Cap v Hidrologia San Miguel

PABLO AÑORGA VIGO - Ingeniero Consultor

V. HIDROLOGIA - DRENAJE

1. EVALUACIÓN DE CAMPO.

El reconocimiento en campo del sistema de drenaje superficial existente para el Tramo I: Llapa – San Miguel se llevo a cabo el 01/04/03 al 02/04/03 La evaluación fue orientada a evaluar e inventariar los problemas que pueden estar presentando las obras de drenaje longitudinal y transversal existente, como también el de proyectar alguna otra obra que sea necesaria de modo de mejorar dicho sistema. Así mismo al obtener información de las características hidrológicas, identificación de pendiente, cobertura vegetal y otros parámetros geomorfológicos de las quebradas que se ubiquen en la zona.

De la evaluación se tiene lo siguiente:

Quebradas.- Se realizo el inventario de las quebradas activas y no activas que sean atravesadas por la carretera, se tomo datos del cauce (sección, material, pendiente), marcas de agua (niveles máximos de avenidas) y su nivel de influencia a la carretera o a poblaciones cercanas a esta. Para el control de las quebradas se ha planteados las estructuras de badenes y alcantarillas.

Alcantarillas, Se hizo un inventario de las alcantarillas existentes (Tramo I: Cuadro N° 4), se tomo datos de: dimensiones, tipo, función, material, condición actual, entregas. Con la evaluación se determino si permanecerá o se reemplazará. Además, de acuerdo a la evaluación en campo se proyectó la ubicación de otras estructuras de cruce (Tramo I : Cuadro N° 5). En algunos casos se considera una adecuada estructura de entrega de las alcantarillas a los taludes con la finalidad de prevenir la erosión en los taludes.

El drenaje longitudinal, se plantea la proyección de cunetas que permitirán captar y evacuar el flujo (pluvial) que discurre por las filtraciones en los taludes por efecto del riego y la lluvia.

PROVIAS RURAL - REHABILITACION CAMINO RURAL LLAPA – SAN MIGUEL


2. HIDROLOGÍA

El Estudio Hidrológico desarrollado tiene como objetivo evaluar y determinar el comportamiento, en condiciones extremas del aporte del pluviómetro y su traducción a escorrentía superficial en las áreas de drenaje de los cauces de quebradas que cruzan los tramos:

Tramo I : Llapa - San Miguel.

a. Area del estudio.

Los trazos abarcan las áreas que se encuentra comprendida entre las coordenadas geográficas: Tramo I: 6°58’ y 7°0’ de latitud Sur y los 78°50’ y 78°57’ de longitud Oeste, las cuales se enmarcan dentro de los límites del departamento de Cajamarca.

b. Metodología del estudio

Recopilación de Información Básica

Cartografía

La información cartográfica obtenida es la siguiente:

Carta Nacional 1:100,000

c. Pluviometría

La información pluviométrica fue obtenida del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrografía y es la siguiente:

Tabla N°01

ESTACION PARAMETRO

TIPO PERIODO ALTITUD LAT. SUR

LONG.OESTE

LLAPA Precipitación máxima en 24 hrs.

PLU 1981-86 2900msnm

06°58´ 78°48´

d. Estimación del caudal de diseño

Procesamiento, análisis de precipitación, cálculo de descargas máximas de diseño, diseño hidráulico de obras de drenaje longitudinal y transversal, considerando los parámetros de diseño adecuados establecidos durante la evaluación de campo.



Para la estimación del caudal de Diseño se plantea tres métodos conocidos:

Método Racional.

El cual está limitado a áreas de cuencas no mayores a 20 km2, siendo su formulación

Donde:

Q = Caudal de diseño (m3/s.)C = Coeficiente de escorrentíai = Intensidad de precipitación (mm/hr)A = Area de Cuenca.(km2)

El método de cálculo, supone que la máxima variación del gasto correspondiente a una lluvia de cierta intensidad sobre el área, es producida por la lluvia que se mantiene por un tiempo igual al que tarda el gasto máximo en llegar al punto de observación considerado. Teóricamente este periodo es el “Tiempo de Concentración”, que se define como; el tiempo requerido por el escurrimiento superficial para llegar, desde la parte más alejada de la cuenca hasta el punto que se consideré como límite de la misma.

El procedimiento que se seguirá para hallar los parámetros necesarios y aplicar el Método Racional será el siguiente:

1.1 Determinación de los Parámetros Geomorfológicos.1.2 Cálculo del Tiempo de Concentración1.3 Cálculo de la Precipitación para un determinado Tiempo de

Retorno.1.4 Cálculo de la Intensidad de Lluvia1.5 Estimación del caudal de diseño.

1.1) Determinación de los Parámetros Geomorfológicos .-

Los parámetros geomorfológicos que son necesarios para el cálculo del caudal de diseño son los siguientes:

Longitud del Cauce Mayor (l) Pendiente de la Cuenca (S) Área de la Cuenca (A)

Longitud del Cauce Mayor (l)

Este parámetro fue medido directamente sobre el plano de la Carta Nacional: Esc.1/100,000, haciendo uso de un curvímetro. Su unidad esta dada en kilómetros.



Pendiente de la Cuenca (S)

La pendiente de la cuenca se hallará aplicando el criterio del Rectángulo Equivalente, cuya hipótesis consiste en determinar la compacidad de la cuenca, que no es más que la relación existente entre el área de la cuenca y una circunferencia de igual área. Posteriormente la equivalencia se da, entre esta área circular y un rectángulo, donde los lados menores opuestos tienen una diferencia de altura igual a la cota mayor menos cota menor de la cuenca y el lado mayor del rectángulo es la longitud equivalente con el cauce mayor.

Por lo tanto se tiene:

Coeficiente de Compacidad es:

Ap

KC2821.0

Donde:

Kc = coeficiente de Compacidad.p = Perímetro de la Cuenca (Km.)A = Área de la Cuenca. (Km2)

Parámetros de Rectángulo Equivalente:

Lado Mayor (LM):

2*

411

2

*

cK

ALM

Lado Menor (Lm):

2*

411

2

*

cK

ALm

Pendiente de la Cuenca (S)

LM

CS

Donde:

C = Cota mayor - Cota menor (de la cuenca en estudio.)

Los parámetros geomorfológicos se pueden observar en los cuadros N° 3 a,b.



1.2) Cálculo del Tiempo de Concentración. (T c)

Como se desprende de la formulación teórica el método racional, tiene su sustento en el tiempo de concentración, por lo que hemos prestado especial atención en su cálculo. Por esta razón hemos seleccionado tres de las formulaciones más representativas que nos dan una estimación del Tc. Estas formulaciones son las planteadas por Kirpich, U.S. Corps of Engineers y Hathaway

Fórmula de Kirpich.-

385.0

77.0

000325.0SL

TC

Donde:

L = Longitud del cauce (m.)S = Pendiente de la Cuenca (m/m.).

Fórmula de U.S. Corps of Engineers.-

19.0

76.0

3.0S

LTC

Donde:

L = Longitud del cauce (Km.)S = Pendiente de la Cuenca (m/m.)..

Fórmula de U.S. Hathaway.-

234.0

467.0

286.0S

LTC

Donde:

L = Longitud del cauce (Km.) S = Pendiente de la Cuenca (m/m.).

El tiempo de Concentración se elegirá de aquel método que resulte ser el más conservador entre los tres.

1.3 ) Cálculo de la precipitación para un determinado Tiempo de Retorno .(p)

Por tratarse de una obra vial cuya vida útil está propuesta para 10 años. Por lo tanto, el tiempo de retorno para el diseño de las estructuras de drenaje transversal, se ha considerado de diez (10) años.



Cálculo de la Precipitación de Diseño

La estimación de la precipitación de Diseño (datos obtenidos del Senamhi en los cuadros N°1, se efectuó haciendo uso de las siguientes funciones de distribución: Gumbell, LogNormal, LogNormal de Tres Parámetros, Log Pearson III.

Estas distribuciones se aplicaron a cada una de las series detalladas en el cuadro N° 2 y una vez efectuadas, se procedió a elegir la que mejor se ajusta teniendo en cuenta dos criterios. El primero es el análisis gráfico, que consiste en seleccionar la función de distribución o distribución de probabilidad de los datos medidos cuyo conjunto de puntos más se acerque a una línea recta. El segundo criterio consiste, en hallar el menor valor expresado en porcentaje de desviación estándar. Los resultados se muestran en la siguientes tablas:

Tabla N°. 02a

ESTACION FUNCION DE ALTITUDPROBABILIDAD (msnm) Tr =

10 años

LLAPA GUMBEL I 2900 64.5LOGNORMAL 66.5

LOGPEARSON III 61.0

1.4 ) Cálculo de la Intensidad de Lluvia ( i )

La intensidad de lluvia o de precipitación resulta de dividir el valor de la precipitación seleccionada para la función de distribución escogida y para un tiempo de retorno establecido, entre el valor del tiempo su concentración afectado de un exponente.

La intensidad de lluvia queda expresada como:

4998.0

451733.0

CTP

i

Donde:

P = Es la precipitación estimada para un tiempo de retorno o frecuencia considerada. (mm)



Tc =Tiempo de Concentración.(hr)1.5 ) Estimación del Caudal de Diseño ( Q )

Se aplicó la formulación del método racional. Se considera coeficiente de escorrentía igual a 0.38 ( Ver Cuadro N° 3b ), porque la superficie del área del estudio se presenta con pendiente entre 2 a 7% y suelo cubierto de pastizales. Los resultados del caudal de diseño se muestran en el Cuadro N°3 y 3a para cada una de las quebradas inventariadas en campo.

3. DISEÑOS

El diseño se desarrollo en base a la información obtenida de campo y al caudal de diseño obtenido.

a. Drenaje transversal

Para el diseño de las alcantarillas se busco compatibilizar el drenaje de la vía con las obras existentes teniendo en cuenta las aguas de regadío y la escorrentía superficial, los valores de diseño son los mínimos de operatividad así como uniformizados para un proceso constructivo uniforme.

En el tramo I existen tramos de la carretera interceptadas por quebradas, algunas de las cuales se activan en épocas de lluvia, causando daño a la vía y obstaculizando en muchos casos el paso de los vehículos, para ello se ha proyectado estructuras de pase transversal como alcantarillas y badenes. La relación de obras se presentan en: Tramo I: Cuadro N°5 y N°6.Los planos de diseño se muestran en las Láminas N° OA-01, OA-02, OA-03, OA-04.

b. Drenaje longitudinal

Las cunetas que se desarrollan para el control de aguas de riego, flujo lateral y entrega de cauces, tienen un diseño triangular de 0.60m de ancho por 0.30m de profundidad. En el cuadro de Metrados se encuentra la relación de cunetas proyectadas. Así mismo, en la Lámina N° se muestra el diseño propuesto.


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