Informe hidrologia, hidraulica y drenaje (i)

CONSORCIO SAN MARCOSMAZOCRUZ

INFORME FINAL

ESTUDIO DEFINITIVO DEL MANTENIMIENTO PERIÓDICODEL TRAMO CHECCA - MAZOCRUZ

ESTUDIO DEFINITIVO Y LA EJECUCION DE LA OBRA DEL MANTENIMIENTO PERIODICO DE LA CARRTERA ILAVE (EMP. R3S) – MAZOCRUZ, TRAMO:

CHECCA – MAZOCRUZ (Km 10+000 AL Km 83+000)DEPARTAMENTO DE PUNO

CHECCA - MAZOCRUZ

INFORME DE HIDROLOGIA E HIDRAULICA

INDICE

5.1. INTRODUCCION

5.1.1 Generalidades5.1.2 Objetivos

5.2 MATERIALES Y METODOS

MATERIALES

Información Cartográfica

Información Meteorológica

Equipos

Programas de Cómputo

5.2.1 Metodología

a) Hidrología

b) Drenaje

5.2.1.1 Caracterización de las cuencas5.2.1.2 Hidrología

5.2.1.2.1 Características de las cuencas 5.2.1.2.2 Análisis de la precipitación máxima de 24 horas5.2.1.2.3 Selección de la función de distribución de probabilidad5.2.1.2.4 Lluvia de diseño5.2.1.2.5 Estimulación de caudales máximos5.2.1.2.6 Calibración del modelo

5.2.1.2.6.1 Descarga máxima de observación5.2.1.2.6.2 Descarga máxima de estimación

INFORME N° 01


INFORME FINAL


a) Principales parámetros morfológicos de la sub cuencab) Principales parámetros iniciales del modeloc) Secuencia sobre el empleo de Hec – HMS

c1) Modelo de la cuencac2) Modelo meteorológicoc3) Modelo de control de especificaciones

5.2.1.2.7 Hidrograma de salida de la cuenca de calibración5.2.1.2.8 Estimación de caudales máximos e las quebradas5.2.1.2.9 Resumen y elección de los caudales máximos de diseño

para las estructuras de cruce, obtenidos por los métodos, Clark, Snyder y SCS

5.2.1.3 Método Racional5.2.1.4 Drenaje

5.2.1.4.1 El sistema de drenaje actual5.2.1.4.2 Sistema de drenaje y obras de arte proyectadas

5.2.2 Evaluación de obras de arte5.2.2.1 Cunetas

5.2.2.1.1 Cálculo del caudal de diseño de las cunetas

a) Consideraciones para la selección de la cunetab) Pendiente longitudinal de la cunetac) Rugosidad de la cunetad) Longitud del tramoe) Entrega de cunetasf) Estructura de la cuneta hacia el terreno naturalg) Estructura de entrega de cuneta hacia las alcantarillas

5.3 RESULTADOS5.3.1 Precipitación instantánea5.3.2 Selección de la función de distribución5.3.3 Lluvia de diseño.5.3.4 Resultado de los caudales máximos de las quebradas de intercepción

con la vía

INFORME N° 01


INFORME FINAL


5.1. INTRODUCCIÓN

5.1.1. Generalidades

El presente documento es el Informe Final (IF) del estudio de hidrología y drenaje para

la Elaboración del Estudio Definitivo y la Ejecución de la Obra del Mantenimiento

Periódico de la Carretera Ilave (EMP.R3S) – Mazocruz, Tramo: Checca - Mazocruz

(Km 10+00 al 83+000). El proyecto está elaborado por la El Consorcio San Marcos –

Mazocruz. El proyecto está ubicado políticamente entre los distritos de Checca y

Mazocruz, en la provincia de Collao y departamento de Puno, geográficamente se

encuentra entre las coordenadas UTM: (430425.821-E, 8211983.746-N,) y

(432322.59-E, 8148923.88-N).

5.1.2. Objetivos

Calcular los caudales de diseño de las obras de drenaje transversal y

longitudinal, del la Elaboración del Estudio Definitivo y la Ejecución de la Obra

del Mantenimiento Periódico de la Carretera Ilave (EMP.R3S) – Mazocruz,

Tramo: Checca - Mazocruz (Km 10+00 al 83+000).

Evaluación y planteamiento del sistema drenaje para el control del flujo de

agua superficial en los eventos extraordinarios.

5.2. MATERIALES Y METODOS

MATERIALES

Información Cartográfica

Se dispuso de la siguiente información cartográfica, proveniente del Instituto

Geográfico Nacional (IGN).

Descripción Escala

Mapa Físico Político del Perú 1 / 1 000 000

INFORME N° 01


INFORME FINAL

Longitud Latitud Altitud (msnm)

Ilave Collao Pluviométrica 69°38'00" W 16°05' S 3850 1998/2007(10)

Periodo de RegistroEstación Provincia TipoCoordenadas


Mapa Vial del Perú 1 / 2 000 000

Mapa Departamental de Puno 1 / 1 000 000

Cartas Nacionales 33 -x, 34 -x. 1 / 100 000

Información Meteorológica

La información hidrológica utilizada en el estudio es la hidrometeorológica, la

precipitación máxima de 24 horas, de 10 años de registro histórico de la estación Ilave

que se encuentra en la provincia del mismo nombre, Fuente, Oficina General de

Estadística e Informática SENAMHI. Con fines de calibración del modelo Hidrológico

“Hydrologic Modeling System HEC-HMS”, se ha considerado la cuenca del río Ilave,

teniendo como punto de control, el puente del mismo Nombre.

La estación pluviométrica utilizada de la fuente es la estación Ilave, cuyo registro

histórico será utilizado previo análisis de consistencia y ajuste de las funciones de

distribución para eventos máximos extraordinarios y, aplicados al modelo

HYDROLOGIC MODEL SYSTEM HEC-HMS. Ver el plano de ubicación PU-1.

Cuadro N° 2.1, Ubicación de la Estación Hidrológica

FUENTE: SENAMHI

Equipos GPS 12: 12 Channel – GARMIN

Cámara fotográfica

Wincha de 5m y 50m

Scanner

Microcomputador

Impresora

Programas de Cómputo Hydrologic Modeling System HEC-HMS v.2.2.2

Smada v.6.4.3 For Window

INFORME N° 01


INFORME FINAL


Arc View V.3.2

ArcInfo V.3.3.1

AutoCAD 2006

Microsoft Office

5.2.1. Meteorología

La metodología seguida para el presente trabajo comprende en dos bloques

principales:

a) Hidrológico

b) Drenaje.

a) Hidrológico.- Comprende en el análisis de la información hidrometeorológico y

cartográfico de la cuenca.

El primero comprende en la recolección y compra de registros pluviométricos y

descargas disponible, de manera que para el presente estudio no se contó con la

información de descarga máxima mensual para la calibración del modelo, por lo que

se ha generado el caudal observado hidráulicamente por el método sección pendiente,

según las medidas tomadas del puente Ilave como punto de control, ya que la zona de

estudio se encuentra ubicado en la cuenca del río del mismo nombre. Una vez

calibrado dicho modelo se generan las descargas a partir de la precipitación máxima

de 24 horas, según el tipo de la estructura previo análisis y selección de las mismas

para eventos extremos máximos y luego someter a una prueba de bondad de ajuste

de las funciones de distribución por el método analítico de error cuadrático mínimo.

Por otro lado el análisis cartográfico consiste en la determinación de parámetros

geomorfológicos de la cuenca o del modelo de aplicación HEC-HMS. Obtenidos,

dichos parámetros se simulan las descargas de diseño y luego se calibra el modelo

para su aplicación.

b) Drenaje.- Comprende el inventario de las quebradas con descargas y/o secas para

la proyección de estructuras de cruce, para garantizar el buen sistema de drenaje vial

y mejorar la transitabilidad de la misma.

INFORME N° 01


INFORME FINAL


Teniendo los resultados de la primera parte y definidas los tipos de estructura de

drenaje se calculan las capacidades de las mismas para cada uno de ellos

Metodología de Trabajo

I(HIDROLOGICO) II(DRENAJE)

5.2.1.1. Caracterización del área de estudio

Se identifica como área de estudio, al contexto físico – geográfico, hidrográfico y

climatológico, en el cual se desarrolla la Hidrología y Drenaje del Elaboración del

Estudio Definitivo y la Ejecución de la Obra del Mantenimiento Periódico de la

Carretera Ilave (EMP.R3S) – Mazocruz, Tramo: Checca - Mazocruz (Km 10+00 al

83+000).

INFORME N° 01

NOSI

SIMULACIÓN DEL MODELO HMS

PARAMETROS DE LA

CUENCA

NO

PROCESAMIENTO DE DATOS

PLUVIOGRAFICOS

REGISTRO DE LLUVIA MÁXIMA SELECCIONADA

ANÁLISIS DE DISTRIBUCIÓN

Probabilística ELECCIÓN DE

UNA DISTRIBUCIONPRUEBA DE BONDAD

DE AJUSTE

SI

CONDICIONES INICIALES DEL MODELO HMS

OBTENCIÓN DE LLUVIA DE DISEÑO

CAUDAL DE DISEÑO (Q)

CARACTERÍSTICAS DEL

AREA DE ESTUDIO

INFORMACION

HIDROMETEOROLOGICO

I N F O R M A C I O N

INVENTARIO DE OBRAS DE DRENAJE VIAL

OBRAS PROYECTADAS

CALIBRACION DEL MODELO HEC-HMS

DISEÑO HIDRAULICO DE OBRAS DE DRENAJE

VIAL

SELECCIÓN O. A. D. DPROYECTADOS


INFORME FINAL

ESTACION : ILAVELatitud: 16°05' S Depto : PunoLongitud: 69°38'W Prov. : El CollaoAltitud: : 3850 msnm Dist. : Ilave

PARAMETRO: Precipitación máxima en 24 horas

AÑOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC Máx. anual 1998 13.50 20.60 19.50 18.50 0.00 4.50 0.00 0.10 3.20 12.20 16.20 10.00 20.61999 10.50 26.70 27.60 26.00 14.60 0.60 1.50 3.90 12.20 39.70 11.80 12.10 39.72000 26.10 18.40 27.60 9.20 3.30 2.20 9.30 3.40 2.80 18.00 1.00 20.30 27.62001 36.20 25.70 26.50 11.50 1.50 0.10 8.00 8.60 4.80 27.70 19.10 30.80 36.22002 26.80 29.10 23.70 19.70 9.90 12.00 13.80 4.80 4.40 16.50 18.50 33.20 33.22003 24.50 8.70 26.10 5.50 9.40 0.50 0.00 5.00 16.70 6.10 6.60 19.80 26.12004 28.00 28.70 10.00 6.00 10.20 1.60 8.50 16.80 10.00 1.00 5.70 18.40 28.72005 22.60 17.50 14.40 10.00 8.30 0.00 0.00 0.00 5.20 23.00 10.80 22.20 23.02006 46.00 21.80 26.90 12.40 2.40 3.00 0.00 7.00 16.20 12.80 25.60 19.70 46.02007 20.20 26.90 29.30 28.70 2.00 2.10 7.30 5.20 7.50 9.00 9.20 19.40 29.3

OFICINA GENERAL DE ESTADISTICA E INFORMATICA-SENAMHI


El proyecto vial en su integridad, se ubica entre las coordenadas geográficamente

UTM: (430425.821-E, 8211983.746-N,) y (432322.59-E, 8148923.88-N).

El eje vial en estudio atraviesa una zona de relieve casi llano con ondulaciones suaves

en ciertos tramos y con pendientes poco pronunciados, donde el trazo se emplaza a

través de vía existente con terraplenes en relleno sobre superficies con suaves

ondulaciones.

5.2.1.2. Hidrología

5.2.1.2.1. Características de las cuencas

Hidrográficamente el área de estudio se encuentra en la Sub cuenca del río Ilave que

constituye uno de los tributarios de la cuenca de lago Titicaca. El río Ilave nace en las

confluencias de Uncallame y rio Grande que tiene una longitud de 70 Km. que recorre

a lo largo de la zona alto andina en el que la precipitación es de carácter estacional, el

inicio de lluvias es en el mes de Diciembre generalmente y se extiende hasta fines del

mes de Marzo, cuya régimen pluvial es variable e irregular, se tiene la presencia de

años húmedos seguidos de años secos y eventos extremos.

CUADRO N° 2.2

INFORME N° 01


INFORME FINAL

Hietograma de Precipitación Máxima de 24 h

0.05.0

10.015.020.025.030.035.040.045.050.0

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Años

Prec

ipita

ción

(mm

)

Año P.Max24 horas 10 15 30 60 120 180 240

1998 20.60 5.9 6.6 7.8 9.3 11.1 12.2 13.21999 39.70 11.5 12.7 15.1 17.9 21.3 23.6 25.42000 27.60 8.0 8.8 10.5 12.5 14.8 16.4 17.62001 36.20 10.5 11.6 13.8 16.4 19.4 21.5 23.12002 33.20 9.6 10.6 12.6 15.0 17.8 19.7 21.22003 26.10 7.5 8.3 9.9 11.8 14.0 15.5 16.72004 28.70 8.3 9.2 10.9 13.0 15.4 17.1 18.32005 23.00 6.6 7.3 8.7 10.4 12.4 13.7 14.72006 46.00 13.3 14.7 17.5 20.8 24.7 27.4 29.42007 29.30 8.5 9.4 11.1 13.2 15.7 17.4 18.7

Lluvias Máximas de la Estación Ilave( mm)Duración en minutos


Graf. : N°02, Curva de histograma de precipitación máxima de 24 horas

5.2.1.2.2. Análisis de la precipitación máxima de 24 horas

A partir de la precipitación máxima de 24 horas se ha determinado la precipitación

máxima instantánea para un periodo de duraciones de 10, 15, 30, 60, 120, 180 y 240

minutos a través de DYCK PESCHKE y WEIBULL, la cual fue sometida a un análisis

de ajuste de frecuencia de las funciones de distribución para eventos extremos

máximos por: Normal, Log normal-2P, Log normal-3P, Pearson-III, Logpearson–III y

Gumbel, que fue seleccionado por el método analítico de error cuadrático mínimo.

CuadroNº2.3, Transformación, precipitación diaria para diferentes periodos duración

Fuente: Elaboración propia

INFORME N° 01


INFORME FINAL

N° orden T (años)10 15 30 60 120 180 240

1 11.00 13.28 14.70 17.48 20.78 24.72 27.35 29.392 5.50 11.46 12.68 15.08 17.94 21.33 23.61 25.373 3.67 10.45 11.56 13.75 16.36 19.45 21.52 23.134 2.75 9.58 10.61 12.61 15.00 17.84 19.74 21.215 2.20 8.46 9.36 11.13 13.24 15.74 17.42 18.726 1.83 8.28 9.17 10.90 12.97 15.42 17.07 18.347 1.57 7.97 8.82 10.49 12.47 14.83 16.41 17.638 1.38 7.53 8.34 9.92 11.79 14.02 15.52 16.689 1.22 6.64 7.35 8.74 10.39 12.36 13.68 14.70

10 1.10 5.95 6.58 7.83 9.31 11.07 12.25 13.16

Lluvia máxima aplicado a Weimbull(mm)Duración en minutos


Cuadro Nº 2.4 Profundidad de precipitación por Weibull


Una vez que se ha asignado periodo de retorno a cada año de la lluvia máxima anual

de registro, se procede a buscar la función de distribución de probabilidad teórica de

mejor ajuste a los datos de la información, la cual es seleccionada a través del método

analítico del error cuadrático mínimo.

5.2.1.2.3. Selección de la función de distribución de probabilidad

Para seleccionar la función de distribución para eventos extremos máximos existen

dos métodos, gráfico y analítico, el primer método consiste en inspeccionar una gráfica

donde se haya ploteado cada una de los diferentes funciones junto con los puntos

medidos. La función de distribución de probabilidad que se selecciona será la que se

apegue visualmente mejor a los datos medidos. El segundo método analítico, es el

método de error cuadrático mínimo, consiste en calcular, para cada función de

distribución el error cuadrático.

Donde es el i-ésimo dato estimado y es el i-ésimo dato calculado con la función

de distribución bajo análisis, la función seleccionada será el de menor valor tal como

se presenta en los cuadros de resultados Cuadro N°3.2, al Cuadro N°3.8, donde se

muestra las precipitaciones máximas determinadas con cada uno de los modelos de

INFORME N° 01


INFORME FINAL

10' 15' 30' 60' 120' 180' 240'

Años Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III

250 19.72 21.80 25.94 30.83 36.69 40.58 43.60100 17.59 19.45 23.14 27.51 32.73 36.21 38.9150 16.03 17.73 21.09 25.08 29.83 33.00 35.4625 14.50 16.04 19.08 22.68 26.98 29.85 32.0810 12.48 13.81 16.43 19.54 23.23 25.71 27.635 10.91 12.08 14.37 17.09 20.32 22.49 24.163 9.68 10.72 12.75 15.16 18.03 19.95 21.442 8.59 9.51 11.30 13.45 15.99 17.69 19.01

PROFUNDIDAD DE LLUVIA DE DISEÑO

mm

DURACIONES

CURVAS DE PRECIPITACION DE DISEÑO

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

250 100 50 25 10 5 3 2

PERIODO DE RETORNO (AÑOS)

PRO

FUND

IDAD

DE

PREC

IPIT

ACIO

N (m

m)

10'

15'

30'

60'

120'

180'

240'


distribución y para cada uno de los periodos de duración. La información se ajusta

mejor a la función de distribución LOG-PEARSON III, por lo que se tomará recomienda

utilizar esta función para el fines de diseño hidráulico.

5.2.1.2.4. Lluvia de diseño

La lluvia de diseño para diferentes tiempos de retorno de 2 a 250 años se ilustra en el

cuadro N°2.5, donde se aprecia que la profundidad de lluvia de diseño son mayores

para periodos de duración y tiempo de retorno mayores y viceversa para período de

duración y tiempo de retornos menores la profundidad de lluvia es menor.

Cuadro N° 2.5

Fuente: Elaboración Propia

Grafico N° 2.1

INFORME N° 01


INFORME FINAL


5.2.1.2.5. Estimación de caudales máximos

El conocimiento adecuado de los valores del caudal máximo de descarga es

importante para definir el diseño de las obras hidráulicas y el comportamiento de las

mismas. Para ello se ha utilizado el modelo hidrológico matemático HYDROLOGIC

MODELING SYSTEM (HEC-HMS) lo cual ha sido empleado para la determinación de

los caudales de diseño a partir de las precipitaciones máximas de diseño, previa

calibración del mismo.

La calibración del modelo se efectuó tomando como punto de control el puente Ilave,

para ello se ha considera las huellas y señales alcanzadas en las épocas

extraordinarias con apoyo de los señores del lugar, los datos tomados en el campo

son: Luz L= 149 m, alto h = 6.30 m, donde la huella alcanzada en los muros es 3.30 m,

la rugosidad estimado del lecho es n = 0.023 y la pendiente promedio aproximado del

cauce en el eje es 0.0025. Por cuanto el caudal en el punto de intercepción es

2359.84 m3/s, según el calculo hidráulico, sección - pendiente.

5.2.1.2.6. Calibración del modelo

5.2.1.2.6.1. Descarga máxima de observación

Descarga (Qo)= 2359.84 m3/s (punto de control)

La descarga máxima considerado para la calibración, es el resultado de la evaluación

según los datos tomados en campo, puente Ilave, como punto de control de la sub-

cuenca del río del mismo nombre.

Para ello se ha hecho el cálculo hidráulico por el método, Sección – Pendiente,

haciendo uso el SOFTWARE HCHANNEL, tal como presenta la hoja de reporte:

INFORME N° 01


INFORME FINAL


5.2.1.2.6.2. Descarga máxima de estimacióna) Principales parámetros morfológicos de la Sub-Cuenca.

Teniendo como punto de control el “Puente Ilave” se tiene los datos morfológicos de la

Sub-Cuenca del río del mismo nombre:

Área de Influencia (A) = 6070.67 km2

Longitud del cauce principal (Lc) = 118042 m.

Pendiente promedio de la cuenca (s) = 0.008 m/m

Tiempo de Concentración (Tc) = 13.70 hs

Rugosidad del lecho (n) =0.023

INFORME N° 01


INFORME FINAL


CUENCA DEL RIO ILAVE

Otros datos de la cuenca:Tipo de suelo: Tipo C, arena fina, alto contenido de arcilla.

CN= 86 (cobertura pastizal con pendiente mayor de 1 % )

La permeabilidad 77 % por ser suelo cubierto de pastos natrales.

b) Principales parámetros iniciales del modelo.

Los principales parámetros del modelo con fines de calibración se resumen en el

siguiente cuadro N°2.6.

INFORME N° 01

RIO ILAVE

PTE. ILAVE


INFORME FINAL


Cuadro N°2.6 Parámetros Iniciales del Modelo


c) Secuencia sobre el empleo de HEC- HMS

El HYDROLOGIC MODELING SYSTEM (HEC-HMS), utiliza tres tipos de archivos:

Modelo de Cuenca, Modelo Meteorológico y Control de especificaciones, cada uno de

estos archivos requieren parámetros de cuenca y del modelo propiamente dicho,

donde existen parámetros variables y constantes dependiendo del tipo de estudio.

Para nuestro caso específico los parámetros relacionados a la permeabilidad y tipo de

suelo se consideran constantes por presentarse desde el punto de control similares

características fisiográficas y edafológicas, pero los parámetros relacionados al

comportamiento hidrológico y meteorológico son variables según la altitud o piso

ecológico.

c1) Modelo de la cuencaPara nuestro caso consideramos las áreas de influencia de los diferentes puntos de

intercepción de la Sub-cuenca del río Ilave que constituye uno de las vertientes del

lago Titicaca.

Para la delimitación del área de influencia se utilizó la carta nacional teniendo como

apoyo el Mapa Hidrográfico del estudio de la ONERN, escalas de 1/100,000 y

1/350,000 respectivamente, las cuales constituyen informaciones cartográficas para

determinar los parámetros morfológicos de la cuenca.

Tasa de pérdidas

INFORME N° 01

TASA DE PERDIDAS FLUJO BASE

SCS Recesión

Perd.

Inicial

SCS

Curve N°%Imp.

SCS

Lag

Const.

Inicial

Ta

ConstUmbral

Km2 mm N % Hr cm. Cm

Qi 6070.6 8.26 86 77 13.70 0.01 0.10 0.01


INFORME FINAL


Para determinar la tasa de pérdidas se utilizó el método del Servicio de Conservación

Suelos (SCS), es decir los valores de CN asignados, que fueron extraídos del manual

de referencia técnicas del HEC-HMS según las características fisiográficas de la zona.

El valor de CN para la zona es 86, por el tipo de suelo poco permeable y según las

condiciones fisiográficos del lugar, corresponde suelo de tipo C.

Pérdidas iniciales

Las perdidas iniciales, se determinaron a partir de las relaciones:

Donde:

Perdidas iniciales (mm)

Retención máxima potencial

Número de Curva

A nivel de la cuenca existe variación fisiográfica, para nuestro caso se ha considerado

un promedio para toda el área de influencia que es 77% impermeable.

Transformación de lluvia

Los métodos seleccionados para la transformación de la lluvia a escurrimiento, es

SCS. Sin embrago se han utilizado otros dos métodos mas, Zinder y Clark a manera

de comparación según se detallan a continuación. El método de Clark, es un método

que cuenta con dos parámetros: tiempo de concentración “ ” y el coeficiente de

almacenamiento, siendo éste último 3 veces el tiempo de concentración según las

recomendación de Seth R. Ahrens, M.S.E (1999), por lo que se ha considerado 3

veces el tiempo de concentración.

El tiempo de concentración “ ” es el tiempo que demora en viajar una partícula de

agua desde el punto mas lejano de la cuenca hasta el punto de control. Comprende el

lapso entre el final de la lluvia y el momento en que se seca el escurrimiento

INFORME N° 01


INFORME FINAL


superficial, y es calculado por método de Kirpich y Kerby’s, del cual, lo más

recomendable según la experiencia es el segundo, cuya formula es:

Tiempo de concentración (min.)

Longitud de la corriente principal (m)

Pendiente de la corriente principal (m/m)

Rugosidad de retardo, según la cobertura vegetal y tipo de suelo.

Área de cuenca (Km2)

Método de escorrentía directa Clark, deriva del hidrograma unitario de la cuenca para

este caso el área de influencia de la cuenca es a través de los procesos de

transformación del exceso de precipitación a escorrentía. La transformación o

movimiento del exceso de precipitación puede llevarse acabo por dos vías, 1)

Traslación del exceso de precipitación desde el origen a la salida de la cuenca y 2)

Reducción o atenuación del exceso de descarga en almacenamiento a lo largo de la

cuenca.

El hidrograma de traslación puede ser convenientemente derivado desde una relación

área-tiempo, para el cual, la superficie, es la acumulación desde la salida de la

cuenca, y el tiempo de viaje, es definido por las isócronas (curva de área tiempo).

El segundo método empleado es el Hidrograma Triangular Unitario Sintético del S. U.

Soil Conservation Service (Método SCS o de la Curva Número, CN). Es un método

utilizado para la estimación de la lluvia en exceso ocasionado por una tormenta, y es la

consolidación de diversos procedimientos, se aplica principalmente en los estudios de

avenidas máximas en cuencas sin aforos. El método SCS, esta en función de CN y el

tiempo de retardo Tp de la descarga (hr).

INFORME N° 01


INFORME FINAL


c2) Modelo metereológico

Para determinar la precipitación máxima de diseño se consideró la serie de registro

hidrometeorológico de la estación San Juan, con registros de los años 1998/2007,

luego se hizo el análisis y transformación a periodos de duración menores a una hora

por DYCK PESCHKE, se hizo análisis de distribuciones a través del programa Smada

v.6.4.3 (Wiley y Sons) y la representación probabilística correspondiente, consiste en

el ajuste y selección mas aproximado por error cuadrático mínimo, según se aprecia

en los cuadros de los resultados N°3.2 al N°3.8.

Las precipitaciones máximas determinadas para periodos de retorno de 2, 5, 10, 25,

50, 100 250 años, cuyas áreas de influencia son considerados por encima del punto

de control, lo cual es ponderado en la determinación de la precipitación a través del

modelo HMS.

INFORME N° 01


INFORME FINAL


Fig. N° 2.3 Ingreso de las precipitaciones por frecuencia de ocurrencia

c3) Modelo de control de especificacionesEn este módulo se introducen las fechas y horas de inicio y fin de la simulación del

intervalo de tiempo para el cálculo del hidrograma de escurrimiento, para este caso la

fecha de simulación es 16 de enero de 2006, de 03:00 horas hasta las 18:55 horas del

mismo día con intervalos de control de 5 minutos. Luego de corrida del método, se

tiene el hidrograma de salida a través del HEC-HMS, lo cual nos permite analizar los

valores de los resultados. El modelo básicamente utiliza dos parámetros: tiempo de

concentración y el coeficiente de almacenamiento, siendo el primero determinado por

el método de Kerby’s.

Fig. N° 2.4 Control de Especificaciones

INFORME N° 01


INFORME FINAL


5.2.1.2.7. Hidrograma de salida de la cuenca de calibración

El resultado de la calibración es Q = 2357.90 m3/s, según se presenta en el reporte, en

el cuadro N°2.7 de resultados.

Fig. N° 2.5 Hidrograma de Salida del modelo

Cuadro N°2.7, Reporte del hidrograma de salida del modelo

INFORME N° 01


INFORME FINAL


Según se observan, los valores del caudal estimado y observado son bien cercanos,

que hace una diferencia de 1.94 que, (Observ. (Qo =2359.80 m3/s) - Est.(Qe = 2357.90

m3/s))= 1.94 m3/s.

Luego de la calibración del modelo se determina la descarga en la quebrada de

intercepción con la vía, que constituye una sola donde esta ubicado el pontón

existente en la progresiva 7+868 Km., según como se presenta en el cuadro N°2.11,

las descargas determinadas por los métodos CLARK, SNYDER y SOIL

CONSERVATION SERVICE (SCS).

5.2.1.2.8. Estimación de caudales máximos de las quebradas

Una vez calibrada el modelo se determinan las descargas de las quebradas de

intercepción con la carretera a través del Modelo HYDROLOGIC MODELING SYSTEM

(HEC-HMS) ya que presentan áreas grandes, por los métodos Hidrograma Triangular

Unitario Sintético de U.S. SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS), Snyder y Clark,

para el caso de áreas de escurrimiento pluvial pequeñas, como las cunetas se utilizó el

método RACIONAL.

Cuadro N°2.8 Configuración de los Modelos de Cuenca en el HEC-HMS

MODELOS TASA PERDIDAS TRANSFORMACIÓN FLUJO BASE

MODELO-I Inicial/Constante Clark Recesión

MODELO-II Inicial/Constante Snyder Recesión

MODELO-III SCS Curva Nº SCS RecesiónFuente: Elaboración propia

Cuadro N°2.9 Parámetros iniciales del Modelo de Cuenca-I.

TASA DE PERDIDAS TRANSFORM FLUJO BASE

Inicial/Const. Clark Recesión

Perd.

Inicial

Const.

Inf.

%Imp. Tc Coef.

Almact.

Const.

Inicial

Ta

Const

Umbral

Km2 mm mm/h % Hr Hr cm. Cm

Qi 0.87 8.26 4.19 77 1.15 3.45 0.01 0.10 0.01


INFORME N° 01


INFORME FINAL

PROGRESIVA MICRO AREA

CUENCAS Km2 SCS CLARK SNYDER

07+868.00 Locotuyo 0.87 2.970 0.87 2.82

HEC-HMS (m3/s)

METODO

PARA PERIODO DE RETORNO DE 50 AÑOS

CARACTERISTICAS


Cuadro N°2.10 Parámetros iniciales del Modelo Cuenca-II.

TASA DE PERDIDAS TRANSFORM FLUJO BASE

Inicial/Const. Snyder Recesión

Perd.

Inicial

Const.

Inf.

%Imp. Tp Coef.

Pico.Cp

Const.Inicial Ta

Const

Umbral

Km2 mm mm/h % Hr cm. Cm

Qi 3.77 15.17 4.16 77 1.18 0.60 0.01 0.10 0.01


Cuadro N°2.11 Parámetros del Modelo Cuenca-III

TASA DE PERDIDAS FLUJO BASE

SCS Recesión

Perd.

Inicial

SCS

Curve N°

%Imp. SCS

Lag

Const.

Inicial

Ta

Const

Umbral

Km2 mm N % Hr cm. Cm

Qi 0.87 8.26 86 77 1.18 0.01 0.10 0.01


5.2.1.2.9. Resumen y elección de los caudales máximos de diseño para las estructuras de cruce, obtenidos por los métodos, Clark, Snyder y SCS

Los cálculos fueron realizados a través del modelo calibrado HYDROLOGIC

MODELING SYSTEM (HEC-HMS), por los métodos SOIL CONSERVATION SERVICE

(SCS), CLARK Y SNYDER. Según como se presenta el cuadro resumen siguiente.

Cuadro N° 2.12

INFORME N° 01


INFORME FINAL


Se recomienda utilizar para el diseño de las obras de drenaje el método de SOIL

CONSERVATION SERVICE (SCS), por ser más conservador con respecto a los otros

métodos.

5.2.1.3. Método racional

Refieren WRIGHT – PAQUETTE que “Uno de los métodos más comunes para calcular

el escurrimiento en un área de drenaje de menor superficie es el Método Racional,

M.R.; la gran aceptación que ha tenido se debe al hecho de que combina juicios de

ingeniería con cálculos hechos a partir de análisis, mediciones u otros cálculos, el

método tiene como base la relación directa entre la lluvia y el escurrimiento”.

El Método Racional, M.R, y todos los métodos empíricos derivados, se usan “para

diseñar drenes de tormenta, alcantarillas y otras estructuras conductoras de aguas de

escurrimiento de pequeñas áreas” (LINSLEY); pero “pueden involucrar grandes

errores, en caso de áreas grandes, siendo el proceso de escurrimiento es muy

complejo como para resumirlo en una fórmula de tipo directa, en la que solo

intervienen el área de la cuenca y un coeficiente de escurrimiento” (VILLÓN).

Por otro lado, se refiere LINSLEY que “Si las lluvias se aplicaran con una velocidad o

ritmo constante a una superficie impermeable, el escurrimiento de la superficie

eventualmente llevaría a tener un ritmo igual al de la lluvia. El tiempo necesario para

llegar a este equilibrio es el tiempo de concentración, Tc, y para pequeñas áreas

impermeables o permeables, se puede considerar que si la lluvia persiste con un ritmo

uniforme durante un período mínimo de una duración de Tc, el máximo del

escurrimiento será igual al ritmo de la lluvia”. Esta es la base de la fórmula del Método

Racional, M.R.

Donde:

Q es el ritmo máximo de escurrimiento (L3/T), C es un coeficiente de

escurrimiento (se obtiene de tablas o se calcula), y I es la intensidad de la lluvia

(L/T).INFORME N° 01


INFORME FINAL


“El área límite – según LINSLEY - más allá de la cual las consideraciones del

M.R. son inadecuadas, depende de la pendiente, tipo de superficie, forma de la

cuenca y precisión exigida; debe usarse con cautela para áreas mayores de 100

acres (1 acre = 4 047 m2), y probablemente, nunca debe utilizarse en áreas

mayores a 1 200 acres (485,63 ha /4,9 km2)”.

Donde:

Q = Escurrimiento o caudal máximo (m3/s);

C = Coeficiente de escurrimiento de 0,1 a 1, de acuerdo a las características

propias de la cuenca.

I = Intensidad de la lluvia para una frecuencia o período de retorno dado (mm/hr).

A = Área de cuenca (km2); El coeficiente 1/3.6, corresponde a la transformación

de unidades.

5.2.1.4. DRENAJE

5.2.1.4.1. Evaluación del sistema de drenaje actual

De acuerdo a los Términos de Referencia, se adjunta una relación detallada de las

obras de arte, como son Alcantarillas, Puentes, Badenes y Pontones que forman parte

del tramo en estudio, a continuación se detalla todas las existentes (Ver Estudio de Estructuras y Obras de Arte, item 6)

INFORME N° 01


INFORME FINAL


Nº Progresiva Estructura Estado Accion

1 10+018.50 Alcantarilla ARNCO con concreto Buen Estado Limpieza

2 10+677.45 Alcantarilla de piedra cemento Buen Estado Limpieza

3 12+324.35 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza4 12+455.70 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza5 12+686 Alcantarilla de piedra cemento Buen Estado Limpieza

5 13+930.40 Alcantarilla de concreto Buen EstadoLimpieza y construcción

de muro de mampostería

6 14+356.00 Alcantarilla de piedra y concreto Buen Estado Limpieza

7 14+535.50 Alcantarilla de piedra Regular Limpieza y Reparación8 15+016.30 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza9 16+087.00 Alcantarilla ARNCO Colmatada Limpieza 16+574.60 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza total

10 17+842.20 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza11 18+369.70 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza 18+697.21 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza

12 19+219.20 Alcantarilla Buen Estado Limpieza13 20+018.40 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza14 20+376.20 Alcantarilla Buen Estado Limpieza15 20+713.40 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza16 22+499.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza17 23+184.70 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza18 23+408.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza19 23+447.70 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza 23+504 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza

20 23+996.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza 24+218.80 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza

21 24+517.50 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza22 24+884.80 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza23 25+092.50 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza24 25+478.90 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza25 26+566.40 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza 16+162.20 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza

26 26+616.20 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza27 26+724.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza28 26+958.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza29 27.280.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza30 27+670.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza31 28+082.00 Alcantarilla de piedra Acolmatada Limpieza

28+542.00 Ponton piedra con concreto Buen Estado Limpieza y Mantenimiento

32 28+840.60 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza33 29+034.50 Alcantarilla de piedra Acolmatada Limpieza34 29+225.80 Alcantarilla de Concreto Buen Estado Limpieza35 30+445.60 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza36 31+122.00 Alcantarilla de piedra Acolmatada Limpieza y rehabilitación

INFORME N° 01


INFORME FINAL


37 31+613.20 Alcantarilla de Concreto Malo Limpieza y rehabilitación38 34+151.00 Alcantarilla de piedra concreto Buen Estado Limpieza

39 36+155.80 Ponton en Curva de Piedra y loza de C° Limpieza y rehabilitación

40 36+590.30 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza41 36+990.40 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza42 37+677.00 Alcantarilla Piedra Colmatada Limpieza y rehabilitación43 38+015.60 Alcantarilla Piedra y Concreto Malo Reparación total44 39+302.60 Alcantarilla piedra Colmatada Limpieza45 39+532.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza46 39+723.40 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza47 40+141.80 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza48 40+841.00 Alcantarilla de piedra Malo Construir alcantarilla49 41+108.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza50 41+362.30 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza51 41+672.80 Alcantarilla Buen Estado Limpieza52 41+757.00 Alcantarilla Buen Estado Limpieza53 42+116.00 Alcantarilla Buen Estado Limpieza54 42+383.30 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza55 42+812.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza56 42+965.60 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza57 43+775.30 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza

58 43+936.80 Inicio Puente Regular Reforzar Cimentación Estribo

59 43+972.20 Fin Puente Izquierdo Aguas Arriba60 44+152.40 Alcantarilla proyectada 61 44+420.00 Alcantarilla proyectada 62 44+685.70 Alcantarilla Colmatada Limpieza total63 46+760.00 Alcantarilla proyectada

64 47+003.50 Ponton en Curva de Piedra y loza de Concreto Regular Limpieza y reforzar con

aliviaderos65 47+189.40 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza66 47+328.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza total67 47+498.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza total68 47+685.70 Alcantarilla Piedra y Concreto Malo Construir Alcantarilla69 47+857.50 Alcantarilla Piedra y Concreto Malo Construir Alcantarilla70 47+882.30 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza Total71 48+343.80 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza

72 48+569.60 Inicio Badén Tierra Regular Cambiar de losa por rajaduras limpieza total

73 48+573.60 Inicio Badén Regular Cambiar de losa por rajaduras limpieza total

74 48+577.30 Eje Badén Regular Cambiar de losa por rajaduras limpieza total

75 48+725.40 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza total76 48+936.60 Ponton piedra y concreto Buen Estado Limpieza 77 49+162.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza 78 50+389.80 Inicio Puente Buen Estado 79 50+451.40 Fin Puente Untabe Buen Estado


INFORME N° 01


INFORME FINAL




83 50+792.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza y Mantenimiento

84 50+870.50 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza total85 51+054.80 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza Total86 51+186.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza




90 51+906.00 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla91 52+051.00 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla

92 52+265.00 Alcantarilla de piedra dos Conductos Buen Estado Limpieza de cauce

93 52+680.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza total93 53+360.00 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla94 53+468.00 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla95 53+971.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza

96 54+137.80 Alcantarilla de piedra RegularLimpieza y construcción




99 54+757.90 Fin Badén Regular Cambiar de losa por rajaduras limpieza total

100 54+898.70 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza y Mantenimiento

55+676 Alcantarilla proyectada 57+038.8 Alcantarilla proyectada

101 57+297.30 Inicio Puente Buen Estado Reforzamiento de estribos con gaviones

102 57+311.50 Fin Puente Buen Estado Reforzamiento de estribos con gaviones

103 57+662.40 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza total

104 58+123.00 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza

105 58+473.00 Alcantarilla ARNCO y piedra Colmatada Limpieza en lado de piedra

106 58+638.50 Alcantarilla Concreto Buen Estado Limpieza 107 58+736.50 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla

58+958.2 Alcantarilla Concreto Buen Estado Limpieza


109 59+183.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza

INFORME N° 01


INFORME FINAL


110 59+385.40 Alcantarilla Concreto Buen Estado Limpieza

111 59+455.60 Alcantarilla de piedra RegularLimpieza y colocación


60+117.40 Alcantarilla de piedra Buen estado Limpieza


113 60+542.20 Alcantarilla Concreto Buen Estado Limpieza y mejoramiento de base

114 60+818.20 Alcantarilla de piedra Regular Limpieza y Mantenimiento

115 60+966.60 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza116 61+241.20 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla 117 61+280.00 Alcantarilla concreto Buen Estado Limpieza118 61+700.00 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla

119 61+750.00 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla con L=6.50



122 61+953.70 Fin Badén Regular Cambiar de losa por rajaduras limpieza total

123 62+767.20 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza total


124 63+034 Alcantarilla de piedra Malo Construir Alcantarilla


126 63+731.30 Alcantarilla piedra con cemento Buen Estado Limpieza 127 64+158.50 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza

64+218.00 Alcantarilla de piedra y concreto Buen Estado Limpieza y Mantenimiento

128 65+411.00 Alcantarilla Concreto Malo Construir alcantarilla

129 67+384.70 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza y Mantenimiento

130 67+509.00 Alcantarilla Buen Estado Limpieza

131 67+970.30 Alcantarilla Concreto Regular Limpieza y reconstrucción

132 68+024.90 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza total 68+602.2 Alcantarilla de piedra con cemento Buen Estado Limpieza

133 68+662.80 Alcantarilla de piedra Colmatada Limpieza134 69+644.30 Inicio Puente Regular Reforzar Estribos135 69+776.30 Fin Puente Buen Estado Limpieza136 70+086.70 Alcantarilla de piedra con cemento Buen Estado Limpieza137 70+140.00 Alcantarilla de piedra y concreto Buen Estado Limpieza

70+259 Alcantarilla de piedra y concreto Buen Estado Limpieza 70+532 Alcantarilla de Concreto Buen Estado Limpieza 70+571.6 Alcantarilla de Concreto Buen Estado Limpieza

138 72+603.21 Alcantarilla piedra con cemento Malo Construir Alcantarilla 72+986.50 Ponton Buen Estado

INFORME N° 01


INFORME FINAL


139 73+142.50 Alcantarilla de piedra con cemento Regular Limpieza y Mantenimiento

140 73+723.40 Alcantarilla Colmatada Limpieza 74+423.40 Alcantarilla de concreto Colmatada Limpieza 74+444 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza 74+622 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza total 74+770.40 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza

141 75+012.00 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza y Mantenimiento

142 75+166.40 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza143 75+263.30 Alcantarilla de concreto Acolmatada Limpieza

144 75+586.00 Alcantarilla de concreto Regular Limpieza y Reposición de techo

145 75+962.00 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza146 76+208.10 Alcantarilla de concreto Buen Estado Limpieza

77+008.7 Alcantarilla de Concreto Buen Estado Limpieza

147 77+713.00 Alcantarilla de Concreto Acolmatada Limpieza y Mantenimiento

148 77+891.00 Alcantarilla de piedra con cemento Buen EstadoLimpieza y

Refaccionamiento de cabezales

149 78+361.80 Alcantarilla de piedra con cemento Buen Estado Limpieza


151 78+806.60 Alcantarilla de piedra con cemento Buen Estado Limpieza


153 79+442.80 Alcantarilla de concreto Regular Limpieza y emboquillado154 79+657.50 Alcantarilla de piedra con cemento Buen Estado Limpieza155 79+760.00 Alcantarilla de piedra Buen Estado Limpieza y reparación156 80+040.00 Alcantarilla Malo Construir Alcantarilla

80+228 Alcantarilla de piedra Buen estado Limpieza y reparación de techo

157 80+718.70 Alcantarilla de concreto Regular Encauzamiento ambos lados y refaccionamiento

158 81+153.50 Alcantarilla de concreto Regular Encauzamiento ambos lados

159 81+914.00 Alcantarilla de concreto RegularLimpieza y

refaccionamiento de parapeto

82+134.3 Alcantarilla de concreto Acolmatada Cambio de loza

161 82+657.80 Alcantarilla de concreto Buen Estado Encauzamiento ambos lados

162 82+978.00 Alcantarilla de concreto Regular Limpieza y rehabilitación de parapeto

163 83+090 Alcantarilla ARNCO de 4 ojos Buen Estado Limpieza

5.2.1.4.2. Sistema de drenaje y obras de arte proyectadas

INFORME N° 01


INFORME FINAL


La correspondiente relación de obras de arte proyectadas, se encuentra detallada en

el Estudio de Estructuras y Obras de Arte (item Nº 6), donde se detallan las

progresivas, ubicación y tipo de obra de arte.

Debemos poner en conocimiento que de acuerdo con las reuniones de coordinación

realizadas entre PROVIAS NACIONAL, Arruta & Tapia como Supervisor del Estudio, y

el Consorcio, se ha priorizado las obras de arte, en una primera etapa.

Consideramos recomendable, que PROVIAS NACIONAL, programe dentro de sus

actividades la culminación total de estas obras de arte para asegurar el correcto

funcionamiento de la carretera.

5.2.2. EVALUACION DE OBRAS DE ARTE

5.2.2.1. Cunetas5.2.2.1.1. Cálculo del caudal de diseño de las cunetas

Donde:

Q = 146.61 l/s.

C = 0.35 (según las características morfológicas que presenta cuenca y la

intensidad de precipitación de la misma)

I = 60.32 mm/hr (para tiempo de concentración de 15 min y periodo recurrencia

de 10 años de la transformación de la profundidad de diseño de la

precipitación)

A = 0.0250 Km2; (considerando la longitud de la cuneta 250 m y la superficie

adyacente de ancho 100 m). El coeficiente 1/3,6, corresponde a la

transformación de unidades. Para el caso en que el área se expresara en Km2).

a) Consideraciones para la Sección de la Cuneta

Para la sección propuesta:

INFORME N° 01


INFORME FINAL


H = 0,40 m; Zi = 2/1, Ze =0.5/1, es Variable, será de sección triangular (L= 0.80 m y

H=0.40m) de talud interno de Zi =2/0.5 (H:V =0.80: 0.40) y talud externo de Ze =1/0.5

(V:H =0.40: 0.20), siendo esta última variable de acuerdo al tipo de suelo.

Se tendría una capacidad de conducción suficiente para drenar las aguas provenientes

de las zonas aledañas y de los taludes adyacentes cuyas dimensiones finales de la

cuneta de sección triangular será:

Ancho total superficial = 0.80 m.

Ancho superficial = 0.80 m.

Profundidad = 0.40 m.

Talud interno = 2/1 (H/V)

Existen dos tipos de estructuras de entrega, definidas según la evaluación del

proyecto las cuales pueden ser, terreno natural y alcantarillas.

b) Pendiente longitudinal de la cuneta

La pendiente longitudinal de la cuneta tiende a adoptar la pendiente del trazo, pero

cuando esta es muy pronunciada (mayor de 4%) la longitud del tramo de la cuneta se

acorta entre 150 m a 200 m aproximadamente dependiendo de la intensidad de la

precipitación que presenta en la zona de estudio. Se tomaría dicha decisión para evitar

velocidades muy altas que a su vez provoquen erosión en la cuneta.

c) Rugosidad de la cuneta

Debido a las consideraciones adoptadas, es necesario controlar el efecto erosivo que

pueda presentar por la velocidad con que discurren las aguas dentro de la cuneta.

Dicho control se podría prever con el revestimiento de concreto de f’c =175 kg/cm2 y

piedra mediana (emboquillado) en las partes de pendientes mayores de 4 % con el fin

de evitar la erosión.

d) Longitud del tramo

INFORME N° 01


INFORME FINAL


La longitud del tramo de la cuneta que se ha adoptado para el presente proyecto es de

250 m. dependiendo de varios factores: ubicación de entregas naturales (quebradas,

ríos, etc.), ubicación de puntos bajos que presenta el perfil de la carretera y pendiente

muy pronunciada. En caso de pendientes mayores de 4 % y en zonas de alta

precipitación se acortaran las longitudes a 150 - 200 m, con el fin de evitar la erosión

en las cunetas. Para el presente proyecto no se ha considerado estos criterios del

reglamento, por que la zona presenta un clima seca de humedad de alta presencia de

la precipitación.

e) Entrega de cunetas

Se denomina así a las estructuras que permiten la entrega de las aguas que conducen

las cunetas a los cauces naturales, taludes protegidos, etc., para su evacuación final.

Existen dos tipos de estructuras de entrega, definidas según su punto de evaluación

del proyecto las cuales son:

f) Estructura de entrega de la cuneta hacia terreno natural

Se obtiene ante la inevitable necesidad de desfogar las cunetas en terreno natural

contando para ello con una estructura de entrega adecuada. Dicha estructura cuenta

con una transición de mampostería de piedra asentado en concreto f’c = 140 Kg/cm2

para lograr una sección trapecial, cuyas características son:

Ancho superior = 0.80 m.

Profundidad = 0.25 m.

Base = 0.40

Angulo de talud = 45º ó 1/ (H/V)

g) Estructura de entrega de cuneta hacia las alcantarillas

En este caso las cunetas vierten directamente el agua pluvial que conducen a las

estructuras de entrada y salida de las alcantarillas. De esta forma se evita tener

mayores lugares de desfogue que pueden derivar en zonas de erosión potencial. Para

el caso de las estructuras de entrada de las alcantarillas, las cunetas solas podrán

verter el agua pluvial en las estructuras del tipo buzón y tipo alero recto.

INFORME N° 01


INFORME FINAL

Ze= 0.5 Zi= 2 n= 0.02H bl y A P R S Q(m) (m) (m) (m) (m) (m) (lt/s)0.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.010 1960.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.020 2780.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.030 3400.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.040 3930.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.050 4390.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.060 4810.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.070 5200.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.080 5560.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.090 5890.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.100 6210.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.110 6520.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.120 6810.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.130 7080.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.140 7350.40 0.05 0.35 0.153 1.174 0.130 0.150 761

CARRETERA ILAVE-MAZO CRUZ, TRAMO: ILAVE - CHECCAHIDROLOGIA Y DRENAJE

CALCULO HIDRAULICO DE LA CAPACIDAD DE LA CUNETA TRIANGULAR

Caudal vs. Tirante

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

PendienteC

auda

l (m

3 /s)

H=0.40

ZiZe

11

TI=1/Zi TD=1/Zd

L=0.80Variable

n, para terreno natural


Cuadro N° 2.16

5.3. RESULTADOS

5.3.1. Precipitación instantánea

La precipitación instantánea se determinó, a partir de la serie histórica de precipitación

máxima de 24 horas, aplicando la formula de DYSCK PESCHKE, para diferentes

periodos de duración.

INFORME N° 01


INFORME FINAL

N° orden T (años)10 15 30 60 120 180 240

1 11.00 13.28 14.70 17.48 20.78 24.72 27.35 29.392 5.50 11.46 12.68 15.08 17.94 21.33 23.61 25.373 3.67 10.45 11.56 13.75 16.36 19.45 21.52 23.134 2.75 9.58 10.61 12.61 15.00 17.84 19.74 21.215 2.20 8.46 9.36 11.13 13.24 15.74 17.42 18.726 1.83 8.28 9.17 10.90 12.97 15.42 17.07 18.347 1.57 7.97 8.82 10.49 12.47 14.83 16.41 17.638 1.38 7.53 8.34 9.92 11.79 14.02 15.52 16.689 1.22 6.64 7.35 8.74 10.39 12.36 13.68 14.70

10 1.10 5.95 6.58 7.83 9.31 11.07 12.25 13.16

Lluvia máxima aplicado a Weimbull(mm)Duración en minutos


Cuadro Nº 3.1 Transformación de precipitación diaria a diferentes periodos de duración


5.3.2. Selección de la función de distribución

La selección de la función de distribución de mejor ajuste para cada uno de los

periodos de duración de 10, 15, 30, 60, 120, 180 y 240 minutos de precipitación

instantánea de 10 años de registro; se ha efectuado por el método analítico de error

cuadrático mínimo. Se probaron 6 funciones de distribución para eventos extremos

máximos como la Normal, Lognormal-2p, Lognormal -3p, Gumbel, Pearson-III y

Logpearson –III, la distribución de mejor ajuste fue, la función de distribución Log

Pearson III como se aprecian en los siguientes cuadros:

INFORME N° 01


INFORME FINAL

Pearson-III

T

Años (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

11.00 13.28 11.97 1.71 12.10 1.39 12.07 1.46 13.60 0.10 12.14 1.30 12.69 0.35

5.50 11.46 11.01 0.20 10.88 0.34 10.94 0.27 11.74 0.08 10.78 0.46 11.13 0.11

3.67 10.45 10.32 0.02 10.09 0.13 10.18 0.07 10.58 0.02 9.93 0.27 10.18 0.07

2.75 9.58 9.74 0.02 9.47 0.01 9.57 0.00 9.71 0.02 9.28 0.09 9.46 0.02

2.20 8.46 9.22 0.58 8.94 0.23 9.04 0.34 8.97 0.26 8.75 0.09 8.86 0.16

1.83 8.28 8.70 0.17 8.45 0.03 8.53 0.06 8.32 0.00 8.28 0.00 8.33 0.00

1.57 7.97 8.18 0.05 7.97 0.00 8.03 0.00 7.69 0.08 7.85 0.01 7.82 0.02

1.38 7.53 7.60 0.00 7.48 0.00 7.51 0.00 7.07 0.22 7.42 0.01 7.32 0.05

1.22 6.64 6.91 0.07 6.94 0.09 6.91 0.07 6.39 0.06 6.98 0.12 6.79 0.02

1.10 5.95 5.95 0.00 6.24 0.09 6.12 0.03 5.54 0.17 6.48 0.28 6.13 0.03

2.8 2.31 2.31 1.00 2.64 0.83

1.68 1.52 1.52 1.00 1.62 0.91

Normal Log-Normal-2P Log-Normal-3P

Elección de la función de distribución por método de error cuadrático minimo-periodo de duración de 10 minGumbel Log-Pearson-III

io2)(

ii oe 2)(

ii oe 2)(ii oe 2)(

ii oe io

io

io 2)(

ii oe ie

2

1

n

ioe ii

2

1

n

i oe iiC

io 2)(

ii oe io


Cuadro N° 3.2


Actual Data

Distribution

Log Pearson Type III

Weibull Probability

Value

0

5

10

15

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

INFORME N° 01


INFORME FINAL


Cuadro N° 3.3

Pearson-III

T


11.00 14.70 13.25 2.09 13.39 1.70 13.36 1.78 15.05 0.13 13.44 1.58 14.05 0.42

5.50 12.68 12.18 0.25 12.04 0.41 12.11 0.33 12.99 0.09 11.93 0.57 12.33 0.12

3.67 11.56 11.42 0.02 11.17 0.16 11.27 0.09 11.71 0.02 10.99 0.33 11.27 0.09

2.75 10.61 10.79 0.03 10.48 0.02 10.60 0.00 10.74 0.02 10.28 0.11 10.47 0.02

2.20 9.36 10.20 0.70 9.89 0.28 10.00 0.41 9.93 0.32 9.69 0.11 9.81 0.20

1.83 9.17 9.63 0.21 9.35 0.03 9.44 0.07 9.20 0.00 9.17 0.00 9.22 0.00

1.57 8.82 9.05 0.05 8.82 0.00 8.89 0.01 8.52 0.09 8.68 0.02 8.66 0.02

1.38 8.34 8.41 0.01 8.28 0.00 8.31 0.00 7.82 0.27 8.21 0.02 8.11 0.05

1.22 7.35 7.65 0.09 7.68 0.11 7.65 0.09 7.07 0.08 7.73 0.15 7.51 0.03

1.10 6.58 6.59 0.00 6.91 0.11 6.78 0.04 6.13 0.20 7.17 0.35 6.78 0.04

3.5 2.83 2.82 1.22 3.22 0.99

1.86 1.68 1.68 1.11 1.79 1.00

Normal Log-Pearson-IIIGumbelLog-Normal-3PLog-Normal-2P

Elección de la función de distribución por método de error cuadrático minimo-periodo de duración de 15 min

io2)(

ii oe 2)(

ii oe 2)(ii oe 2)(

ii oe io

io

io 2)(

ii oe ie

2

1

n

ioe ii

2

1

n

i oe iiC

io 2)(

ii oe io


Actual Data

Distribution


Weibull Probability

Value

0

5

10

15

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

INFORME N° 01


INFORME FINAL

T


11.00 17.48 15.75 2.98 15.92 2.42 15.89 2.52 17.89 0.17 15.98 2.24 16.70 0.60

5.50 15.08 14.49 0.35 14.32 0.58 14.40 0.47 15.45 0.13 14.19 0.80 14.65 0.19

3.67 13.75 13.58 0.03 13.28 0.22 13.40 0.12 13.93 0.03 13.07 0.47 13.40 0.12

2.75 12.61 12.83 0.05 12.47 0.02 12.60 0.00 12.78 0.03 12.22 0.15 12.45 0.03

2.20 11.13 12.13 1.00 11.76 0.39 11.89 0.58 11.81 0.46 11.52 0.15 11.66 0.28

1.83 10.90 11.46 0.31 11.12 0.05 11.23 0.11 10.95 0.00 10.90 0.00 10.96 0.00

1.57 10.49 10.76 0.08 10.49 0.00 10.57 0.01 10.13 0.13 10.33 0.02 10.30 0.03

1.38 9.92 10.00 0.01 9.85 0.00 9.88 0.00 9.30 0.38 9.77 0.02 9.64 0.08

1.22 8.74 9.10 0.13 9.13 0.15 9.10 0.13 8.41 0.11 9.19 0.20 8.93 0.04

1.10 7.83 7.83 0.00 8.22 0.15 8.06 0.05 7.29 0.29 8.53 0.50 8.06 0.05

4.93 4.00 3.98 1.73 4.55 1.43

2.22 2.00 2.00 1.31 2.13 1.19

Log-Normal-2P Normal

Elección de la función de distribución por método de error cuadrático mínimo-periodo de duración de 30 minLog-Pearson-IIIPearson-IIIGumbelLog-Normal-3P

io2)(

ii oe 2)(

ii oe 2)(ii oe 2)(

ii oe io

io

io 2)(

ii oe ie

2

1

n

ioe ii

2

1

n

i oe iiC

io 2)(

ii oe io


Cuadro N° 3.4


Actual Data

Distribution


Weibull Probability

Value

0

5

10

15

20

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

INFORME N° 01


INFORME FINAL

T

Años (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

11.00 20.78 18.73 4.21 18.93 3.43 18.90 3.55 21.28 0.25 19.01 3.14 19.87 0.83

5.50 17.94 17.23 0.50 17.03 0.82 17.13 0.65 18.37 0.19 16.87 1.14 17.43 0.26

3.67 16.36 16.16 0.04 15.80 0.31 15.94 0.17 16.56 0.04 15.54 0.66 15.94 0.17

2.75 15.00 15.25 0.06 14.83 0.03 14.99 0.00 15.19 0.04 14.54 0.21 14.81 0.04

2.20 13.24 14.43 1.42 13.99 0.57 14.15 0.83 14.05 0.66 13.70 0.21 13.87 0.40

1.83 12.97 13.62 0.43 13.22 0.06 13.36 0.15 13.02 0.00 12.97 0.00 13.04 0.01

1.57 12.47 12.80 0.11 12.48 0.00 12.58 0.01 12.04 0.18 12.28 0.04 12.25 0.05

1.38 11.79 11.89 0.01 11.71 0.01 11.75 0.00 11.06 0.54 11.62 0.03 11.47 0.10

1.22 10.39 10.82 0.18 10.86 0.22 10.82 0.18 10.00 0.15 10.93 0.29 10.62 0.05

1.10 9.31 9.32 0.00 9.77 0.21 9.58 0.07 8.67 0.41 10.14 0.69 9.59 0.08

6.96 5.66 5.63 2.46 6.42 1.99

2.64 2.38 2.37 1.57 2.53 1.41

Pearson-IIILog-Normal-3P Normal Gumbel Log-Pearson-IIILog-Normal-2P

Elección de la función de distribución por método de error cuadrático mínimo-período de duración de 60 min

io2)(

ii oe 2)(ii oe

2)(ii oe 2)(

ii oe io

io

io 2)(

ii oe ie

2

1

n

ioe ii

2

1

n

i oe iiC

io 2)(

ii oe io


Cuadro N° 3.5


Actual Data

Distribution


Weibull Probability

Value

0

5

10

15

20

25

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

INFORME N° 01


INFORME FINAL

T


11.00 24.7 22.28 5.93 22.51 4.86 22.47 5.04 25.31 0.35 22.6 4.47 23.63 1.18

5.50 21.3 20.49 0.71 20.26 1.15 20.37 0.92 21.85 0.27 20.06 1.61 20.73 0.36

3.67 19.4 19.21 0.06 18.79 0.44 18.96 0.24 19.7 0.06 18.48 0.94 18.95 0.25

2.75 17.8 18.14 0.09 17.63 0.04 17.82 0.00 18.07 0.05 17.28 0.31 17.61 0.05

2.20 15.7 17.16 2.01 16.64 0.81 16.82 1.16 16.7 0.92 16.29 0.30 16.49 0.56

1.83 15.4 16.2 0.61 15.72 0.09 15.88 0.21 15.48 0.00 15.42 0.00 15.5 0.01

1.57 14.8 15.22 0.15 14.84 0.00 14.95 0.01 14.32 0.26 14.6 0.05 14.57 0.07

1.38 14.0 14.14 0.01 13.93 0.01 13.98 0.00 13.16 0.75 13.81 0.05 13.63 0.15

1.22 12.4 12.87 0.26 12.92 0.32 12.87 0.26 11.89 0.22 13 0.41 12.63 0.07

1.10 11.1 11.08 0.00 11.62 0.30 11.4 0.11 10.31 0.57 12.06 0.98 11.4 0.11

9.83 8.01 7.96 3.46 9.13 2.81

3.14 2.83 2.82 1.86 3.02 1.68

Log-Normal-2P Normal Pearson-IIIGumbelLog-Normal-3P Log-Pearson-III

Elección de la función de distribución por método de error cuádratico mínimo-período de duración de 120 min

io2)(

ii oe 2)(ii oe 2)(

ii oe 2)(ii oe

io io

io

2)(ii oe

ie

2

1

n

ioe ii

2

1

n

i oe iiC

io 2)(

ii oe io


Cuadro N° 3.6


Actual Data

Distribution


Weibull Probability

Value

0

5

10

15

20

25

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

INFORME N° 01


INFORME FINAL

Normal Gumbel Pearson-III Log-Pearson-III

T


11.00 27.35 24.65 7.30 24.91 5.96 24.87 6.16 28.01 0.43 25.01 5.48 26.14 1.47

5.50 23.61 22.67 0.88 22.41 1.43 22.54 1.14 24.17 0.32 22.20 1.98 22.94 0.44

3.67 21.52 21.26 0.07 20.79 0.54 20.98 0.30 21.80 0.08 20.45 1.15 20.97 0.31

2.75 19.74 20.07 0.11 19.51 0.05 19.72 0.00 20.00 0.07 19.13 0.37 19.49 0.06

2.20 17.42 18.99 2.46 18.41 0.98 18.62 1.44 18.49 1.14 18.03 0.37 18.26 0.70

1.83 17.07 17.93 0.75 17.40 0.11 17.58 0.27 17.13 0.00 17.06 0.00 17.16 0.01

1.57 16.41 16.84 0.18 16.42 0.00 16.55 0.02 15.85 0.31 16.16 0.06 16.12 0.08

1.38 15.52 15.65 0.02 15.41 0.01 15.47 0.00 14.56 0.92 15.29 0.05 15.09 0.18

1.22 13.68 14.24 0.32 14.29 0.38 14.24 0.32 13.16 0.27 14.39 0.51 13.98 0.09

1.10 12.25 12.26 0.00 12.86 0.37 12.62 0.14 11.41 0.70 13.35 1.21 12.62 0.14

12.08 9.84 9.77 4.24 11.20 3.49

3.48 3.14 3.13 2.06 3.35 1.87

Log-Normal-3PLog-Normal-2P

Elección de la función de distribución por método de error cuadrático mínimo-período de duración de 180 min

io2)(

ii oe 2)(ii oe

2)(ii oe 2)(

ii oe io

io

io 2)(

ii oe ie

2

1

n

ioe ii

2

1 n

i oe iiC

io 2)(

ii oe io

Actual Data

Distribution


Weibull Probability

Value

0

5

10

15

20

25

30

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0


Cuadro N° 3.7


INFORME N° 01


INFORME FINAL

Actual Data

Distribution


Weibull Probability

Value

0

5

10

15

20

25

30

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0


Cuadro N° 3.8

Normal Log-Normal-2P Log-Normal-3P Gumbel Pearson-III Log-Pearson-III

T


11.00 29.39 26.49 8.42 26.77 6.87 26.72 7.14 30.10 0.50 26.88 6.31 28.09 1.69

5.50 25.37 24.36 1.01 24.09 1.63 24.22 1.31 25.98 0.38 23.86 2.27 24.65 0.51

3.67 23.13 22.85 0.08 22.34 0.62 22.54 0.35 23.42 0.08 21.98 1.32 22.54 0.35

2.75 21.21 21.57 0.13 20.97 0.06 21.19 0.00 21.49 0.08 20.55 0.44 20.94 0.07

2.20 18.72 20.40 2.82 19.78 1.12 20.00 1.64 19.86 1.30 19.37 0.42 19.62 0.81

1.83 18.34 19.26 0.85 18.7 0.13 18.89 0.31 18.41 0.01 18.33 0.00 18.44 0.01

1.57 17.63 18.10 0.22 17.64 0.00 17.78 0.02 17.03 0.37 17.37 0.07 17.32 0.10

1.38 16.68 16.82 0.02 16.56 0.01 16.62 0.00 15.65 1.05 16.43 0.06 16.21 0.22

1.22 14.70 15.30 0.37 15.36 0.44 15.30 0.37 14.14 0.31 15.46 0.58 15.02 0.11

1.10 13.16 13.17 0.00 13.82 0.43 13.55 0.15 12.26 0.81 14.34 1.39 13.56 0.16

13.91 11.32 11.28 4.88 12.86 4.03

3.73 3.36 3.36 2.21 3.59 2.01

Elección de la funcion de fistribución por método de error cuadratico mínimo-período de duracion de 240 min

io2)(

ii oe 2)(ii oe 2)(

ii oe 2)(ii oe

io

io

io 2)(

ii oe ie

2

1

n

ioe ii

2

1

n

i oe iiC

io 2)(

ii oe io


INFORME N° 01


INFORME FINAL

10' 15' 30' 60' 120' 180' 240'

Años Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III Log-Pearson III

250 19.72 21.80 25.94 30.83 36.69 40.58 43.60100 17.59 19.45 23.14 27.51 32.73 36.21 38.9150 16.03 17.73 21.09 25.08 29.83 33.00 35.4625 14.50 16.04 19.08 22.68 26.98 29.85 32.0810 12.48 13.81 16.43 19.54 23.23 25.71 27.635 10.91 12.08 14.37 17.09 20.32 22.49 24.163 9.68 10.72 12.75 15.16 18.03 19.95 21.442 8.59 9.51 11.30 13.45 15.99 17.69 19.01

PROFUNDIDAD DE LLUVIA DE DISEÑO

mm

DURACIONES

CURVAS DE PRECIPITACION DE DISEÑO

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

250 100 50 25 10 5 3 2

PERIODO DE RETORNO (AÑOS)

PRO

FUND

IDAD

DE

PREC

IPIT

ACIO

N (m

m)

10'

15'

30'

60'

120'

180'

240'


5.3.3. Lluvia de diseño

La lluvia de diseño para diferentes tiempos de retorno de 2 a 250 años se ilustra en el

cuadro N°3.90, donde se aprecia que la profundidad de lluvia de diseño son mayores

para periodos de duración y tiempo de retorno mayores y viceversa para período de

duración y tiempo de retornos menores la profundidad de lluvia es menor.

Cuadro N° 3.9

Fuente: Elaboración Propia

Grafico N° 3.1

INFORME N° 01


INFORME FINAL

PROGRESIVA MICRO AREA

CUENCAS Km2 SCS CLARK SNYDER

07+868.00 Locotuyo 0.87 2.970 0.87 2.82

HEC-HMS (m3/s)

METODO

PARA PERIODO DE RETORNO DE 50 AÑOS

CARACTERISTICAS


5.3.4. Resultado de los caudales máximos de las quebradas de intercepción con la vía

Según la carta nacional se tiene una quebrada representativa ubicada en la progresiva

7+868 Km, para ello se tiene determinado por tres métodos. Ver cuadro N°3.10.

Cuadro N° 3.10

Se recomienda utilizar para el diseño de las obras de drenaje el método de SOIL

CONSERVATION SERVICE (SCS), por ser más conservador con respecto a los otros

métodos.

INFORME N° 01

Informe hidrologia, hidraulica y drenaje (i)

Engineering

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