......................................................................................................69

XIX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................................72

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I. INTRODUCCION

La evaluación del comportamiento desde el punto de vista hidráulico estructural de estructuras ubicadas aguas arriba o aguas abajo de la estructura proyectada es de mucha utilidad, porque permite contar con información relevante para lograr diseños adecuados, tomando cuenta su funcionamiento ante la presencia de procesos geomorfológicos como erosión, sedimentación u otros fenómenos, a los que han estado sometidas.

El drenaje es un sistema de control de las aguas que llegan a las carreteras y pueden ocasionar problemas de funcionamiento e interrupciones de servicio.

La localización y el diseño de las obras de drenaje tienen una gran importancia en el proyecto de vías terrestres, una mala localización o un mal diseño ocasionan graves problemas en el buen funcionamiento de una carretera, pues la falla de una obra trae como consecuencia la interrupción del servicio de la vía en operación, así como las molestias causadas a los usuarios por la pérdida de tiempo, además de las pérdidas económicas que pueden ser considerables.

El estudio de la “CONSTRUCCION DE TROCHA CARROZABLE PUENTE ALTO SAN JUAN – LA COLORADA – JORGE CHAVEZ – JOSE CARLOS MARETEGUI – JULIO C. TELLO – ONCE DE OCTUBRE, concreta una vieja aspiración de los pueblos del distrito de DANIEL ALOMIA ROBLES - PUMAHUASI de ser vinculados a través de una carretera que ahora se proyecta para un futuro inmediato. Esta impulsará la vinculación y el desarrollo de los centros poblados, anexos y distritos de la provincia de LEONCIO PRADO.

La evaluación del comportamiento desde el punto de vista hidráulico e hidrológico, es necesaria para desarrollar correctamente la construcción de la trocha en mención, es necesario corregir la ubicación de Badenes, Alcantarillas, Pontones, aumentar o disminuir dimensiones, de ser necesario quitar algunas obras de arte, verificar el diseño geométrico, pendientes y curvas mínimas y máximas.

El drenaje es un sistema de control de las aguas que llegan a las carreteras y pueden ocasionar problemas de funcionamiento e interrupciones de servicio.

La localización y el diseño de las obras de drenaje tienen una gran importancia en

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el proyecto de vías terrestres, una mala localización o un mal diseño ocasionan graves problemas en el buen funcionamiento de una carretera, pues la falla de una obra trae como consecuencia la interrupción del servicio de la vía en operación, así como las molestias causadas a los usuarios por la pérdida de tiempo, además de las pérdidas económicas que pueden ser considerables.

II. OBJETIVOS

Establecer el trazo en campo de la vía, además de la Geo-referenciación, para el Control Horizontal y Vertical para la etapa de identificación de la vía, como parte del estudio definitivo de carreta a nivel trocha carrózale. Con la finalidad de obtener información fidedigna y actual de la zona de trabajo en mención.

Determinar las obras hidráulicas necesarias para el buen funcionamiento y conservación de la trocha carrózale, que no han sido considerado en el proyecto, e incluso en su ejecución.

Evaluar un buen diseño hidrológico para la adecuada distribución de obras de arte en la trocha carrózale.

Determinar las progresivas en donde se ubicaran las obras de protección, como los enrocados y gaviones.

Calcular los parámetros hidrológicos de la cuenca de la cuenca y sub cuencas para la determinación de los caudales de diseño.

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PASOS PARA REALIZAR EL DISEÑO

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III. GEORREFERENCICACIÓN

1. Generalidades:Uno de los objetivos de la municipalidad distrital es ampliar y mejorar la infraestructura de la Red Vial Distrital, buscando la integración de las provincias y distritos que aún no cuentan con este servicio, así como también, lograr su desarrollo integrándolos a la vida socio-económica de la Región; para cumplir con estos objetivos es que a través de la Sub Gerencia de Estudios y Obras de la municipalidad distrital, se elabora el presente expediente que consta de 17+240Km.

Durante los últimos años de la década del 80’ y los primeros de los 90’, los habitantes de las localidades beneficiarias enfrentaron serios problemas sociales y consecuentemente dificultades económicas que aún persisten; causadas por la presencia de la violencia social y escasa presencia del estado. El cultivo de la hoja de coca, fue la principal actividad de la zona, la que se presume su asociación con el narco tráfico.

2. Características Topográficas.Para el caso de la trocha carrózale, el levantamiento topográfico realizado es deficiente, ya que no se cuenta con el plano topográfico necesario para hacer la geo-referenciación correcta, las coordenadas encontradas en los planos existentes son incorrectas, ya que al ubicar dichas coordenadas en las vistas satelitales, estas no ubican ninguna trocha existente, por lo que se optó por buscar según el parecido con el eje de la trocha alguna que tenga las características similares, a lo que se hace referencia en las siguientes imágenes satelitales y coordenadas existentes.

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3. Ubicación Del Área De Estudio:El área de estudio se encuentra ubicada en la jurisdicción del distrito de Daniel Alomia Robles- Pumahuasi, del departamento de Huanuco

Geográficamente el centro de la zona de estudio se encuentra ubicado en las coordenadas:

PUNTO1 LATITUD LONGITUD

Progresiva 0+000 9°18'33.8575"S 75°51'37.12195"W

4. Recursos Humanos.Para los trabajos de campo y gabinete se ha contado con la participación de los Alumnos en los siguientes campos:

Geodesia y Topografía.

IV. ESPECIFICACIONES TECNICAS DE TRABAJO

1. GEODESIAEl posicionamiento geodésico de los puntos de control en el proyecto se ha realizado mediante el uso de Cartas Nacionales y Vistas Aéreas con el fin de obtener la ubicación y posterior estudio de la trocha y sus estudios hidráulicos e hidrológicos.

2. CARTOGRAFÍA. 2.1 Datum de Referencia

El Datum de referencia a utilizar será el WGS 84 2.2 Proyección Cartográfica

Toda la cartografía se efectuará usando la Proyección Cartográfica Universal Transversal de Mercator (UTM)

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V. METODOLOGIA DE TRABAJO

1. TRABAJOS DE GABINETE Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS.

Los trabajos de gabinete comprenderán lo siguiente:

Obtención de Coordenadas de los planos proporcionados Ubicación de las coordenadas en las vistas aéreas. Ubicación de coordenadas y de Eje en la Carta Nacional 19L Identificación de los pases de agua. Elaboración y revisión de Planos

VI. RESULTADO DEL ESTUDIO

1. POSICIONAMIENTO GEODESICOControl Horizontal Y VerticalPara el establecimiento de la red geodésica en el proyecto se posicionaron 02 puntos en el Eje de la trocha, obtenidos por las coordenadas del plano, se demarcaron el Inicio y Fin de la Carretera, y presenta las siguientes coordenadas:

Coordenadas Eje-Trocha

INICIO FIN

Este 405516.22 Este 410,557.15

Norte 8’970,826.96 Longitud 8’972,656.91

Elevación 770 m Altura 1021 m

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2. PASES DE AGUA

Se identificacaron 61 fajas marginales(pases de agua)

VII. ANEXO I

Imágenes Satelitales de la Zona de Estudio

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UBICACIÓN DEL EJE

EJE DE LA CARRETERA

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EJE UBICADO EN LA CARTA NACIONAL-PASES DE AGUA

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DISEÑO GEOMÉTRICO SEGÚN LA DG -2013

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VIII. DISEÑO GEOMETRICO

1. PASOS PARA REALIZAR EL DISEÑO:a. Identificar la meta; el proyecto consiste en ejecutar: La construcción de una

trocha carrozable desde el Km. 00+000 hasta el Km. 17+240, con un ancho de rodadura de 4.50 m, alcantarillas TMC D=36” ; C=12 (36) que tienen entre 3 a 5 metros, construcción. de cunetas a lo largo de la trocha, construcción de 05 pontones Construcción de 20 badenes.

b. Reconocimiento del terreno; inspección ocular “IN SITU” del terreno y una vez determinada la mejor alternativa se procedió a realizar el levantamiento topográfico del trazo por el método convencional mediante estacas colocadas cada 20 metros en los tramos en tangente y 10 metros en tramos en curva.Los ángulos de inflexión han sido tomados con teodolito en cada punto de intersección (PI), el perfil longitudinal del terreno ha sido tomado con nivel

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cada 20 metros para su posterior representación en planos y el diseño de la sub rasante de la vía, las secciones transversales se realizaron con el eclímetro ubicando en cada estaca del perfil longitudinal y a ambos lados del eje de la vía.

c. El Volumen de Tráfico, se ha estimado que puesto en servicio este camino vecinal circulará probablemente un volumen de 25 vehículos por día, de los cuales la mayoría serán vehículos de carga.

d. El Tipo de Usuario, el tipo de usuario a considerarse para el diseño es un Vehículo H20 correspondiente a un vehículo de 20 Toneladas Inglesas equivalente a 18.16 Toneladas Métricas. Posteriormente, cuando las condiciones estén dadas en el futuro, de acuerdo al desarrollo social y económico del Camino Vecinal Tipo 3 podría ser elevado de categoría a uno de Tipo 2, con lo cual se realizarán las mejoras respectivas.

e. Diseño Geométrico; basandose en la velocidad directriz conjuntamente con la ubicación de los PIs definitivos del trazo utilizando equipo mecánico. Ubicación de los elementos de la curva; Principio de Curva (PC) y Principio de Tangente (PT). Estacado cada 20 m en tangente y cada 10 m. en curvas, además de las estacas intermedias.Se nivelaron todas las estacas del eje, levantándose el perfil longitudinal del terreno, tomando como referencia las cotas de los hitos geodésicos, cuya nivelación fue cerrada cada 500m. Colocándose los BMs en hitos debidamente referenciados y en lugares fuera del alcance de los trabajos.

f. Clasificación de la carretera; según su jurisdicción corresponde como caminos vecinales de tercera categoría (CV-3) debido a su alineación en planta y perfil y a la escasa intensidad del tráfico.

g. Radios máximos y mínimos, estos caminos, corresponden a caminos de la red vecinal: a esta clase de carreteras corresponden los siguientes valores:

Topografía Vel. Directriz

k/h

Radio Mínimo

Pendiente Máxima

Anchura de Plataforma

Plana 35 – 45 60 10% 5.00

Ondulada 25 – 30 25 10% 4.00

Accidentada 15 – 25 15 10% 4.00

Muy Accidentada

10 – 15 10 10% 4.00

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FUENTE: Expediente técnico.h. Parámetros de diseño, Según la jurisdicción – Sistema Nacional,

(corresponde a una carretera Longitudinal)

FUENTE: Expediente técnico.

2. VERIFICACION SEGÚN EL DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS 2013:

a. Clasificación de la carretera: TROCHA CARROZABLE, con IMD = 25 vehículos por día, si cumple con DG-2013.

Fuente: DG-2013b. Velocidad Directriz de Diseño:

30 Km/h, si cumple con DG-2013

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Fuente: DG-2013c. Radios Mínimos y Máximos:

RADIO Min, 10 mt, no cumple con DG-2013.

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Fuente: DG-2013d. Pendientes máximas y mínimas:

0.5 – 10%Según DG-2013: CLASIFICACION POR OROGRAFIA, Terreno Plano Tipo 1

Fuente: DG-2013e. Ancho de rodadura:

4.5 m, si cumple con DG-2013

Fuente: DG-2013f. Peralte Normal:

2 – 6%, si cumple con DG-2013

Fuente: DG-2013g. Talud de Corte (H:V):

Según Expediente Técnico: 1:2; no hace mención a la clasificación del material de corte.

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Según DG-2013, es necesario la clasificación del material y la altura de corte.

Fuente: DG-2013

h. Talud de Relleno (H:V): Según Expediente Técnico: 1.5:1; hace mención al material como suelos diversos compactos.

Según DG-2013, se podría relacionar como gravas, limos arenosos y arcillas.

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Fuente: DG-2013

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IX. ANTECEDENTES

En el informe se presenta el estudio Hidrológico de la cuenca del Tulumayo, en donde la zona de interés a ser investigado fueron:Al margen izquierda del río Tulumayo de la provincia de LEONCIO PRADO, aproximadamente 4.8 km2, lugar en donde se realizara el proyecto

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HIDROLOGÍA

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“CONSTRUCCION DE TROCHA CARROZABLE PUENTE ALTO SAN JUAN – LA COLORADA – JORGE CHAVEZ – JOSE CARLOS MARETEGUI – JULIO C. TELLO – ONCE DE OCTUBRE, DISTRITO DANIEL ALOMIA ROBLES – LEONCIO PRADO – HUANUCO, concreta una vieja aspiración de los pueblos del distrito de DANIEL ALOMIA ROBLES - PUMAHUASI de ser vinculados a través de una carretera de 17+240 Km. que ahora se proyecta para un futuro inmediato. Esta impulsará la vinculación y el desarrollo de los centros poblados, anexos y distritos de la provincia de LEONCIO PRADO.

X. HIDROLOGIA

1. Aspectos Generales Del Ámbito Del EstudioEl río Huallaga nace en las alturas de la región Cerro de Pasco, por la confluencia de tres ríos Ticlayan, Pariamarca y Pucurhuay, inicia su recorrido con dirección predominante hacia el Norte, ocupando las regiones de Huánuco, San Martín y

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Loreto. En su trayecto, a lo largo de los valles se ubican las poblaciones más importantes de la región, como Ambo, Huanuco, Tingo María y Aucayacu. Por su ubicación hidrográfica, la Cuenca del río Huallaga se encuentra divida en dos partes: El Alto Huallaga y Bajo Huallaga, cuyo espacio hidrográfico para el tramo en evaluación en el ámbito de la Administración Local de Agua Tingo María, corresponde a las aguas tributarias de las subcuencas de los ríos: Huertas; San Rafael; Higueras-Cayrán-Yarumayo; Chinchao-Mallgo-Tingo-Garbanzo; Cayumba-Jarahuasi; Monzón; Tulumayo; Pendencia; Pucate, Aucayacu; Aspuzana; y Santa Martha. El río Huallaga aguas arriba de su confluencia con el río Monzón y tanto, aguas abajo después de converger, como principal tributario en el tramo; recorre sus aguas por la margen derecha donde se encuentran los Asentamientos Humanos de Las Orquídeas, Afilador, Portales de la Bella y Brisas del Huallaga; el Centro Poblado de Afilador; Las Lotizaciones de Villa Potokar, Villa Piña y Santa Fidelia, y la Asociación de Vivienda Costa Verde.

1.1. Geomorfología En el territorio de la margen izquierdo del río Tulumayo del tramo en evaluación, las características geomorfológicas son de formas estructurales planas a ligeramente onduladas, perteneciente al gran paisaje Planicie con unidades fisiográficas como terrazas bajas, medias y altas, así como pie de monte hacia el cerro circundante, que generalmente, está constituido por suelos aluviales o entisoles de uso mayor para cultivos anuales y perennes. (“Estudio de Identificación de Zonas de Riesgo de la Provincia de Leoncio Prado, ABC Ambiental SAC, 2008).

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1.2. Información de Las Sub cuencas del río Huallaga – río Tulumayo.

Parámetros geomorfológicos del rio Tulumayo

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2. Factores Hidrológicos Y Geológicos Que Inciden En El Diseño Hidráulico De Las Obras De Drenaje

2.1.1. Situación Geográfica El ámbito que abarca el presente proyecto se encuentra situado en la provincia de Leoncio Prado a la margen derecha del río Tulumayo.Se estima que la zona beneficiada abarca una superficie total de 4,854 has. De los cuales 2,320 has. Son aptas para el desarrollo de la actividad agrícola. Entre ellas, se incluye una importante proporción de suelos con acumulación de humedad, aptos para la siembra del cultivo de arroz.

2.1.2. Topografía El proyecto está ubicado en un terreno con una topografía de llana a ondulada con algunas pendientes abruptas.

2.1.3. Clima El clima del ámbito que abarca el presente proyecto por la altitud en la que se encuentra tiene un clima templado cerca de la cuenca del rio Tulumayo y frio en el fin del proyecto.

3. Condiciones De Campo3.1. Condiciones físicas

A lo largo del recorrido se encontró vegetación diversa, campos de cultivo y terrenos eriazos.

3.2. Condiciones topográficasEl proyecto está ubicado en un terreno con una topografía de llana a ondulada con algunas pendientes abruptas.

3.3. Condiciones hidrológicasPara el estudio Hidrológico de la cuenca que envuelve el área destinada para la carretera, se ha empleado los datos de tres estaciones cercanas al proyecto las cuales son: AUCAYACU, LA MORADA y YONTE. cuyas condiciones son regulares debido al uso y tiempo. El Manual de Hidrología, Hidráulica y drenaje del MTC, indica que la cantidad de datos registrados debe ser de no menor de 25 años para que los datos

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sean lo más exactos posibles, pero en el caso de las estaciones mencionadas tan solo cuenta con registros de 21 años a menos.

4. Evaluación de la información hidrológicaDado que el país tiene limitaciones en la disponibilidad de datos ya sea hidrométricos como pluviométricos y la mayor parte de las cuencas hidrográficas no se encuentran instrumentadas, generalmente se utilizan métodos indirectos para la estimación del caudal de diseño.En nuestro caso para la estimación de los caudales emplearemos métodos tales como: Distribución Normal, Gulbel, Log Normal.Emplearemos los métodos antes mencionados con la información de las 3 estaciones pluviométricas que contamos, que nos permita a partir de esta información histórica la predicción de eventos futuros con el objetivo que los resultados sean confiables

ESTACION YONTE

DESCRIPCION UTM GEOGRAFICO

COORDENADA Y N 8435414 8° 35' 1''

COTA E 472996 76° 25' 1''

DATUM:WGS 84 Z 686 m.s.n.m

DISTRITO CHOLON

PROVINCIA MARAÑON

DEPARTAMENTO HUANUCO

ESTACION AUCAYACU

DESCRIPCION UTM GEOGRAFICO

COORDENADA Y N 8435414 8°55'47''

COTA E 472996 76°06'42'

DATUM:WGS 84 Z 560 m. s. n. m.

DISTRITO JOSE CRESPO Y CASTILLO

PROVINCIA LEONCIO PRADO

DEPARTAMENTO HUANUCO

ESTACION LA MORADA

RECURSOS HIDRÁULICOS 26

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DESCRIPCION UTM GEOGRAFICO

COORDENADA Y N 8435414 8°45'01'

COTA E 472996 76°09'01'

DATUM:WGS 84 Z 542 m. s. n. m.

DISTRITO JOSE CRESPO Y CASTILLO

PROVINCIA LEONCIO PRADO

DEPARTAMENTO HUANUCO

5. Selección Del Periodo De RetornoEn el expediente técnico se tiene como meta física la construcción de 17+240 Km. de trocha carrozable con un ancho de plataforma de 4.5 m. Para garantizar el drenaje se ha previsto la construcción de cunetas, cinco (36) alcantarillas, (5) pontones y (20) badenes. La tabla N° 02 del Manual de Hidrología, Hidráulica y drenaje del MTC, muestra los valores máximos recomendados de riesgo admisible de obras de drenaje

Así como también nos muestra el tiempo de vida útil de las obras mencionadas en la tabla N°02

RECURSOS HIDRÁULICOS 27

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Vida Útil considerado (n)

• Puentes y Defensas Ribereñas n= 40 años. • Alcantarillas de quebradas importantes n= 25 años. • Alcantarillas de quebradas menores n= 15 años. • Drenaje de plataforma y Sub-drenes n= 15 años.

Se tendrá en cuenta, la importancia y la vida útil de la obra a diseñarse. El Propietario de una Obra es el que define el riesgo admisible de falla y la vida útil de las obras.Y empleando la tabla N° 01 valores de periodo de retorno T (años), obtendremos el periodo de retorno con la cual podremos obtener el caudal de diseño y precipitaciones.

También podemos emplear la fórmula que nos brinda el Manual de Hidrología, Hidráulica y drenaje del MTC:

R = 1- (1-1/T)n

Los resultados se muestran en la siguiente tabla.

TIPOS DE OBRARIESGO

ADMISIBLE %VIDA

UTIL (n)

PERIODO DE RETORNO T

(años)

Puentes 25 40 años 140

Alcantarillas de paso de quebrada importante y badenes 30 25 años 71

Alcantarillas de paso de quebradas menores y descarga de agua de cunetas 35 15 años 35

Drenaje de la plataforma (a nivel longitudinal) 40 15 años 30

RECURSOS HIDRÁULICOS 28

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6. Análisis estadístico de los datos hidrológicos6.1. Modelo de Distribución

El análisis de frecuencias tiene la finalidad de estimar precipitaciones, intensidades o caudales máximos, según sea el caso, para diferentes períodos de retorno, mediante la aplicación de modelos probabilísticosEl análisis de frecuencia de los caudales máximos instantáneos se realizó en base a la información de descargas máximas instantáneas procesadas por SENAMHI.

Periodo de retorno (años)

GULBEL LOG PEARSON GAMMA NASH

Caudal de máx. avenida estimada (m3/s)

Caudal de máx. avenida estimada (m3/s)

Caudal de máx. avenida estimada (m3/s)

Caudal de máx. avenida estimada (m3/s)

5 500.37 593,54 340.920 459.269

10 557.72 1100,65 376.765 467.276

25 633.52 1229,67 395.989 473.446

50 690.87 1322,96 465.233 479.781

100 748.21 1414,36 479.544 486.410

200 805.56 1504,82 506.780 496.157

500 881.36 1624,05 568.779 505.519

Se eligió la mejor estimación, resultando que la distribución teórica Log – Pearson reproduce mejor los caudales de máximas avenidas. Entonces para un periodo de retorno (Tr) de 100 años corresponde un caudal máximo de 1414.36 m3/s y para un Tr de 500 años corresponde un caudal máximo de 1624.05 m3/s.

6.2. Hidrógrafas Unitarios El hidrógrama es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica; siendo el hidrograma unitario de una cuenca, el hidrograma de escorrentía directa que se produciría en la salida de la cuenca si sobre ella se produjera una precipitación neta unidad de una duración determinada.

Obtención De Hidrogramas Unitarios

RECURSOS HIDRÁULICOS 29

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La obtención de los hidrogramas unitarios se parte de valores naturales registrados o se pueden generar hidrogramas sintéticos. El mejor hidrograma unitario es aquel que se obtiene a partir de: una tormenta de intensidad razonablemente uniforme; una duración deseada; un volumen de escorrentía cercano o mayor a 1 cm (ó 1 pulg.)El proceso de obtención de hidrogramas unitarios a partir de registros naturales de caudales es el siguiente:

• Separar el flujo base de la escorrentía directa. • Determinar el volumen de escorrentía directa. • Las ordenadas del hidrograma de escorrentía directa se dividen por la profundidad de escorrentía observada. • Las ordenadas ajustadas forman el hidrograma unitario.

Para nuestro caso se tomó como base para la elaboración del Hidrograma Unitario los datos de caudales de las estaciones: AUCAYACU, LA MORADA y YONTE y el resultado obtenido se muestran en los siguientes gráficos correspondientes a cada estación.

ESTACION YONTE:

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

0.0050.00

100.00150.00200.00250.00

CAUDAL PROM VS TIEMPO

TIEMPO EN AÑOS

CAUD

AL P

ROM

RECURSOS HIDRÁULICOS 30

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0 20 40 60 80 100 120-2.000.002.004.006.008.00

CURVA S

CURVA S HU 12hr HU 24hr

TIEMPO

CAU

DAL

0 20 40 60 80 100 1200.00

100.00200.00300.00400.00500.00600.00

HIDROGRAMA DE TORMENTA

hidrograma unit caudal base

TIEMPO Hr

CAUD

AL

ESTACION AUCAYACU:

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

CAUDAL PROM VS TIEMPO

TIEMPO EN AÑOS

CAUD

AL P

ROM

RECURSOS HIDRÁULICOS 31

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0 20 40 60 80 100 1200.00

100.00200.00300.00400.00500.00600.00

HIDROGRAMA DE TORMENTA

hidrograma unit caudal base

TIEMPO Hr

CAUD

AL

0 20 40 60 80 100 120-2.000.002.004.006.008.00

10.00

CURVA S

CURVA S HU 12hr HU 24hr

TIEMPO

CAU

DAL

ESTACION LA MORADA:

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

0.00200.00400.00600.00800.00

1000.001200.00

CAUDAL PROM VS TIEMPO

TIEMPO EN AÑOS

CAUD

AL P

ROM

RECURSOS HIDRÁULICOS 32

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0 20 40 60 80 100 1200.00

1000.00

2000.00

3000.00

HIDROGRAMA DE TORMENTA

hidrograma unit caudal base

TIEMPO Hr

CAUD

AL

0 20 40 60 80 100 120-2.000.002.004.006.008.00

10.00

CURVA S

CURVA S HU 12hr HU 24hr

TIEMPO

CAU

DAL

7. Determinación De Los Caudales Máximos De La Sub Cuenca Del Rio Tulumayo

7.1. Datos De Las Sub Cuencas HidrográficasCon la información de la carta nacional, vistas aéreas y de la delimitación de las sub cuencas del río Tulumayo, se elaboró la siguiente tabla

N° Sub Cuenca Progresiva Area (km2) Longitud (m) Pendiente %1 SC -1 0+469 0.45 0.9 27

2 SC -2 0+850 12.98 0.4 50

3 SC -3 1+140 0.34 1.1 32

4 SC -4 1+366 1.1 1.5 23

RECURSOS HIDRÁULICOS 33

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5 SC -5 1+630 0.78 1.2 25

6 SC -6 2+020 0.65 2 23

7 SC -7 2+250 0.73 1.1 32

8 SC -8 2+800 0.5 1.7 29

9 SC -9 3+090 0.55 1.3 34

10 SC -10 3+230 0.4 1.1 36

11 SC -11 5+210 0.3 2.1 24

12 SC -12 6+300 0.56 4.6 16

13 SC -13 6+510 0.34 0.5 40

14 SC -14 7+030 16.86 3.7 19

15 SC -15 7+518 0.34 1 50

16 SC -16 7+720 0.43 0.3 60

17 SC -17 7+790 1.87 2.5 22

18 SC -18 7+930 0.67 1.8 22

19 SC -19 8+020 0.75 1.5 20

20 SC -20 8+190 1.4 6 13

21 SC -21 8+320 1.06 1.7 15

22 SC -22 8+550 1.065 9.8 7

23 SC -23 8+885 12.56 3.8 24

24 SC -24 8+923 0.89 1.7 18

25 SC -25 9+150 0.45 0.8 50

26 SC -26 9+220 4.14 3.2 23

27 SC -27 9+288 0.7 1 50

28 SC -28 9+455 1.23 11 5

29 SC -29 9+605 0.46 4 14

30 SC -30 9+815 0.87 3.5 11

31 SC -31 9+960 1.1 8 11

32 SC -32 10+050 0.45 12 34

33 SC -33 10+260 0.67 3 36

34 SC -34 10+440 0.54 4 24

35 SC -35 10+620 1.2 23 16

36 SC -36 10+780 0.65 12 40

37 SC -37 10+866 0.87 23 19

38 SC -38 11+325 0.61 32 50

39 SC -39 11+290 0.78 34 60

40 SC -40 11+415 1.123 54 22

41 SC -41 11+540 1.1 12 22

42 SC -42 11+670 0.34 4.6 40

43 SC -43 11+865 0.54 0.5 19

44 SC -44 12+385 0.56 3.7 50

RECURSOS HIDRÁULICOS 34

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45 SC -45 12+850 0.34 1 60

46 SC -46 13+120 0.65 0.3 22

47 SC -47 13+420 1.68 2.5 22

48 SC -48 13+480 0.45 1.8 20

49 SC -49 13+580 1 1.5 13

50 SC -50 13+976 0.65 6 15

51 SC -51 14+015 0.78 1.7 1252 SC -52 14+200 0.23 1.7 1353 SC -53 14+377 9.89 0.8 554 SC -54 14+830 0.67 3.2 3955 SC -55 15+155 0.45 1 23

56 SC -56 15+625 0.45 11 32

57 SC -57 16+225 0.45 4 29

58 SC -58 16+350 0.4 12 34

59 SC -59 16+620 0.8 15 36

60 SC -60 16+920 6.9 12 24

61 SC -61 17+180 0.8 10 34

7.2. Determinación De Los Caudales Máximos Por Sub Cuencas

El Método Racional es uno de los más utilizados para la estimación del caudal máximo asociado a determinada lluvia de diseño. Se utiliza normalmente en el diseño de obras de drenaje urbano y rural. Y tiene la ventaja de no requerir de datos hidrométricos para la Determinación de Caudales Máximos.

El caudal de diseño en una cuenca pequeña o superficie se obtendrá mediante la fórmula racional:

Donde:

RECURSOS HIDRÁULICOS 35

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Q: Caudal máximo [m3/s]

C: Coeficiente de escorrentía, en este Tutorial encontrarás algunos valores para cuencas Rurales y Urbanas.

I: Intensidad de la Lluvia de Diseño, con duración igual al tiempo de concentración de la cuenca y con frecuencia igual al período de retorno seleccionado para el diseño (Curvas de I-D-F) [mm/h]

A: Área de la cuenca. [Ha]

Los resultados de los cálculos realizados para la determinación de los caudales se muestran en la siguiente tabla.

N° ProgresivaArea

(km2) C I Q (m3/s)1 0+469 0.45 0.65 62.54 5.08 Alcantarilla N° 12 0+850 12.98 0.65 40 93.74 Ponton N° 13 1+140 0.34 0.65 40.91 2.51 Baden N° 14 1+366 1.1 0.65 31.18 6.19 Alcantarilla N° 25 1+630 0.78 0.65 45.55 6.41 Alcantarilla N° 36 2+020 0.65 0.65 47.32 5.55 Alcantarilla N° 47 2+250 0.73 0.65 58.9 7.76 Alcantarilla N° 58 2+800 0.5 0.65 39.36 3.55 Baden N° 29 3+090 0.55 0.65 42.7 4.24 Alcantarilla N° 6

RECURSOS HIDRÁULICOS 36

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10 3+230 0.4 0.65 49.67 3.59 Baden N° 311 5+210 0.3 0.65 34.86 1.89 Baden N° 412 6+300 0.56 0.6 32 2.99 Baden N° 513 6+510 0.34 0.65 81.3 4.99 Baden N° 614 7+030 16.86 0.6 35.37 99.39 Ponton N° 215 7+518 0.34 0.65 63.9 3.92 Baden N° 716 7+720 0.43 0.65 93.32 7.25 Alcantarilla N° 717 7+790 1.87 0.65 41.67 14.07 Alcantarilla N° 818 7+930 0.67 0.65 36.95 4.47 Baden N° 819 8+020 0.75 0.65 40.25 5.45 Alcantarilla N° 9

20 8+1901.4 0.6 28.42

6.63Alcantarilla N°

10

21 8+3201.06 0.6 46.58

8.23Alcantarilla N°

11

22 8+5501.065 0.6 31

5.50Alcantarilla N°

1223 8+885 12.56 0.65 29.4 66.67 Ponton N°324 8+923 0.89 0.6 37.32 5.54 Alcantarilla N°1325 9+150 0.45 0.65 54.5 4.43 Baden N° 926 9+220 4.14 0.65 38 28.41 Alcantarilla N°1427 9+288 0.7 0.65 53.9 6.81 Alcantarilla N°1528 9+455 1.23 0.6 25.29 5.18 Alcantarilla N°1629 9+605 0.46 0.6 40.96 3.14 Baden N° 1030 9+815 0.87 0.6 42.16 6.11 Alcantarilla N°1731 9+960 1.1 0.6 30.81 5.65 Alcantarilla N°1832 10+050 0.45 0.65 62.54 5.08 Baden N° 1133 10+260 0.67 0.65 80.35 9.72 Alcantarilla N°1934 10+440 0.54 0.65 40.91 3.99 Baden N° 1235 10+620 1.2 0.6 31.18 6.24 Alcantarilla N°2036 10+780 0.65 0.65 45.55 5.35 Alcantarilla N°2137 10+866 0.87 0.6 41.67 6.04 Alcantarilla N°2238 11+325 0.61 0.65 36.95 4.07 Baden N° 1339 11+290 0.78 0.65 40.25 5.67 Alcantarilla N°2340 11+415 1.123 0.65 28.42 5.76 Alcantarilla N°2441 11+540 1.1 0.65 46.58 9.25 Alcantarilla N°2542 11+670 0.34 0.65 22.21 1.36 Baden N° 1443 11+865 0.54 0.6 25.78 2.32 Baden N° 1544 12+385 0.56 0.65 37.32 3.77 Baden N° 1645 12+850 0.34 0.65 54.5 3.35 Baden N° 1746 13+120 0.65 0.65 38 4.46 Alcantarilla N°26

RECURSOS HIDRÁULICOS 37

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47 13+420 1.68 0.65 32 9.71 Alcantarilla N°2748 13+480 0.45 0.65 81.3 6.61 Alcantarilla N°2849 13+580 1 0.6 35.37 5.90 Alcantarilla N°2950 13+976 0.65 0.6 63.9 6.92 Alcantarilla N°3051 14+015 0.78 0.6 93.32 12.13 Alcantarilla N°3152 14+200 0.23 0.6 31.18 1.20 Alcantarilla N°3253 14+377 9.89 0.6 45.55 75.08 Ponton N° 454 14+830 0.67 0.65 47.32 5.72 Alcantarilla N°3355 15+155 0.45 0.65 58.9 4.79 Alcantarilla N°3456 15+625 0.45 0.65 39.36 3.20 Baden N° 1857 16+225 0.45 0.65 42.7 3.47 Baden N° 1958 16+350 0.4 0.65 49.67 3.59 Baden N° 2059 16+620 0.8 0.65 34.86 5.04 Alcantarilla N°3560 16+920 6.9 0.65 81.3 101.29 Ponton N° 561 17+180 0.8 0.65 35.37 5.11 Alcantarilla N°36

Estos caudales se utilizaron para el dimensionamiento de cunetas, zanjas de drenaje, alcantarillas, pontones, puentes de acuerdo a niveles máximos de agua.

XI. DRENAJE SUPERFICIAL

1. GeneralidadesEl Estudio de Hidráulica y Drenaje se recomienda iniciarse después de aprobado el proyecto de Diseño Geométrico.

El drenaje transversal de la carretera tiene como objetivo evacuar adecuadamente el agua superficial que intercepta su infraestructura, la cual discurre por cauces naturales o artificiales, en forma permanente o transitoria, a fin de garantizar su estabilidad y permanencia.

El elemento básico del drenaje transversal se denomina alcantarilla, considerada como una estructura menor, su densidad a lo largo de la carretera resulta importante e incide en los costos, por ello, se debe dar especial atención a su diseño.

El objetivo principal en el diseño hidráulico de una obra de drenaje transversal es determinar la sección hidráulica más adecuada que permita el paso libre del flujo líquido y flujo sólido que eventualmente transportan los cursos naturales y

RECURSOS HIDRÁULICOS 38

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conducirlos adecuadamente, sin causar daño a la carretera y a la propiedad adyacente. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje – Cap. IV)

Los puntos importantes que deben considerarse en el diseño y construcción de una obra de drenaje, son los siguientes:

Localización del eje de la obra.- Deberá hacerse de preferencia siguiendo el cauce de los escurrideros, tomando en cuenta la pendiente, ya que de ésta dependerá el tipo de obra.

Área por drenar.- Es la superficie que limitada por dos o más líneas, parte aguas y el eje del camino, da el área tributaria del escurridero para el cual se pretende proyectar la obra.

Área hidráulica necesaria.- Es aquella capaz de dejar pasar un gasto, igual a una lámina de agua de 10 cm de altura durante una hora, producto de la precipitación del lugar.

Selección del tipo de obra.- El tipo de obra se selecciona una vez calculada el área hidráulica necesaria, de tal manera que la satisfaga adecuadamente y dentro de condiciones de máxima seguridad.

Para una buena elección de tipo de obra, debe tomarse en cuenta:

Área hidráulica necesaria Pendiente de la obra (las pendientes deberán ser >2% y <1.5% en la

superficie del camino) Altura mínima y máxima de terraplenes o rellenos Materiales de construcción Capacidad de carga del terreno No deben trabajar a presión

Se conocen como obras de drenaje las siguientes:

Puentes y alcantarillas Cunetas Badenes Tubos y tubos perforados Bombeo Contra cunetas Lavaderos Bajadas Bermas Bordillos Vegetación

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Las obras complementarias de drenaje no son de uso universal. Son obras que deben hacerse sólo en el lugar en que se requieran, pues de otra manera se pierden recursos económicos y se producirán, inclusive, resultados que pueden ser contrarios.

Dado que desde el punto de vista del análisis de Impacto Ambiental, se requiere el conocimiento de las obras, a continuación se describen los tipos de drenajes, así como los criterios para su ubicación y construcción.

2. Características TopográficasPara el caso de obras de cruce menores (alcantarillas), el levantamiento topográfico realizado para la carretera, deberá cubrir aquellos sectores donde se emplazarán dichas obras, de tal manera que permita definir el perfil longitudinal del cauce tanto aguas arriba y aguas abajo de la sección de cruce.

3. Estudio de cuencas hidrográficasSe refiere a la identificación de las cuencas hidrográficas que interceptan el alineamiento de la carretera, con el objetivo de establecer los caudales de diseño y efectos de las crecidas.

4. Características del cauceSe refiere a las características del lecho, tales como forma, tipo de suelo, tipo de cobertura vegetal, tipo de material de arrastre, sólidos flotantes, etc.

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5. Datos de crecidasSe analizarán y evaluarán las marcas dejadas por crecidas o eventos anteriores. Adicionalmente, se recopilará la información proporcionada por lugareños, con la finalidad de contar con información adicional de campo.

6. Evaluación de obras de drenaje existentesSe considerara:

Nivel de intervención sobre la vía en estudio, tomar en cuenta las conclusiones de los estudios de pre-inversión, para la coherencia del ciclo del proyecto de inversión.

Contar con las progresivas del proyecto en campo. La evaluación hidráulica de las estructuras existentes, deberá ser

complementada con los evaluaciones de un Especialista en Estructuras y Obras de arte, para las evaluaciones del estado estructural de los elementos de una obra de drenaje existente.

El resultado de la evaluación de las obras de drenaje será presentado en fichas técnicas de campo.

Sin embargo, es necesario verificar los caudales de escorrentía.

XII. ALCANTARILLAS

1. GeneralidadesSe define como alcantarilla a la estructura cuya luz sea menor a 6.0 m y su función es evacuar el flujo superficial proveniente de cursos naturales o artificiales que interceptan la carretera.

(Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje – Cap. IV)

2. Ubicación en plantaLa ubicación en planta ideal es la que sigue la dirección de la corriente, sin embargo, según requerimiento del Proyecto la ubicación natural puede desplazarse, lo cual implica el acondicionamiento del cauce, a la entrada y salida con la construcción de obras de encauzamiento u otras obras complementarias.

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3. Pendiente LongitudinalLa pendiente longitudinal de la alcantarilla debe ser tal que no altere desmesuradamente los procesos geomorfológicos, como la erosión y sedimentación, por ello, los cambios de pendiente deben ser estudiados en forma cuidadosa, para no incidir en dichos procesos que pueden provocar el colapso de la estructura.

4. Elección del tipo de alcantarillaLos tipos de alcantarillas comúnmente utilizadas en proyectos de carreteras en nuestro país son; marco de concreto, tuberías metálicas corrugadas, tuberías de concreto y tuberías de polietileno de alta densidad.

Asimismo, en cauces naturales con caudales de diseño considerables, pendiente longitudinal reducida y transporte de palizada como es el caso de cursos naturales ubicados en la región selva de nuestro país, se recomienda la colocación de obras con la mayor sección hidráulica posible que dependiendo del aspecto económico podrán utilizarse alcantarillas tipo arcos parabólicos o abovedadas.

La elección del tipo de material de la alcantarilla depende de varios aspectos, entre ellos podemos mencionar el tiempo de vida útil, costo, resistencia, rugosidad, condiciones del terreno, resistencia a la corrosión, abrasión, fuego e impermeabilidad.

5. Recomendaciones a tener en cuenta para el diseño de una alcantarillaA continuación se presentan algunas recomendaciones prácticas y factores que intervienen para el diseño adecuado de una alcantarilla.

Para asegurar la estabilidad de la carretera ante la presencia de asentamientos provocados por filtraciones de agua, la alcantarilla debe asegurar la impermeabilidad.

Como factores físicos y estructurales, tenemos: la durabilidad, altura de relleno disponible para la colocación de la alcantarilla, cargas actuantes sobre la alcantarilla y calidad y tipo de terreno existente.

Dentro de los factores hidráulicos, tenemos: el caudal de diseño, pendiente del cauce, velocidad de flujo, material de arrastre, pendiente de la alcantarilla y rugosidad del conducto.

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Nº DESCRIPCION PROGRESIVA1 ALCANTARILLA Nº 01 0+4692 ALCANTARILLA Nº 02 1+3663 ALCANTARILLA Nº 03 1+6304 ALCANTARILLA Nº 04 2+0205 ALCANTARILLA Nº 05 2+2506 ALCANTARILLA Nº 06 3+0907 ALCANTARILLA Nº 07 7+7208 ALCANTARILLA Nº 08 7+7909 ALCANTARILLA Nº 09 8+02010 ALCANTARILLA Nº 10 8+19011 ALCANTARILLA Nº 11 8+32012 ALCANTARILLA Nº 12 8+55013 ALCANTARILLA Nº 13 8+92314 ALCANTARILLA Nº 14 9+22015 ALCANTARILLA Nº 15 9+28816 ALCANTARILLA Nº 16 9+45517 ALCANTARILLA Nº 17 9+81518 ALCANTARILLA Nº 18 9+96019 ALCANTARILLA Nº 19 10+26020 ALCANTARILLA Nº 20 10+62021 ALCANTARILLA Nº 21 10+78022 ALCANTARILLA Nº 22 10+86623 ALCANTARILLA Nº 23 11+29024 ALCANTARILLA Nº 24 11+41525 ALCANTARILLA Nº 25 11+54026 ALCANTARILLA Nº 26 13+12027 ALCANTARILLA Nº 27 13+42028 ALCANTARILLA Nº 28 13+48029 ALCANTARILLA Nº 29 13+58030 ALCANTARILLA Nº 30 13+97631 ALCANTARILLA Nº 31 14+01532 ALCANTARILLA Nº 32 14+20033 ALCANTARILLA Nº 33 14+83034 ALCANTARILLA Nº 34 15+15535 ALCANTARILLA Nº 35 16+62036 ALCANTARILLA Nº 36 17+180

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6. Diseño Hidráulico El cálculo hidráulico considerado para establecer las dimensiones mínimas de la sección para las alcantarillas a proyectarse, es lo establecido por la fórmula de Robert Manning.

(Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje – Cap. IV)

6.1. Consideraciones para el diseño La palizada, material sólido y hasta desperdicios arrojados a los cauces

naturales y que son arrastrados por la corriente, son elementos muy perjudiciales si se acumulan en la alcantarilla e inciden en su comportamiento hidráulico.Consecuentemente, es importante que las carreteras cuenten con un programa de mantenimiento rutinario, a fin de identificar los sectores vulnerables, propensos de ser afectados por este fenómeno.

El borde libre en alcantarillas es un parámetro muy importante a tomar en cuenta durante su diseño hidráulico, por ello, las alcantarillas no deben ser diseñadas para trabajar a sección llena, ya que esto incrementa su riesgo de obstrucción, afectando su capacidad hidráulica.

Socavación local a la salida de la alcantarilla; Si la velocidad del flujo a la entrada y particularmente a la salida de la alcantarilla es alta, puede producir procesos de socavación local que afecte su estabilidad.

Las dimensiones de las alcantarillas deben permitir efectuar trabajos de mantenimiento y limpieza en su interior de manera factible.

El diseño de alcantarillas debe garantizar la adecuada y correcta evacuación del flujo que discurre hacia a la carretera mediante la obtención de diseños hidráulicos adecuados.

7. Relación de Alcantarillas

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Nº DESCRIPCION PROGRESIVA1 ALCANTARILLA Nº 01 0+4692 ALCANTARILLA Nº 02 1+3663 ALCANTARILLA Nº 03 1+6304 ALCANTARILLA Nº 04 2+0205 ALCANTARILLA Nº 05 2+2506 ALCANTARILLA Nº 06 3+0907 ALCANTARILLA Nº 07 7+7208 ALCANTARILLA Nº 08 7+7909 ALCANTARILLA Nº 09 8+02010 ALCANTARILLA Nº 10 8+19011 ALCANTARILLA Nº 11 8+32012 ALCANTARILLA Nº 12 8+55013 ALCANTARILLA Nº 13 8+92314 ALCANTARILLA Nº 14 9+22015 ALCANTARILLA Nº 15 9+28816 ALCANTARILLA Nº 16 9+45517 ALCANTARILLA Nº 17 9+81518 ALCANTARILLA Nº 18 9+96019 ALCANTARILLA Nº 19 10+26020 ALCANTARILLA Nº 20 10+62021 ALCANTARILLA Nº 21 10+78022 ALCANTARILLA Nº 22 10+86623 ALCANTARILLA Nº 23 11+29024 ALCANTARILLA Nº 24 11+41525 ALCANTARILLA Nº 25 11+54026 ALCANTARILLA Nº 26 13+12027 ALCANTARILLA Nº 27 13+42028 ALCANTARILLA Nº 28 13+48029 ALCANTARILLA Nº 29 13+58030 ALCANTARILLA Nº 30 13+97631 ALCANTARILLA Nº 31 14+01532 ALCANTARILLA Nº 32 14+20033 ALCANTARILLA Nº 33 14+83034 ALCANTARILLA Nº 34 15+15535 ALCANTARILLA Nº 35 16+62036 ALCANTARILLA Nº 36 17+180

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XIII. BADENES

1. GeneralidadesLas estructuras tipo badén son soluciones efectivas cuando el nivel de la rasante de la carretera coincide con el nivel de fondo del cauce del curso natural que intercepta su alineamiento, porque permite dejar pasar flujo de sólidos esporádicamente que se presentan con mayor intensidad durante períodos lluviosos y donde no ha sido posible la proyección de una alcantarilla o puente.

El diseño de badenes debe contemplar necesariamente la construcción de obras de protección contra la socavación y uñas de cimentación en la entrada y salida, así como también losas de aproximación en la entrada y salida del badén.

2. Consideraciones para el diseño El material de arrastre es un factor importante en el diseño del badén,

recomendándose que no sobrepase el perímetro mojado contemplado y no afecte los lados adyacentes de la carretera.

Es importante que el badén proyectado cuente con obras de protección contra la socavación, a fin de evitar su colapso. Según se requiera, la protección debe realizarse tanto aguas arriba como aguas abajo de la estructura, mediante la colocación de enrocados, gaviones, pantallas de concreto u otro tipo de protección contra la socavación, en función al tipo de material que transporta el curso natural.

El diseño hidráulico del badén debe adoptar pendientes longitudinales de

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Nº DESCRIPCION PROGRESIVA1 BADEN Nº 01 1+1402 BADEN Nº 02 2+8003 BADEN Nº 03 3+2304 BADEN Nº 04 5+2105 BADEN Nº 05 6+3006 BADEN Nº 06 6+5107 BADEN Nº 07 7+5188 BADEN Nº 08 7+9309 BADEN Nº 09 9+15010 BADEN Nº 10 9+60511 BADEN Nº 11 10+05012 BADEN Nº 12 10+44013 BADEN Nº 13 11+23514 BADEN Nº 14 11+67015 BADEN Nº 15 11+86516 BADEN Nº 16 12+38517 BADEN Nº 17 12+85018 BADEN Nº 18 15+62519 BADEN Nº 19 16+25520 BADEN Nº 20 16+350

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ingreso y salida de la estructura de tal manera que el paso de vehículos a través de él, sea de manera confortable y no implique dificultades para los conductores y daño a los vehículos.\

Con la finalidad de reducir el riesgo de obstrucción del badén con el material de arrastre que transporta curso natural, se recomienda dotar al badén de una pendiente transversal que permita una adecuada evacuación del flujo.

El diseño hidráulico del badén también debe contemplar mantener un borde libre mínimo entre el nivel del flujo máximo esperado y el nivel de la superficie de rodadura, a fin de evitar probables desbordes que afecten los lados adyacentes de la plataforma vial.

3. Diseño Hidráulico Para el diseño hidráulico se idealizará el badén como un canal trapezoidal con régimen uniforme.

4. Relación de Badenes

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XIV. PUENTES

1. GeneralidadesLos puentes son las estructuras mayores que forman parte del drenaje transversal de la carretera y permiten salvar o cruzar un obstáculo natural, el cual puede ser el curso de una quebrada o un río.

La profundidad del estudio hidráulico tiene que depender de ciertas características del puente en particular, como podrían ser: su importancia dentro de la red vial, consecuencias de su falla, costo, tipo de estructura, riesgos aceptables, etc. A las que debe añadirse las correspondientes al río.

(Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje – Cap. IV)

2. Consideraciones GeneralesCabe señalar que el buen funcionamiento hidráulico, no sólo depende de un análisis correcto y del uso adecuado de las fórmulas matemáticas correspondientes; si no también de un conocimiento cabal de las condiciones hidráulicas locales en la cual se fundamenta su diseño.

3. Ubicación de un PuenteLa elección de la ubicación del puente debe ser la más óptima, desde el punto de vista hidráulico, geotécnico y de diseño Vial; es decir debe ser tal, que el curso natural no afecte su estabilidad y a su vez el puente no produzca cambios morfológicos en el curso natural.

Los aspectos que deben ser tenidos en cuenta en relación a la ubicación de puentes, se resalta los siguientes:

o Forma de las cuencas tributariaso Características topográficas de los terrenos y forma de los cauceso Cobertura vegetal existenteo Características geológicas o singulares, tales como afloramientos

rocosos, existencia de gravas, arenas, etc.o Obras de drenaje existentes aguas arriba y debajo de la obra objeto

del estudio y su posible influencia sobre la misma,

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o Características de los cauces principales tales como, sus secciones, alineamiento, los obstáculos, la vegetación existente y la naturaleza de los acarreos

o Calidad aparente de los materiales sobre los cuales se va colocar las obras de drenaje principales

A continuación, se presentan los procesos morfológicos asociados al diseño de puentes y que deben ser tomados en cuenta para su diseño y emplazamiento.

o Erosión en curvas: No se recomienda la ubicación de un puente sobre el desarrollo de curvas exteriores, debido a que las velocidades en las curvas exteriores son significativamente mayores produciendo procesos de erosión que pueden afectar su estabilidad.

o Efectos de remanso: No se recomienda la ubicación del puente en un tributario cerca de la confluencia con un río principal, pues los súbitos cambios de elevaciones crean efectos de remanso que pueden conducir a la agradación del lecho en esta zona.

4. Parámetros Hidráulicos para el diseño de un Puente

Los parámetros hidráulicos asociados al diseño de puentes son los siguientes:

PERFIL DE FLUJO

El perfil de flujo permitirá obtener el nivel alcanzado por el agua para el caudal de diseño. El cálculo del perfil de flujo deberá incluir la presencia del puente proyectado, debido a que cuando el flujo interactúa con la estructura, se produce una sobreelevación del nivel de agua a la entrada del puente y una depresión del nivel de agua en la salida, este comportamiento es normal ya que el agua debe ganar energía potencial a fin de que pueda atravesar por la sección contraída.

SOCAVACIÓN

La socavación es un fenómeno hidrodinámico que es la causa más frecuente de falla que afecta las cimentaciones de los puentes. Dicho fenómeno es una combinación de distintos procesos, unos que se producen a largo plazo y otros transitorios por el paso de avenidas.

El proceso de socavación en un puente se analiza como erosión potencial total y es de carácter estimativo, la cual combina la socavación producida en la sección

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del puente y sus inmediaciones, causada por el estrechamiento del cauce debido a su construcción y la socavación local que se produce en las inmediaciones de los pilares y estribos rodeados por la corriente del río.

5. Cálculo HidráulicoEl cálculo hidráulico de un puente significa en primer lugar determinar la capacidad hidráulica de la sección de escurrimiento, es decir si el caudal de diseño pasa adecuadamente a través de él, luego determinar la sobreelevación del nivel de agua provocada por la presencia del puente y estimar el nivel de socavación potencial total en la zona de los apoyos.

5.1. Consideraciones En una sección debe existir un tirante conocido.

- Si el flujo es subcrítico, se debe conocer la sección aguas abajo.- Si el flujo es supercrítico, se debe conocer la sección aguas arriba.

Se considera que el flujo es gradualmente variado y permanente. En el tramo no existe variación de caudal. Si existe variación de caudal,

debe incluirse aguas arriba en cada tramo. Procesos de socavación asociados al diseño de puentes.

- En el presente ítem se describirá los procesos de socavación inherentes al diseño de puentes.

- En nuestro país la causa hidráulica más frecuente de fallo de puentes es la socavación, que tiene lugar en la zona de sus apoyos, la cual afecta las cimentaciones, ya sea por su insuficiente nivel de desplante o por construcción inadecuada.

- Generalmente los fallos ocurren cuando se producen las avenidas, sin embargo, también se presentan con procesos que ocurren a largo plazo.

- La estimación de la profundidad de socavación para el diseño de puentes debe tomar en cuenta los siguientes aspectos; la socavación que ocurre independientemente de la presencia del puente como socavación general, socavación en curvas, etc.(Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje – Cap. IV)

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XV. SOCAVACIÓN

Para fines de estimación con el objetivo de diseño de puentes es usual adoptar un criterio conservador que consiste en calcular la máxima profundización posible del lecho, bajo una condición hidráulica dada.La máxima profundización del cauce ocurre cuando se alcanza la condición de transporte crítico, donde la velocidad de flujo se reduce a tal punto en que la corriente no puede movilizar y arrastrar más material del lecho y a su vez no existe transporte de material desde aguas arriba.A continuación se describen algunos métodos para la estimación de la profundidad de socavación general bajo la condición en que la velocidad de escurrimiento es igualada por la velocidad crítica de arrastre y estimación de socavación general por contracción del cauce.

1. Métodos para Profundidad de Socavación 1.1. Método de Velocidad Crítica y Agua Clara

Este método utiliza el criterio del principio de movimiento de un fondo granular bajo una corriente permanente, igual al criterio de Shields y la hipótesis de agua clara, es decir que la corriente no transporta sedimentos.

La profundidad máxima de socavación general se alcanza cuando la velocidad crítica es igualada por la velocidad media de la sección, donde la velocidad crítica está en función del parámetro de tensión crítica adimensional, de la fórmula de Strickler para el coeficiente de rugosidad de Manning y las características del material del lecho.

1.2. Método de Lischtvan – LevedievEl método propuesto por Lischtvan-Levediev es el más usado en nuestro país para el cálculo de la socavación general incluyendo el efecto de la contracción de un puente. Se fundamenta en el equilibrio que debe existir entre la velocidad media real de la corriente (Vr) y la velocidad media erosiva (Ve). La velocidad erosiva no es la que da inicio al movimiento de las partículas en suelos sueltos, sino la velocidad mínima que mantiene un movimiento generalizado del material del fondo. Si el suelo es cohesivo, es la velocidad que es capaz de levantar y poner el sedimento en suspensión.

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(Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje – Cap. IV)

XVI. SOCAVACIÓN LOCAL

En este ítem se describirán algunos métodos para la estimación de la profundidad de socavación local que se produce en las zonas de los pilares como en los estribos del puente.

1. Métodos para Profundidad de Socavación 1.1. Método de Laursen y Toch

Este método fue desarrollado en el Instituto de Hidráulica de Iowa y fue confirmado con algunas mediciones en el río Skunk realizadas por P. G. Hubbard, del mismo laboratorio en la década del cincuenta. Se desarrolló bajo condiciones de transporte continuo de sedimentos.

Este argumento resulta al suponer que un cambio en la velocidad del flujo y en el tamaño de los sedimentos produce un cambio proporcional en el cortante límite, y en la capacidad de transporte de sedimentos en la zona donde se produce la socavación, considerando constantes la profundidad del flujo y la profundidad de socavación. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje – Cap. IV)

2. Estimación de la socavación local en pilares1.2. Método de Larras (1963)

Larras propone una ecuación teórica – práctica deducida a partir de mediciones llevadas a cabo en varios puentes, después de haberse producido la avenida. Larras se concentró en la máxima profundidad de socavación para condiciones próximas a la velocidad crítica del movimiento de sedimentos.

Ys = 1.5Profundidad de socavación medida a partir del fondo de cauce (m)

a = 1.5 Ancho del pilar (m)

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K = 1.4 Kf*KØ

Kf = Factor de corrección por forma del pilar (Tabla Nº 15)

KØ = Factor de corrección por el ángulo de ataque de la corriente

k = 1.4 pilares rectangulares

1.3. Método de Arunachalam (1965, 1967).Arunachalam realizó una modificación de la ecuación de Englis – Poona (1948) y propuso la siguiente expresión, (Breusers, H. N. C., Nicollet, G. y Shen, H. W., 1977):

Ys = Profundidad de socavación (m)

q =Caudal unitario aguas arriba del puente (m3/s-m)

a = Ancho del pilar (m)

3. ESTIMACIÓN DE LA SOCAVACIÓN LOCAL EN ESTRIBOS

Existen algunos métodos para la determinación de la socavación local en estribos. Sin embargo, la incertidumbre existente con relación a la aplicabilidad

y a los resultados de las ecuaciones es mayor que para el caso de la socavación local en pilares.

Todas las ecuaciones existentes tienen limitaciones de tipo práctico. Por ejemplo, las ecuaciones han sido desarrolladas para cauces de lecho arenoso y no tienen en cuenta la posibilidad de acorazamiento. Las ecuaciones para el

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cálculo de la socavación local en estribos se basan en información de laboratorio y muy poca información de campo existe para su verificación. Casi todas las ecuaciones dan como resultado valores muy conservadores de socavación debido a que consideran que el estribo está en el cauce principal formado por lechos aluviales y asumen que el caudal de agua obstruido es proporcional a la longitud del estribo, lo cual raramente ocurre en la realidad.

El especialista debe determinar la ecuación que mejor se ajusta a las condiciones de un puente en particular.

La socavación local en los estribos depende entre otros de la forma del estribo, las características del sedimento, la forma de la sección transversal, la profundidad del flujo en el cauce principal y en las márgenes, el caudal que es interceptado por el estribo y retorna al cauce principal, el alineamiento del cauce, el tiempo de duración de la creciente, etc., factores que no se reflejan debidamente en las ecuaciones existentes.

La socavación local en estribos puede ser en agua clara o en lecho móvil (vivo), dependiendo en muchos casos si el estribo se ubica en las márgenes o si está dentro del cauce principal.

1.4. Método de ArtamonovEste método permite determinar no solamente la profundidad de socavación que se produce al pie de estribos sino también al pie de espolones o espigones. Depende de los siguientes factores:

Porción de caudal que es interceptado por la estructura al meterse dentro de la corriente (ver Figura Nº 22). Q1 o Q2

Talud que tienen los lados del estribo (mH:1.0V)

Ángulo entre el eje longitudinal del puente y la corriente (θ).

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FIGURA Nº 22: Intersección del flujo por los estribos. Método de Artamonov(Fuente: Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A., 1992).

Donde:

HT: Profundidad del agua al pie del estribo o espigón medida desde la superficie libre de la corriente.

Kθ: Coeficiente que depende del ángulo que forma la corriente con el eje longitudinal del puente (Ver Tabla Nº 24)

KQ: Coeficiente que depende de la relación entre el gasto teórico interceptado por el estribo o y el caudal total que escurre por la sección transversal. (Ver Tabla Nº 25)

Km: Coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo (Ver Tabla Nº 26).

h: Tirante de agua en la zona cercana al estribo o al espigón antes de la socavación. h

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TABLA Nº 24: Coeficiente de corrección Kθ.

θ Kθ20 0.8460 0.9490 1

120 1.07150 1.19

(Fuente: Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A., 1992).

TABLA Nº 25: Coeficiente de corrección KQ.

Q1/Qd KQ0.1 20.2 2.650.3 3.220.4 3.450.5 3.670.6 3.870.7 4.060.8 4.2

(Fuente: Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A., 1992).

TABLA Nº 26: Coeficiente de corrección Km.

Talud m Km0 1

0.5 0.911 0.85

1.5 0.832 0.613 0.5

(Fuente: Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A., 1992).

La siguiente ecuación se usa cuando el puente no está sesgado respecto al flujo (θ = 90º) y la pared de los estribos es vertical:

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1.5. Método de LaursenLaursen propuso dos ecuaciones basándose en el razonamiento sobre el cambio en las relaciones de transporte debido a la aceleración del flujo causada por el estribo, una para socavación en lecho móvil y otra para socavación en agua clara aplicables para las siguientes condiciones (HEC-18, 1993):

Estribos que se proyectan dentro del cauce principal.

Estribos con pared vertical.

No existe flujo sobre las llanuras de inundación.

El largo del estribo es menor que 25 veces la profundidad media del agua (L/h < 25).

Las ecuaciones dan profundidades de socavación máximas e incluyen los efectos de la socavación por contracción, por lo que para estas ecuaciones no se debe incluir el efecto de la contracción del cauce para obtener la socavación total.

Se recomienda que las ecuaciones se apliquen para valores máximos de ys/h igual a 4.0.

Las ecuaciones dadas por Laursen se resuelven por tanteos.

Las ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de corrección Kθ para considerar el efecto del ángulo de ataque del flujo, (Ecuación 111).

1.1.1. Socavación en lecho móvil

1.1.2. Socavación en agua clara

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h = Profundidad media del flujo aguas arriba en el cauce principal.

L =Longitud del estribo y accesos al puente que se opone al paso del agua.

τ = Esfuerzo cortante en el lecho hacia aguas arriba del estribo

τc =Esfuerzo cortante crítico para 50D del material del lecho aguas arriba.

Kf = estribos con aleros inclinados 45º

L/h =Socavacion en lecho móvilSocavacion en agua clara

XVII. OBRAS DE PROTECCION

1. ENROCADOSLos enrocados son obras de protección, usados para proteger la superficie del

lecho de la acción erosionadora del agua cuando trae una velocidad

considerable.

Se trata de la construcción de una estructura conformada por rocas colocadas o

acomodadas con ayuda de equipos mecánicos como tractores, cargadores

frontales, retro-excavadoras o grúas, con el objeto de proteger taludes

evitando su erosión o desprendimiento; sirviendo de “cuña” al pie de los

taludes; en zonas críticas que se adecuan su aplicación o como lo disponga la

Supervisión. Los enrocados también serán utilizados para proteger estructuras

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de la erosión y socavación que producen las aguas (protección de riberas,

entradas y salidas de puentes, pontones, alcantarillas, badenes, etc.).

1.1 ENROCADOS PARALELOS AL EJE DEL RIOEn el proyecto CONSTRUCCION DE TROCHA CARROZABLE PUENTE ALTO SAN

JUAN – LA COLORADA – JORGE CHAVEZ – JOSE CARLOS MARETEGUI – JULIO

C. TELLO – ONCE DE OCTUBRE, DISTRITO DANIEL ALOMIA ROBLES – LEONCIO

PRADO – HUANUCO. No se debe considerar la construcción de Enrocados

porque solo existirán cruces de agua, mas no una corriente paralela a la línea

del eje de la carretera.

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CARRETERA

EMPEDRADORIO

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Esta imagen no es el caso de nuestra

carretera

Situación que se puede dar en

nuestra carretera

1.2 ENROCADOS PARA PROTECCION DE ALCANTARILLAS

Si bien no debemos considerar Enrocados paralelo al eje de la carretera

porque solo existirán cruces de agua, si podemos considerar estas obras

para la protección de alcantarillas tal como nos sugiere la DGCF en su

MANUAL PARA EL DISEÑO DE CAMINOS NO PAVIMENTADOS DE BAJO

VOLUMEN DE TRÁNSITO

1.3 ZONAS DE UBICACIÓNEn el lugar que le corresponde a las alcantarillas

Item Progresiva Tipo TMC

1 00+469.000

Alcantarilla

2 01+366.000

Alcantarilla

3 01+630.000

Alcantarilla

4 02+020.000

Alcantarilla

5 02+250.000

Alcantarilla

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6 03+090.000

Alcantarilla

7 07+720.000

Alcantarilla

8 07+790.000

Alcantarilla

9 08+020.000

Alcantarilla

10 08+190.000

Alcantarilla

11 08+320.000

Alcantarilla

12 08+550.000

Alcantarilla

13 08+923.000

Alcantarilla

14 09+220.000

Alcantarilla

15 09+288.000

Alcantarilla

16 09+455.000

Alcantarilla

17 09+815.000

Alcantarilla

18 09+960.000

Alcantarilla

19 10+260.000

Alcantarilla

20 10+620.000

Alcantarilla

21 10+780.000

Alcantarilla

22 10+866.000

Alcantarilla

23 11+290.000

Alcantarilla

24 11+415.000

Alcantarilla

25 11+540.000

Alcantarilla

26 13+120.000

Alcantarilla

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27 13+420.000

Alcantarilla

28 13+480.000

Alcantarilla

29 13+580.000

Alcantarilla

30 13+976.000

Alcantarilla

31 14+015.000

Alcantarilla

32 14+200.000

Alcantarilla

33 14+830.000

Alcantarilla

34 15+155.000

Alcantarilla

35 16+620.000

Alcantarilla

36 17+180.000

Alcantarilla

1.4 MÉTODOS PARA EL CÁLCULO DEL TAMAÑO DE LA PIEDRA DE PROTECCIÓN.

Para el diseño del enrocado existen varios métodos, en esta sección se

presentarán algunos métodos para el cálculo del tamaño de la piedra de

protección.

1.1.1. Método de Maynord

D50 = 2.08 diámetro medio de las rocasy = 0.40 profundidad del flujo

RECURSOS HIDRÁULICOS 60

D50=C1¿)F=C2(V

√ gy)

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V = 3.50 velocidad media del flujo

F = 2.65 numero de froude

C1 = 0.28 coeficiente de corrección

C2 = 1.50 coeficiente de corrección

C1 =0.2

8 Fondo Plano

C2 = 1.5tramos en curva

2. GAVIONESLos gaviones son cajas de alambre galvanizado armadas insitu y se rellenan con

piedras, usualmente obtenidas del lecho del río. Con la superposición de estos

elementos se logra la conformación de muros tipo gravedad de características

permeables y flexibles (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje).

2.1 PROTECCIÓN DE PILARES La solución más común para la protección de pilares de puentes frente a la

erosión, es la colocación de mantos de escollera alrededor del pilar. Dentro

de las ventajas, se tiene que es una medida de protección eficaz y versátil, y

ofrece facilidad de reposición o flexibilidad por reacomodo de sus elementos

ante una erosión imprevista.

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2.2 ZONAS DE UBICACIÓNSe ubicaran mantos de escollera en los pontones previstos a lo largo del tramo de la trocha, para proteger la subestructura de los mismos

1)

2)

2.3 MÉTODOS PARA CALCULAR EL TAMAÑO DE ROCA

1.1.2. Método de Maza Álvarez (1989)

La siguiente expresión puede ser usada para encontrar el tamaño de la

roca.

RECURSOS HIDRÁULICOS 62

Item Progresiva Puente1 00+850 Pontón2 07+030 Pontón3 08+555 Pontón4 14+377 Pontón5 16+920 Pontón

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Dm = 0.25 Diámetro medio de la roca (m)

V = 3.5 Velocidad media del flujo (V < 4.5m/s)

y = 1.2 Tirante de flujo (m)

ɣs = 2800Peso específico del material de protección (Kg/m3)

1.1.3. Método propuesto en HEC-18 (1993)

D50 = 0.247 Diámetro medio de la roca (m)

k = 1.7pilares con nariz redondeada

Coe form de pilar

V = 2 Velocidad de flujo sobre el pilar (m/s)

g = 9.81 Aceleración de la gravedad (m/s2)

Gs = 2.65Densidad relativa de la roca, usualmente 2.65

XVIII. SISTEMAS DE DRENAJE

Entiéndase como sistema de drenaje al conjunto de estructuras de drenaje que adecuadamente diseñadas y correctamente instaladas permiten la evacuación ordenada de los diferentes flujos de agua presentes en la carretera.

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Para el presente estudio, los sistemas de drenaje propuestos, se plantean básicamente siguiendo la orientación longitudinal y transversal al eje de la carretera, como principio base del orden de evacuación.

1. Sistema de Drenaje LongitudinalEl sistema de drenaje longitudinal planteado se destina a la recolección del agua pluvial que incide directamente sobre la superficie de rodadura y sobre las laderas aledañas a la carretera. Dicho flujo superficial es ordenadamente evacuado con estructuras de drenaje que siguen el sentido longitudinal de la carretera. Tales estructuras de drenaje para el Sistema de Drenaje Longitudinal son las denominadas cunetas.

1.1 CUNETASEl control de las aguas superficiales que discurren por la superficie de rodadura, se realizará por estructuras denominadas cunetas, las cuales captaran las aguas de escorrentía superficial y las conducirán hasta las estructuras de evacuación y de ahí hacia los drenes naturales.

1.1.1. Sección de Cunetas

Las cunetas tendrán en general sección triangular y se proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte. Sus dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviométricas siendo las dimensiones mínimas aquellas indicadas en el cuadro siguiente:

Dimensiones Mínimas de las Cunetas

Región Profundidad (m) Ancho (m)

Seca (< 400 mm/año) 0.20 0.50

Lluviosa (De 400 a < 1600 mm/año) 0.30 0.75

Muy Lluviosa (De 1600 a < 3000 mm/año)

0.40 1.20

Fuente: Manual de Diseño de Carreteras Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito-MTC

El ancho es medido desde el borde de la subrasante hasta la vertical que pasa por el vértice inferior. La profundidad es medida verticalmente desde el nivel de borde de la subrasante al fondo o vértice de la cuneta.

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Como la zona es lluviosa, según el cuadro es recomendable una sección de 0.30 de profundidad por 0.75 de ancho. Para lograr el funcionamiento adecuado de la sección hidráulica, se requiere que en el proyecto vial se considere:

1.1.2. Revestimiento de las cunetas

Cuando el suelo es deleznable (arenas, limos, arenas limosas, arena limo arcillosas, suelos francos, arcillas, etc.) y la pendiente de la cuneta es igual o mayor de 4%, esta deberá revestirse mínimamente con piedra y mortero de cemento.

1.1.3. Capacidad de cunetas

Con talud interior 1:2 y talud exterior 1:2Q = 0.83 Caudal (m3/seg)V = 7.33 Velocidad media (m/s)A = 0.11 Área de la sección (m2)P = Perímetro mojado (m)

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Rh = 0.46A/P Radio hidráulico (m) (área de la sección entre el perímetro mojado).

S = 0.03 Pendiente del fondo (m/m)n = 0.01 Coeficiente de rugosidad de ManningH = 0.30 Altura de cuneta

Caudal Q de aporte

Q = 0.813 Caudal en m3/sC = 0.5 Coeficiente de escurrimiento de la cuencaA = 0.65 Área aportante en Km2I = 9 Intensidad de la lluvia de diseño en mm/h

Q manning > Q de aporte

1.1.4. Construcción De Berma La construcción de una berma exterior de recepción con ancho mínimo de 60 cm (entre la cuneta y pie del talud de corte), con la finalidad de recepcionar la posible caída de materiales del talud superior, los cuales al impactar, deterioran las losas, y colmatan la sección hidráulica. Como se tiene un suelo deleznable (arenas, limos, arenas limosas, arena limo arcillosas, suelos francos, arcillas, etc.) también se debe contemplar la construcción de una berma exterior.

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1.1.1. Desagüé de cunetas

La descarga de agua de las cunetas se efectuará por medio de alcantarillas de alivio. En región seca o poca lluviosa la longitud de las cunetas será de 250m como máximo, las longitudes de recorridos mayores deberán justificarse técnicamente; en región muy lluviosa se recomienda reducir esta longitud máxima a 200m. Salvo justificaciones técnicas, cuando se tenga presencia de áreas agrícolas, viviendas ubicadas sobre el talud inferior de la carretera que pueden ser afectadas por descargas de alcantarillas de alivio. En este aspecto, el proyectista deberá realizar una evaluación exhaustiva para ubicar adecuadamente los puntos de descarga de alcantarillas de alivio sin afectar la propiedad adyacente.

En región seca o poca lluviosa la longitud de las cunetas será como máximo

250 m

En región muy lluviosa se recomienda reducir esta longitud máxima

200 m

1.2 CUNETAS O ZANJAS DE CORONACIÓN

Las cunetas o zanjas de coronación son canales que se construyen en la parte superior de los taludes de corte, para recoger las aguas que bajan por las

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pendientes naturales y conducirlas hacia la quebrada o descarga más próxima (alcantarillas o badenes) del sistema general de drenaje, evitando de este modo la erosión del terreno, especialmente en zonas de pendiente pronunciada. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

Normalmente son de forma rectangular, pero también pueden ser trapezoidales, si se requiere un mayor tamaño. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

Detalle típico de zanja de coronación.

Fuente: Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje

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1.3 ZANJAS DE DRENAJELas zanjas de drenaje son canales que se construyen en la parte inferior de los taludes de relleno en forma longitudinal lateral o transversal al alineamiento de la carretera, para recoger las aguas que bajan por el talud y terrenos adyacentes para conducirlas hacia la quebrada o descarga más próxima del sistema general de drenaje, evitando de este modo la erosión del terreno. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

Normalmente son de forma rectangular, pero también pueden ser trapezoidales, si se requiere una mayor dimensión. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

Detalle típico de zanja de drenaje

Fuente: Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje

1.4 CUNETAS DE BANQUETASon aquellas que se ubican al pie del talud inclinado de cada banqueta, las cuales consisten en la construcción de una o más terrazas sucesivas con el objetivo de estabilizar un talud. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

Pueden tener sección triangular, rectangular o trapezoidal, de acuerdo al caudal de escorrentía superficial que transportará y su descarga se efectuará hacia un curso natural o mediante caídas escalonadas hacia las cunetas. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

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Detalle de cuneta de banqueta típica

Fuente: Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje

1.5 CANALES DE DRENAJE

Un sistema de drenaje superficial de una vía diseñado adecuadamente debe interceptar con efectividad todo el escurrimiento directo superficial y de la cuenca, para conducirla a través de canales y cunetas que tengan el diseño adecuado para su descarga final en los cursos de agua naturales. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

En zonas bajas o con depresiones en su topografía, hay acumulaciones de aguas que pueden deberse a diferentes causas: por precipitaciones copiosas, por escurrimiento superficial o por elevación de la napa freática causada por riego o crecida de un río cercano, por tanto para captar y evacuar estas aguas acumuladas, se proyectarán diferentes canales en red de drenaje, dentro del área que presenta estos problemas.Esta red de drenaje está compuesta por:

Canales principales, que son los “drenes” o cauces naturales, los cuales se amplían en función del caudal a evacuar.

Canales secundarios, se proyectan para ampliar la red, y están conectados con los canales principales.

Canales terciarios, son los canales colectores, estos recogen el agua del área a evacuar y los trasladan hacia los canales secundarios.

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Los canales pueden ser de concreto fraguado en el terreno ó de canales prefabricados de concreto.

2. Drenaje Subterráneo

El drenaje subterráneo se proyecta con el objetivo de interceptar, conducir y/o desviar los flujos sub-superficiales (subterráneos) que se encuentren en el suelo de fundación de la carretera y/o provenientes de los taludes adyacentes. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

Sin embargo, se debe tener en cuenta que la experiencia ha mostrado que para las condiciones siguientes es riesgoso el uso de geotextiles:

Suelos finos pobremente graduados (es decir, todos los de tamaño uniforme),

Agua subterránea de alta alcalinidad donde la lentitud del líquido pasando a través del geotextil causa deposiciones de calcio, sodio o precipitaciones de magnesio,

Alta concentración de sólidos en suspensión en el líquido como en el caso de aguas turbias de ríos que pueden desarrollarse sobre o dentro del geotextil.

2.1 SUB-DRENAJE

4.2.1.1 Requerimientos de Obras de Sub-drenaje en proyectos viales.

El estudio de sub-drenaje, es una actividad que demanda mucha experiencia y certeza en los estudios; dado que las condiciones freáticas son dinámicas, es decir tanto el nivel freático como los flujos sub-superficiales, varían según la estación del año, comportamiento hidrológico de la zona, tipo de suelo, pendiente, alteración del medio poroso, etc.

La necesidad de obras de sub-drenaje en un proyecto vial, no es el resultado de un cálculo matemático de carácter determinísticos, si no está sujeto al comportamiento de múltiples variables aleatorias; por lo tanto, este requerimiento generalmente es estimado y se obtiene a partir de observaciones

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directas y muestreo del terreno. (Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje)

En la etapa de campo, se debe evaluar la necesidad de obras de sub-drenaje para las condiciones proyectadas de la carretera, y adoptar las precauciones cuando la vía se encuentre cerca o este influenciado por:

Existencia de lagunas, puquiales, canales sin revestir en la parte alta de la vía.

Deformaciones, hundimientos y/o asentamientos de la plataforma vial, atribuibles a la presencia del agua en el subsuelo.

Existencia de cultivos con grandes demanda de agua, como el arroz. Presencia de terrenos de cultivos con riegos por gravedad permanentes o riegos en secano.

Filtraciones en taludes, presencia de vegetación propia de suelos saturados como el junco, totora, etc.

Presencia de niveles freáticos en excavaciones a cielo abierto. Excavaciones de la plataforma vial, en taludes saturados, etc.

Fuente: Manual para el Diseño de caminos No Pavimentados de Bajo Volumen de Tránsito

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XIX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se deben construir obras de protección para mantener el buen estado de las vías las mismas que no fueron consideradas en el expediente.

Muchas de las obras de arte no han sido consideradas en el proyecto ni en la construcción.

Se determinó los parámetros geomorfológicos con la cuales e determino los caudales de diseño, con los cuales se proyectó las estructuras hidráulicas.

Para la correcta georreferenciación y ubicación del eje de la trocha, se modificaron las codenas, las cuales estaban contempladas erróneamente en la obra.

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XX. ANEXO II

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