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INDICE
4.5 ESTUDIO DE HIDROLOGÍA ............................................................................ 03
4.5.1 RESUMEN .......................................................................................................... 03
4.5.2 GENERALIDADES ........................................................................................... 05
4.5.3 METODOLOGÍA DEL ESTUDIO .................................................................. 07
4.5.3.1 Recopilación de Información .................................................................. 09
a) Cartografía ........................................................................................ 09
b) Pluviometría ...................................................................................... 09
c) Hidrometría ....................................................................................... 09
4.5.3.2 Reconocimiento de campo ...................................................................... 10
4.5.3.3 Fase de Gabinete ..................................................................................... 10
4.5.4 CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA ........................ 10
4.5.4.1 Clima del Área de Estudio....................................................................... 10
4.5.4.2 Descripción de los Parámetros meteorológicos ....................................... 11
4.5.4.2.1 Precipitación ........................................................................... 11
4.5.4.2.2 Temperatura ............................................................................ 12
4.5.4.2.3 Humedad Relativa ................................................................... 13
4.5.4.2.4 Vientos .................................................................................... 14
4.5.4.2.5 Evaporación ............................................................................ 15
4.5.4.2.6 Intensidad de Máxima de Lluvia ............................................. 16
4.5.5 EVALUACION DE LAS CUENCAS ............................................................... 17
4.5.5.1 Características de la vía ........................................................................... 17
4.5.6 DESCARGAS MAXIMAS ................................................................................ 18
4.5.6.1 Cálculo de la Intensidad Máxima de Lluvia ............................................ 18
4.5.6.1.1 Determinación de la Intensidad ............................................... 20
4.5.6.1.2 Análisis de frecuencia de valores extremos ............................ 22
4.5.6.2 Riesgo de Falla ........................................................................................ 22
4.5.6.3 Tiempo o periodo de Retorno .................................................................. 23
4.5.6.4 Análisis del Modelamiento Matemático de Valores de
Aleatorios Extremos .............................................................................. 24
4.5.6.5 Tiempo de Concentración ....................................................................... 28
4.5.6.6 Cálculo del Caudal .................................................................................. 29
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4.5.7 DISEÑO PRELIMINAR DE CUNETAS ......................................................... 31
4.5.8 DISEÑO PRELIMINAR DE ALCANTARILLAS ......................................... 33
4.5.8.1 Consideraciones Generales ...................................................................... 33
4.5.8.2 Inventario Y Evaluación de Obras de Drenaje Existentes ....................... 35
a) Drenaje Transversal .......................................................................... 35
b) Drenaje Longitudinal ........................................................................ 36
4.5.8.3 Dimensionamiento de las Obras de Drenaje del Proyecto ...................... 36
a) Drenaje Transversal .......................................................................... 36
b) Drenaje Longitudinal ........................................................................ 38
4.5.9 RESULTADOS ................................................................................................... 40
4.5.9.1 Intensidad de Lluvias............................................................................... 40
4.5.9.2 Caudal...................................................................................................... 40
4.5.9.3 Dimensiones de las Alcantarillas ............................................................ 40
4.5.10 CONCLUSIONES .............................................................................................. 41
4.5.11 RECOMENDACIONES .................................................................................... 43
4.5.12 ANEXOS
4.5.13 PLANOS
4.5.14 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
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4.5 ESTUDIO DE HIDROLOGÍA
4.5.1 RESUMEN
El desarrollo del proyecto “Mejoramiento y Construcción de la Av. Prolongación
Moore, traerá beneficios importantes para la población de la ciudad de Iquitos con el
incremento de la construcción de casas, edificios comerciales, parqueadores y calles
con el consiguiente incremento de la calidad de vida de los pobladores en el área de
influencia del Proyecto.
El proyecto “Mejoramiento y Construcción de la Av. prolongación Moore, tiene
previsto la construcción de estructuras para su preservación y el mejoramiento del
traslado de las aguas de lluvia, como las cunetas y alcantarillas con la finalidad de
reducir la infiltración.
El área del proyecto “Mejoramiento y Construcción de la Av. Prolongación Moore,
se ubica en el límite de la cuenca del río Itaya, prácticamente corresponde al área de
su divortium aquarium. Es una zona de fuertes precipitaciones pluviales, las mismas
que anualmente superan los 2,800 mm; por otro lado existen suelos finos de
naturaleza arcillosa y debido a que es una zona intervenida, se ha dado un proceso de
deforestación que ha incrementado los procesos de erosión en los taludes de cortes y
rellenos.
Este proceso de transporte de sedimentos es una de las causas de la colmatación de
las quebradas y de las alcantarillas, lo cual altera el sistema de drenaje existente.
De la evaluación de campo, se ha observado que el sistema de drenaje transversal
existente no sería el adecuado para el nivel de tráfico de la carretera proyectada.
Respecto al drenaje longitudinal, en algunos tramos existen cunetas sin revestir, los
cuales hidráulicamente no cumplen las exigencias de una máxima eficiencia, en gran
parte de los sectores no existen cunetas por lo que el agua precipitada asume la
dirección del perfil del terreno natural, hacia cauces de quebradas que luego vierten
hacia el río Itaya, aproximadamente a un Kilómetro del eje propuesto.
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En la primera parte de este informe, se realiza una descripción de las características
hidrológicas de la cuenca de recepción en los aspectos meteorológicos y
climatológicos.
A continuación, a partir de la precipitación máxima de lluvia diaria, se realiza el
análisis de intensidades de lluvia con los datos de la estación CO San Roque, PLU
Punchana, PLU Morona Cocha, PLU Maniti y CO Mazan.
Como la información de precipitaciones máximas diarias pertenece a los valores
anuales, se utiliza la teoría de los Valores Extremos, en sus modelos más
representativos, como el método de Gumbel y el Método de Log Pearson Tipo III,
para el análisis estadístico y el pronóstico de la información.
A partir de los datos de lluvia máximas de 24 Horas para diferentes periodos de
Retorno, se calcula las intensidades máximas con el Método de Bell y Espildora.
La determinación del caudal que circula en la cuenca de recepción, ha sido realizada
con el método racional modificado.
Una vez determinado el caudal que circula por la cuenca y subcuencas, se ha
identificado los lugares donde se colocaran alcantarillas.
Así mismo se realiza las recomendaciones para el diseño de las cunetas que estarán
ubicadas a ambos lados de la Av. Prolongación Moore. Se presenta dos alternativas
de los cuales se escogerá la que presenta mejores índices económicos.
Finalmente, es importante mencionar que una de las limitaciones que se ha
encontrado para el desarrollo del estudio hidrológico y la determinación de los
parámetros geomorfométricos de la cuenca, es no contar con un plano de la cuenca
de recepción con curvas de nivel así como la casi nula información de intensidades
de lluvia.
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4.5.2 GENERALIDADES
El crecimiento de la población de Iquitos, así como su desarrollo urbano pueden
crear severos problemas potenciales en el manejo de aguas urbanas. Una de las
estructuras más importantes para la preservación y el mejoramiento del ambiente de
aguas urbanas es un sistema de drenaje de aguas lluvias adecuados y que funcione
correctamente. La construcción de la Av. Prolongación Moore, incrementará la
construcción de casas, edificios comerciales, parqueaderos, y calles los cuales
incrementaran la cubierta impermeable de la cuenca receptora y reducirá la
infiltración. Además, con la urbanización, el patrón espacial del flujo en la cuenca se
altera y la eficiencia hidráulica se incrementa a través de canales artificiales, cunetas
y sistemas de recolección y drenaje de aguas lluvias. Estos factores incrementan el
volumen y la velocidad de la escorrentía y producen caudales de crecientes con picos
mayores en las cuencas urbanizadas que aquellos que ocurrían antes de la
urbanización. Muchos sistemas de drenaje urbano construidos bajo un cierto nivel de
urbanización operan hoy en día bajo niveles de urbanización mayores por lo cual
tienen una capacidad inadecuada.
Todo sistema de drenaje urbano típico consta de dos tipos de elementos principales:
elementos de localización y elementos de transferencia:
Los elementos de localización son los lugares donde el agua es retenida y sufre
algunos cambios como resultado de los procesos controlados por el hombre, como
por ejemplo el almacenamiento de agua, la purificación y el uso de la misma y el
tratamiento de aguas residuales.
Los elementos de transferencia conectan los elementos de localización; estos
elementos incluyen canales, tuberías, alcantarillados de aguas lluvias, alcantarillados
de aguas residuales y calles. El sistema es alimentado por la lluvia, el agua
proveniente de diferentes fuentes y el agua traída por tuberías y canales. El cuerpo de
agua receptor puede ser un río, un lago o un océano.
Para el diseño de un sistema de drenaje urbano se requiere fundamentalmente contar
con suficiente información hidrológica, mecánica de suelos, cobertura vegetal y una
buena información planimétrica de la cuenca en estudio.
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Lamentablemente, los registros pluviográficos en las estaciones de la cuenca de
interés son escasos de modo que el procedimiento para obtener las curvas intensidad-
duración-frecuencia con estos datos ha sido poco práctico.
Esta situación ha llevado a buscar procedimientos que permitan superar tal
deficiencia, aprovechando al máximo la información de precipitación máxima de 24
horas, que realmente existe.
El propósito del estudio es evaluar el comportamiento hidrológico de las quebradas
existentes en el proyecto “Mejoramiento y Construcción de la Av. Prolongación
Moore, en una extensión de 6.00 Km., a fin de conocer los requerimientos de obras
de drenaje del proyecto, con el cruce de la quebradas mencionadas.
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4.5.3 METODOLOGÍA DEL ESTUDIO
Para el diseño de las obras de drenaje transversal y longitudinal del proyecto
“Mejoramiento y Construcción de la Av. Prolongación Moore se ha recopilado
información pluviométrica de la Estación CP San Roque, ubicado en la cuenca del
Itaya, en el interior de la cuenca de estudio. Se recopiló información de
Precipitaciones Máximas de 24 horas de las estaciones, PLU Punchana, PLU Morona
Cocha, PLU Maniti y CO Mazan
A partir de los datos de Precipitación Máxima de Lluvia de 24 horas, se ha procedido
a generar las intensidades máximas de lluvia. Para lo cual se ha empleado la teoría de
Frederich Bell(1969).
Este autor publicó un trabajo en el cual generalizaba las curvas-intensidad-
frecuencia, a partir de los datos recogidos principalmente en los Estados Unidos. El
argumento físico en que se apoyó es el hecho de que las lluvias extremas de menos
de dos horas de duración se debe a tormentas del tipo convectivo, las cuales poseen
características similares en todas las regiones del mundo.
Con el fin de reunir los criterios adecuados para conocer las características
hidrológicas de las quebradas consideradas, se realizará el estudio en las siguientes
etapas:
� Recopilación de Información, Comprende la recolección, evaluación y análisis
de la documentación existente como cartografía y pluviometría en el área de
estudio.
� Trabajos de campo, Consiste en un reconocimiento del alineamiento de la vía,
para su evaluación y observación de las características, relieve y aspectos
hidrológicos de las quebradas así como la identificación de las alcantarillas
existentes y la ubicación de las alcantarillas necesarias para el drenaje de la vía.
� Fase de Gabinete, Consiste en el procesamiento, análisis, determinación de los
parámetros de diseño y dimensionamiento de las obras de arte.
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Esta fase a su vez consiste en realizar una secuencia dividida en tres partes, la
primera referida al cálculo de la intensidad de lluvia para un periodo de retorno de
diseño; la segunda al cálculo del caudal de diseño de la cuenca de interés y la tercera
del dimensionamiento de la sección transversal de las alcantarillas y cunetas del
proyecto.
En vista de que prácticamente las estaciones meteorológicas en el área de influencia
del proyecto no cuentan con información de intensidad de lluvia, y las que existen no
son muy extensos, se ha propuesto realizar el diseño a partir de la información de
precipitación máxima diaria de doce años de la estaciones CO San Roque, PLU
Punchana, PLU Morona Cocha, PLU Maniti y CO Mazan, ubicados el primero en la
cuenca del río Itaya, los dos siguientes al río Nanay, luego al río Maniti y finalmente
la última estacón al río Napo.
De toda la información de precipitación máxima diaria, se escoge el valor más alto
para cada año. Tal como se muestra en el Cuadro Nº 01.
TABLA Nº 01
PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS
AÑO SAN ROQUE
Mm PUNCHANA
Mm
MORONA COCHA
mm
MANITI mm
MAZAN mm
1990 152 112 112 178
1991 185 91 72 96
1992 112 102 136 87 80
1993 113 208 107 138 83
1994 153 120 88 86 75
1995 110 105 148 91 84
1996 167 108 88 120 75
1997 138 99 108.5 96 113.6
1998 93 134.4 87 124 120.3
1999 117.2 102.6 90 100 79
2000 155.6 100.2 72.5 83 95.5
2001 137.7 111 169 105 112.1
2002 123.6 152.7 221.5 77 114
La serie anual de un tiene la propiedad de estar compuesta por los valores extremos
de una serie de observaciones efectuadas durante un año. Esto quiere decir que se
puede aplicar la teoría de distribución de extremos y hacer predicciones contando
con la información de un cierto número de años.
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Existe un límite a la cantidad de precipitación o magnitud de tormenta que cauce la
avenida, por grande que sea; el coeficiente de escurrimiento en una cuenca no puede
ser mayor que uno, o cien por ciento, y el tiempo de concentración no puede ser
menor a un tiempo límite, de acuerdo a las características de la cuenca.
4.5.3.1 Recopilación de Información
La información que se está utilizando se refiere a los siguientes aspectos:
a) Cartografía
La Vía Interurbana se ubica íntegramente en el mapa del Instituto
Geográfico Nacional (IGN), carta nacional a escala 1:100,000 Iquitos
Hoja 8 – p 2263.
b) Pluviometría
La escorrentía existente y producida en el área de estudio, proviene
exclusivamente de las precipitaciones pluviales caídas en la zona.
Las estaciones pluviométricas, localizadas en la zona de estudio o
cercanas a ella, están siendo administradas por Servicio Nacional de
Meteorología e Hidrología (SENAMHI), son las que se anotan a
continuación:
ESTACIONES PLUVIOMÉTRICAS EN LA ZONA DE ESTUDIO
Estación
Pluviometrica
Ubicación Altitud
(msnm) Distrito
Norte(m) Este(m)
San Roque 9585282 0694317 126 San Juan
MoronaCocha 9586667 0692869 128 Iquitos
Punchana 9585285 0692465 128 Punchana
Maniti 125 Indiana
Mazan 9614642 0713326 103 Mazan
c) Hidrometría
Las quebradas que cortan el trazo de la Vía Interurbana de la Av.
Prolongación Moore, no cuentan con estaciones de medición de
caudales. Las quebradas existentes en la cuenca del río Itaya, se
constituyen en las principales fuentes de agua y en los principales drenes
colectores.
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4.5.3.2 Reconocimiento de Campo.
El reconocimiento de campo permite tener una apreciación de la situación
actual de las características hidrológicas y de drenaje de la vía. Como
resultado del trabajo de campo, se contó con información hidrológica de
campo de las quebradas, así como el inventario de las estructuras de drenaje.
4.5.3.3 Fase de Gabinete
Consiste en el procesamiento, análisis, determinación de los parámetros
hidrológicos para el diseño y dimensionamiento de las obras de arte.
4.5.4 CARACTERIZACION HIDROLÓGICA DE LA CUENCA CLIMATOLOGÍA
E HIDROLOGÍA
El estudio climatológico se ha realizado en base a la información meteorológica de
las estaciones climatológicas, Zungarococha, Iquitos, San Roque, Santa Maria de
Nanay, Puerto Almendra, Mazan, y Moronococha ubicadas en la zona de influencia
del proyecto, las cuales cuentan con datos de temperatura, precipitaciones, humedad
relativa y vientos a nivel mensual del periodo 1947-2002.
4.5.4.1 Clima del Área en Estudio
El clima del área en estudio es de Bosque Húmedo Tropical (bh-T),
predominando un ambiente caliente y húmedo, caracterizado por pequeñas
variaciones de temperatura, durante el día y en las medias mensuales.
Esta isotermía es predominante en la planicie Amazónica, la misma que
disminuye a medida que se acerca a los terrenos más elevados que limitan la
Cuenca, particularmente, en la región de la Selva, la presencia de un Ciclón
Ecuatorial, que en el verano ocupa la parte central de América del Sur,
genera una zona de baja presión con vientos cálidos y húmedos que soplan
en dirección Sur-Este a Nor-Oeste, debido a este fenómeno se producen
intensas precipitaciones.
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4.5.4.2 Descripción de los Parámetros meteorológicos
4.5.4.2.1 Precipitación
La precipitación total media mensual en la zona del proyecto varía
de 195.6 m.m., registrada en el mes de agosto a 272.90 m.m.
correspondiente al mes de marzo, siendo la precipitación media
anual de 2,770.80 m.m.
Según esta información se puede apreciar que entre los meses de
diciembre a mayo (verano y otoño), se registra una precipitación
mayor (56%) y en los meses restantes, Junio a Noviembre
(invierno y primavera), corresponde el 44%. En el semestre de
mayor precipitación, los valores más altos corresponden
generalmente a los meses de marzo y abril; los valores más bajos
corresponden a los meses de Junio, Julio y Agosto, que registran el
19% de la precipitación anual.
La precipitación total máxima mensual se ha presentado en el mes
de marzo con 655.90 m.m., siendo la precipitación máxima anual
registrada de 4,246.40 m.m., ver cuadro.
HISTOGRAMA DE PRECIPITACIONES MEDIA MENSUALES
ESTACION IQUITOS (1947/48 - 1997/98)
0
50
100
150
200
250
300
SE
T
OC
T
NO
V
DIC
EN
E
FE
B
MA
R
AB
R
MA
Y
JUN
JUL
AG
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MESES
PR
EC
IPIT
AC
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M
EN
SU
AL(
mm
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M EDIA PLUVIANUAL
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Según esta información el área del proyecto presenta un régimen
de precipitación ecuatorial de alta pluviosidad, donde
prácticamente llueve todo el año.
4.5.4.2.2 Temperatura
La temperatura media mensual en la zona del proyecto varia de
25.2ºC en julio a 26.4ºC en Noviembre, Diciembre y Enero, siendo
el promedio mensual 26.0ºC.
Las mayores temperaturas se producen entre los meses de
Septiembre a Marzo, llegando a valores extremos de 39.6ºC, las
menores temperaturas se producen entre los meses de Junio a
Agosto, llegando a valores de 19.8ºC.
La magnitud de la temperatura registrada, así como su variación,
es típica de climas tropicales cálidos
HISTOGRAMA DE PRECIPITACIONES ANUALES ESTACION IQUITOS (1947/48 - 1997/98)
0500
100015002000
25003000350040004500
1950
/51
1954
/55
1958
/59
1962
/63
1966
/67
1970
/71
1974
/75
1978
/79
1982
/83
1986
/87
1990
/91
1994
/95
CICLOS HIDRLOGICOS
PR
EC
IPIT
AC
ION
A
NU
AL(
mm
)
MO
DU
LO P
LUV
IAN
UA
LANUAL
M EDIA PLUVIANUAL
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ÁÁrreeaa ddee PPrrooyyeeccttooss EEssppeecciiaalleess
TEMPERATURA MEDIA MENSUAL (°C)ESTACION IQUITOS - RIO NANAY (1966/67 - 1990/91)
2 4 . 4
2 4 . 6
2 4 . 8
2 5 . 0
2 5 . 2
2 5 . 4
2 5 . 6
2 5 . 8
2 6 . 0
2 6 . 2
2 6 . 4
2 6 . 6
SET OCT NOV DI C ENE FEB MAR ABR M AY JUN JUL AGO
MESES
TE
MP
ER
AT
UR
AS
ME
DIA
S
(°C)
NORM AL M ODULO
4.5.4.2.4 Humedad Relativa
La humedad relativa media anual es de 84.4 %, variando de 82.6
% en el mes de Septiembre a 86.2 % en el mes de junio.
La máxima humedad relativa se ha registrado en julio, con 94%.
A través del año, se observa que los máximos medios, alcanzan en
los meses de Abril, Mayo y Junio valores en el orden de 85% a
86%, y los mínimos medios corresponden a la época menos
lluviosa, en los meses de Septiembre y Octubre, con presencia de
valores cercanos a 82%.
En el siguiente Gráfico, se muestra el régimen de distribución
mensual de la humedad relativa en ella se puede observar que la
oscilación de los valores es mínima, por lo que se establece que en
área de estudio la humedad relativa es alta y constante.
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============================================================================= PPrrooyyeeccttoo:: ""MMeejjoorraammiieennttoo yy CCoonnssttrruucccciióónn ddee llaa AAvv.. PPrroolloonnggaacciióónn MMoooorree""
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HUMEDAD RELATIVA MEDIA MENSUAL (%)ESTACION IQUITOS - RIO NANAY (1966/67 - 1990/91)
80.0
81.0
82.0
83.0
84.0
85.0
86.0
87.0
SET OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO
MESES
HU
ME
DA
D R
ELA
TIV
A (
%)
NORMAL MODULO
4.5.4.2.4 Vientos
La velocidad media mensual de los vientos de la estación Iquitos,
es 1.6 Km/h, notándose que la velocidad media es uniforme a lo
largo de todo el año, tipificándose como viento débil, según la
escala de “Beaufort”; no se tiene información de los valores
máximos absolutos, aunque se tiene información de la estación
Yurimaguas, donde se han registrado vientos máximos medios de
hasta 14.4 Km/h (brisa ligera) y vientos máximos absolutos de
64.8 Km/h.
En cuanto a la dirección predominante Nor-Este, se observa que
alcanzan su máxima intensidad de frecuencia de Septiembre a
Febrero, los vientos predominantes del Norte tienen la misma
oscilación, es decir que, alcanzan su mayor intensidad de
frecuencia de septiembre a febrero.
En cambio, los vientos provenientes del sur presentan su máxima
intensidad de frecuencia de Marzo a Agosto, los vientos del Este
alcanzan su máxima intensidad de frecuencia de diciembre a
mayo.
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VELOCIDAD MEDIA MENSUALESTACION IQUITOS - RIO NANAY (1966/67 - 1991/92)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
SET OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO
MESES
VE
LOC
IDA
D M
ED
IA (
KM
/H)
NORMAL
MODULO
4.5.4.2.5 Evaporación
El estudio de este elemento meteorológico ha sido efectuado con
los datos registrados por la estación de Zungarococha, pudiéndose
apreciar que la evaporación presenta un régimen de distribución
mensual que se puede considerar como normal, alcanzando un
promedio anual de 505.4 mm.
Se observa que el promedio mensual presenta valores oscilantes,
siendo mayores los registrados en Noviembre, Enero y Febrero
(44.60 mm) y los más bajos en los meses de Abril, Mayo y Junio
(38.3 mm).
El total promedio anual de evaporación es de 42.1 mm., que se
considera bajo y está atribuido a la alta tensión de la humedad
relativa todo el año, así como a la escasa velocidad de los vientos
que hace que la evaporación presente ligeras variaciones.
Esta relación directa se debe a la mayor incidencia de radiación
solar en relación al aumento de altitud.
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EVAPORACION TOTAL MENSUALESTACION ZUNGAROCOCHA - RIO NANAY (1966/67 -
1985/86)
34
36
38
40
42
44
46
SETO
CTNO
VDIC
ENEFEB
MAR
ABRMAY
JUN
JUL
AGO
MESES
EV
AP
OR
AC
ION
M
EN
SU
AL
(mm
)
MO
DU
LO
NORM AL M ODULO
4.5.4.2.6 Intensidad Máxima de Lluvia
Se cuenta con información de intensidad de lluvia (mm/h),
existente en el “Estudio Hidrometeorológico de la cuenca del río
Mazan”, elaborado por SENAMHI, por encargo del Ex CTAR
Loreto, en febrero de 1993, en el cual se presenta las máximas
intensidades de precipitación de las tormentas registradas en la
Estación C.O. Mazán, en el periodo 1992 a 1993, la cual presenta
precipitaciones similares a la zona del proyecto, que se podrían
comparar con los datos de la estación San Roque.
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4.5.5 EVALUACIÓN DE LAS CUENCAS
4.5.5.1 Características de la vía
La vía interurbana de la Av. Prolongación Moore, se ha dividido en seis
tramos: el Tramo I es una vía que va desde la Intersección de la Calle Moore
con la Calle Leticia, zona de la Plaza Bolognesi, de topografía plana en la
progresiva 0+00 a 0+ 220 Km., presenta una pendiente media de 1.92%. El
tramo II desde la progresiva 0+220 a 0+600 Km. con pendientes que varían
desde -0.269% al iniciar el tramo, luego cambia a 1.746%, a continuación
disminuye a un –0.625% y finaliza el tramo con una pendiente de 9.349%.
El Tramo III, desde la progresiva 0+600 hasta la 2+800 Km. Se caracteriza
por una superficie ondulada con taludes de cortes bajos; presenta pendientes
que varían de 9.346% a –6.050%.
El Tramo IV, que se inicia en la progresiva 2+800 hasta 3+480 Km. Se
caracteriza por tener una superficie ondulada con taludes de corte bajos;
presenta pendientes que varían desde –6.050% hasta la 4.927%.
INTENSIDAD MAXIMA DE LLUVIA(mm/h)
ESTACION CP MAZAN
RIO NAPO
0
50
100
150
200
250
300
10 30 60 120 240 480
PERIODO DE DURACION(min)
INT
EN
SID
AD
MA
XIM
A(m
m/h
)
2
5
10
20
25
30
40
47
50
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El Tramo V, que se inicia en la progresiva 3+480 hasta la progresiva 5+300
Km. Presenta una superficie más suave con pendientes que varían desde –
7.619% hasta 5.99%.
El Tramo VI, que se inicia en la progresiva 5+300 hasta la 5+939.45 Km,
caracterizado por una superficie medianamente ondulada, con pendientes
que varían desde –7.307% hasta la 3.6963% , el encuentro con la Carretera
Iquitos - Nauta se hará con una pendiente de 3.693%.
Los cauces que cruzan la vía tienen cuencas menores a 2.50 Km2 (250 Has),
por lo que considera cuencas pequeñas, mucha de ellas de corrientes
efímeras, donde predomina los fenómenos de concentración del caudal.
Por lo general, la pendiente es baja y el relieve varía de ondulado a plano.
Por ser zona de expansión urbana, ya intervenida, presenta poca cobertura
vegetal, por tanto la relación precipitación escorrentía es más alta que en las
zonas más alejadas con cobertura natural inalterada. La delimitación de las
subcuencas se ha realizado en base al levantamiento topográfico realizado, a
escala 1/10,000.
La vía Interurbana de la Av. Prolongación Moore, se encuentra dentro de la
cuenca del río Itaya, siguiendo un curso paralelo al río
4.5.6 DESCARGAS MÁXIMAS
Las descargas máximas para diseño se han estimado para el total de la cuenca y los
cauces más importantes y que presentan escorrentía durante todo el año. Los
resultados que se presentan en el cuadro, han sido obtenidos por el método racional,
asumiendo coeficientes de escorrentía, características y precipitación máxima
(intensidad) para un periodo de retorno de 25 años.
4.5.6.1 Cálculo de la Intensidad Máxima de Lluvia
Para el cálculo de la Intensidad de lluvia de la cuenca de interés se ha partido
desde el análisis de la información de precipitación Máxima de 24 horas, de
la Estación asignada con el nombre de CO San Roque.
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Esta estación Climatológica totaliza la cantidad de lluvia caída en una
precipitación pluvial.
En la Tabla Nº 02 se ordena los datos en forma descendente, asignándole al
mayor valor el orden m = 1, luego se determina la media y la desviación
estándar.
TABLA Nº 02
CO SAN ROQUE
‘m PREC.MAX
(mm) 1 185 2 167 3 153 4 152 5 138 6 138 7 124 8 117 9 113
10 112 11 110 12 101 13 90
MEDIA 130.7
DESVEST 27.7
En el cuadro Nº 03 se muestra el resultado de las Precipitaciones Máximas
para diferentes periodos de Retorno, calculado mediante el método de
Gumbel, cuyo procedimiento se describe en el numeral 3.4.4.
El periodo de retorno considerado varía de 2 a 100 años.
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TABLA Nº 03
PRECIPITACION MAXIMA
T Años
SAN ROQUE
(mm)
MORONA COCHA
(mm)
PUNCHANA
(mm)
MANITI mm
MAZAN (mm)
2 126.19 108.25 113.76 101.65 89.95 5 150.63 146.45 141.50 126.28 104.79
10 166.82 171.74 159.86 142.59 114.62 20 182.34 196.00 177.48 158.23 124.04 25 187.27 203.70 183.06 163.19 127.03 30 191.28 209.96 187.61 167.23 129.47 40 197.57 219.80 194.75 173.57 133.29 47 201.09 225.30 198.75 177.12 135.43 50 202.44 227.41 200.28 178.48 136.24
100 217.50 250.94 217.36 193.65 145.39
Los Estudios Hidrológicos analizan los regímenes de caudales medios y
extremos de las corrientes de agua en los tramos de influencia de las obras
viales.
4.5.6.1.1 Determinación de la Intensidad
Luego de haber definido el objetivo, que es determinar las cargas
máximas para el diseño hidráulico de las alcantarillas y cunetas,
se requiere encontrar el valor de la precipitación máxima anual
para un periodo de retorno determinado y finalmente la intensidad
en milímetros por hora (mm/hora). Se tomó como referencia los
datos pluviométricos de la estación CP San Roque con muy buena
aproximación debido a que se encuentra dentro de la cuenca de
recepción de la cuenca en estudio.
Para la determinación de la intensidad máxima de lluvia se
empleará el método de Frederich Bell (1969) y Espíldora, que se
describe a continuación:
1. A partir de los datos de Precipitación Máxima de Lluvia de 24
horas, se ha procedido a generar las intensidades máximas de
lluvia.
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Frederich Bell publicó un trabajo en el cual generalizaba las
curvas-intensidad-frecuencia, a partir de los datos recogidos
principalmente en los Estados Unidos. El argumento físico en
que se apoyó es el hecho de que las lluvias extremas de menos
de dos horas de duración se deben a tormentas del tipo
convectivo, las cuales poseen características similares en todas
las regiones del mundo.
PTt = (0.21 T + 0.52) (0.54t-0.25+0.50)P10
60
En realidad no siempre se cuenta con información de lluvias
de una hora de duración. Pero Espíldora, obtuvo en Chile que
la relación entre la lluvia máxima diaria y la lluvia de una hora
es más o menos constante e igual a 4.04.
Esto hace posible obtener la lluvia P1060 que entra en la
fórmula, a partir de las lluvias máximas diarias cuyos registros
son más frecuentes.
2. A partir de los registros de precipitaciones máximas diarias,
obtener mediante un análisis de frecuencia, la magnitud de la
lluvia con periodo de retorno de 10 años.
3. Usando el coeficiente de Espíldora obtener P1060 y luego
aplicar la fórmula de Bell.
Por último, calcular, a partir de las magnitudes encontradas de
lluvia, intensidades correspondientes a fin de poder construir
las curvas intensidad-duración-frecuencia.
Los resultados se muestran en la Tabla Nº 04.
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TABLA Nº 04
ESTACION SAN ROQUE
T
Años
INTENSIDAD MAXIMA(mm/h)
PERIODO DE DURACION(min)
10 30 60 120 240 480
2 31.19 28.36 26.94 25.74 24.73 23.89
5 52.10 47.37 44.99 42.99 41.31 39.89
10 86.94 79.05 75.08 71.74 68.93 66.57
20 156.63 142.42 135.26 129.25 124.19 119.93
25 191.48 174.10 165.35 158.00 151.81 146.61
30 226.32 205.78 195.44 186.75 179.44 173.29
40 296.01 269.15 255.62 244.25 234.69 226.65
47 344.79 313.50 297.75 284.51 273.37 264.01
50 365.70 332.51 315.81 301.76 289.95 280.01
100 714.14 649.33 616.71 589.28 566.21 546.81
4.5.6.1.2 Análisis de Frecuencia de Valores Extremos
En todo Proyecto de Ingeniería se debe determinar la vida útil de
la obra y luego definir el acontecimiento extremo, que comprende
a esa vida útil, escogiendo para ello un porcentaje adecuado de
riesgo de falla.
La vida útil de un pavimento rígido o flexible está en función
directa al costo de la misma para ello, para el presente proyecto se
ha tomado un periodo de vida útil de diseño de 20 años.
4.5.6.2 Riesgo de Falla
Representa la probabilidad de que el caudal considerado para el diseño sea
superado por otro evento de mayor magnitud. Asumimos para el diseño de
las estructuras un riesgo de falla de 35%, basándonos en recomendaciones
dadas por algunos investigadores; aunque también se puede calcular
asumiendo una probabilidad de que no ocurra tal evento; mediante la
formula:
NpJ −=1 ........ (1)
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Donde:
J = Probabilidad de excedencia
P = Probabilidad de no excedencia
N = Vida útil
TABLA Nº 05
PERIODO DE RETORNO
PERIODO DE DISEÑOO VIDA UTIL 0.01 0.25 0.65 0.75 0.99
2 1.11 2.00 5.16 7.46 199.505 1.66 4.13 12.11 17.89 498.00
10 2.71 7.73 23.72 35.26 995.4920 4.86 14.93 46.93 70.02 1990.4830 7.03 22.14 70.14 104.78 2985.4750 11.37 36.57 116.57 174.30 4975.46
100 22.22 72.64 232.64 348.11 9950.42RIESGO DE FALLA 99% 75% 35% 25% 1%
PROBABILIDAD DE NO EXCEDENCIA
4.5.6.3 Tiempo o Período de Retorno,
Es el tiempo transcurrido para que un evento de magnitud dada se repita, en
promedio. Esta expresado en función de la probabilidad P de no ocurrencia.
Esto es:
P
Tr−
=1
1 ...... (2)
Despejando P de la ecuación (1) y reemplazando en la ecuación (2) se tiene:
NJTr /1)1(1
1−−
=
Ecuación que se utilizará para estimar el tiempo de retorno Tr para diversos
riesgos de falla y vida útil N de las estructuras.
Entonces, para un periodo de vida útil de la estructura correspondiente a 20
años, y asumiendo un riesgo de falla de 35%, se obtiene un periodo de
retorno de 47 años.
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A continuación se presenta una tabla para encontrar el periodo de retorno
para diferentes periodos de vida útil y riesgo de falla, consecuencia de la
aplicación de las fórmulas antes expuestas.
4.5.6.4 Análisis del Modelamiento Matemático de Valores Aleatorios Extremos
Para el presente acápite se tendrá en cuenta el Análisis para la Distribución
Extremo de Gumbel Tipo I y Método Log Pearson Tipo III. La misma que se
desarrolla a continuación
a) Distribución del Valor Extremo de GUMBEL Tipo I
Mediante las fórmulas de VEN TE CHOW Y GUMBEL:
KSxxX += (4)
a.1) Procesamiento de la Distribución GUMBEL
Es el más usado para el ajuste de descargas máximas.
Se define a partir de las ecuaciones:
-w
P[ Pp _ Pp o ] = 1 - ( e ) - e (5)
Donde:
W = ( Ppi - Ppm + 0.45005 σ ) / ( 0.7797 σ ) (6)
T = 1/F
Donde:
P [ Pp _ Ppo ] : Probabilidad de ocurrencia de una
Precipitación menor o igual a Ppo.
T : Período de retorno del evento.
F : Frecuencia de ocurrencia del evento.
Ppm : Media de la serie de avenidas.
Ppi : Avenida del año i
σ : Desviación estandar σ
e : Base de logaritmo neperiano
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El procedimiento de ajuste a la ley de Gumbel de una serie de
avenidas observadas Ppi se puede resumir en lo siguiente:
a) Seleccionar de cada serie anual disponible de precipitaciones
máximas mensuales diarios o instantáneos un valor máximo y
formar de esta manera la serie Ppi de avenidas de extensión N.
b) Calcular los estadísticos correspondientes:
Ppm = Σ Ppi / N
σ = [ Σ (Ppi - Ppm)2 / (N-1) ]1/2
c) Ordenar de mayor y menor asignando las correspondientes
frecuencias según el criterio Weibull.
F = m / (N+1)
d) Hallar la función teórica de Gumbell según las expresiones
teóricas dadas, previa corrección por la longitud de registro.
e) En el papel Gumbell y sobre la recta de la distribución dibujada,
hallar los Qmax correspondiente a distintos periodos de retorno de
interés; esto también se puede hacer directamente con la
fórmula.
PpT = Ppm - σ { 0.45+0.7797 Ln *[Ln T-Ln (T-1)] } (7)
donde :
PpT : Avenida correspondiente al periodo de retorno T.
Ppm : Media de la serie de Avenidas
σ = desviación estandar de la serie de Avenidas.
=================================================================
============================================================================= PPrrooyyeeccttoo:: ""MMeejjoorraammiieennttoo yy CCoonnssttrruucccciióónn ddee llaa AAvv.. PPrroolloonnggaacciióónn MMoooorree""
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GGoobbiieerrnnoo RReeggiioonnaall ddee LLoorreettoo GGeerreenncciiaa RReeggiioonnaall ddee PPllaanneeaammiieennttoo,, PPrreessuuppuueessttoo yy AAccoonnddiicciioonnaammiieennttoo TTeerrrriittoorriiaall
ÁÁrreeaa ddee PPrrooyyeeccttooss EEssppeecciiaalleess
Los resultados de los cálculos realizados se muestran en el
Cuadro Nº 03:
b) Distribución Logarítmica PEARSON TIPO III
Definida de la siguiente manera:
KSLogXLogXLogX += (8)
Donde:
K Factor de frecuencia definida para cada distribución
S Desviación estándar de la serie
Para el caso de esta distribución se convierte en los valores de la serie a
sus logaritmos, y seguidamente se calcula sus parámetros
correspondientes:
b.1 Procedimiento de la Distribución LOG-PEARSON Tipo III
La fórmula para generar datos de máxima avenidas con el método de
Log-Pearson tipo III, según CHOW (tomado del libro "Statical
Methods In Hydrology", by Leo R. Beard)
Se ajusta bastante bien cuando se tiene pocos años de información:
Se define a partir de la ecuación:
_______
Log PpT = Log Ppi + K SlogPpi ...... (9)
=================================================================
============================================================================= PPrrooyyeeccttoo:: ""MMeejjoorraammiieennttoo yy CCoonnssttrruucccciióónn ddee llaa AAvv.. PPrroolloonnggaacciióónn MMoooorree""
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ÁÁrreeaa ddee PPrrooyyeeccttooss EEssppeecciiaalleess
PpT : Máxima Avenida correspondiente al periodo de retorno T.
LogPp : Promedio de los logaritmos de la serie Ppi
Log Ppm = Σ Log Ppi / N (10)
SlogPpi : Desviación estándar de los logaritmos de la serie Ppi
SlogPpi = ║ Σ ( LogPpi – LogPpm ) ² / (N-1) ║1/2 (11)
K : Factor f1 (P1, Cs) o K = f2 (T1,Cs)
Cslog.Ppi = { NxΣ (logPpi - LogPpm)3 } / (N-1) (N-2) S3 logPpi (12)
Cs : Coeficiente de sesgo
Csc = Cs ( 1 + (6/N) (13)
Csc : Coeficiente de sesgo corregido.
Para determinar la función de distribución acumulada empírica se
procede de la siguiente manera:
a. Se ordena la serie máxima avenidas anuales en forma
descendente.
b. La probabilidad de ocurrencia de cada evento con un 98% de
certeza se determina en este caso por el método propuesto por
CHEGODAYEV.
m – 0.3
P(x) = -------------- (14)
N + 0.4
c. Luego se determina el tiempo de retorno de cada evento :
T1 = 1/P(x) (15)
d. A continuación se gráfica en un papel probalístico, la
probabilidad de cada evento P(x) versus su respectiva variable
de análisis Ppmax
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4.5.6.5 Tiempo de Concentración
Es definido como el tiempo requerido para que una gota de agua caída en el
extremo mas alejado de la cuenca fluya hasta los primeros sumideros y de
allí a través de los conductos hasta el punto considerado. Así tenemos:
Metodo de Kirpich(1940)
tc = 0.01947* L0.77* S-0.385
Donde:
L : longitud del canal desde aguas arriba hasta la salida en m.
S : pendiente promedio de la cuenca en m/m.
et : minutos
Método de California Culverts Practice(1942)
tc = 0.0195( L3/H)0.385
L : Longitud del curso más de agua más largo en m.
H : Diferencia de nivel entre la entrada de agua y la salida en m
tc : Horas
En este caso se asume que el tiempo de concentración es igual al periodo de
duración.
TABLA Nº 06
PARÁMETRO 0+460 5+180 5+700
Area( Ha) 124.62 3.25 5.33
Longitud(m) 1476.87 326.31 558.10
S(%) 4.2 5.2 6.2
T c (min) 16.72 4.84 6.88
Reemplazando en la ecuación de Kirpich resulta:
tc = 0.01947* L0.77* S-0.385
tc = 16.72 min = 17 min
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Para un periodo de retorno de 25 años se calcula las intensidades máximas
las que se muestra en Cuadro siguiente:
TABLA Nº 07
PARÁMETRO 0+460 5+180 5+700
t c (min) 16.72 3.25 9.00
I max(mm/h) 182.74 205.84 198.57
Q(m3/s) 9.49 0.64 1.70
4.5.6.6 Cálculo del Caudal
Se realizará mediante el Método Racional.
El Método Racional, el cual empezó a utilizarse de la mitad del siglo XIX, es
probablemente el método más ampliamente utilizado hoy en día para el
diseño de alcantarillados de aguas lluvias (Pilgrim, 1986).
A pesar de que han surgido críticas válidas acerca de lo adecuado de este
método, se sigue utilizando para el diseño de alcantarillados debido a su
simplicidad.
Una vez que se ha seleccionado la distribución y se han determinado los
tamaños de las tuberías por el método racional, la bondad del sistema puede
verificarse utilizando un tránsito dinámico de los hidrogramas de caudal a
través del sistema.
La idea detrás del método racional es que si una lluvia con intensidad i
empieza en forma instantánea y continúa en forma indefinida, la tasa de
escorrentía continuará hasta que se llegue al tiempo de concentración tc, en el
cual toda la cuenca está contribuyendo al flujo en la salida. El producto de la
intensidad de lluvia i y el área contribuyendo al flujo en la salida.
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El producto de la intensidad de lluvia i y área de la cuenca A es el caudal de
entrada al sistema, iA, y la relación entre este caudal y el caudal pico Q (que
ocurre en el tiempo etc) se conoce como el coeficiente de escorrentía C (0 ≤
C ≤ 1). Éste se expresa en la fórmula racional:
Q = C i A (16)
360
Comúnmente, Q está dado en metros cúbicos por segundo (mcs), i
milímetros por hora y A en Hectáreas. La duración utilizada para la
determinación de la intensidad de precipitación de diseño i en (16) es el
tiempo de concentración en cuenca.
En áreas urbanas, el área de drenaje usualmente está compuesta de subáreas
o subcuencas de diferentes características superficiales. Como resultado, se
requiere un análisis compuesto que tenga en cuenta las diferentes
características superficiales. Las áreas de las subcuencas se denominan como
Ai y los coeficientes de escorrentía para cada una de ellas se denominan
como Cj. La escorrentía pico se calcula al utilizar la siguiente forma de la
fórmula racional:
Donde m es el número de sub.-cuencas drenadas por un alcantarillado.
Las suposiciones asociadas con el método racional son:
1. La tasa de escorrentía pico calculada en el punto de salida de la cuenca
es una función de la tasa de lluvia promedio durante el tiempo de
concentración, es decir, el caudal pico no resulta de una lluvia más
intensa, de menor duración, durante la cual solamente una porción de la
cuenca contribuye a la escorrentía a la salida de ésta.
2. El tiempo de concentración empleado es el tiempo para que la
escorrentía se establezca y fluya desde la parte más remota del área de
drenaje hacia el punto de entrada del alcantarillado que se está
diseñando.
∑=
=m
j
jj ACiQ1
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3. La intensidad de lluvia es constante durante toda la tormenta.
El resultado de los caudales generados para las subcuencas son mostradas en
la Tabla Nº 07
4.5.7 DISEÑO PRELIMINAR DE LAS CUNETAS
La pavimentación de la Prolongación Moore contempla la construcción de cunetas a
ambos lados de la vía, en los tramos que sea necesario, presentándose dos
alternativas:
La primera de sección triangular a pelo abierto, con sumideros que trasladaran el
flujo de la lluvia hacia los colectores o flujos de corrientes naturales.
Para el dimensionamiento de las cunetas, en la zona urbana el caudal de diseño será
calculado en función del área techada y el área disponible entre manzanas. Este
caudal se dividirá entre dos, ya que en ambos lados se tiene previsto instalar las
cunetas.
A1 C1
A1 C1
A2 C2
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Triangular
A1 = 2500 m2 C1 = 0.40
A2 = 3000 m2 C2 = 0.75
C = (2500*0.40+2500*0.40+3000*0.75)/3000
C = 0.53
Cálculo de la tc
tc = 0.01947 L 0.77 S0.358
Para L = 100 m y S = 2.5%, entonces tc = 2.53 min
Cálculo de la imax
Por la ecuación de BELL Para T = 10 años
i = PTt = (2.62)(0.54t-0.25+0.50)*41.29
i = 100.40 mm/h
Cálculo del caudal Método Racional
Q = (0.53*100.40*0.8)/360 = 0.12 m3/s
Q = 120 lt/s
Para la sección Triangular:
Parámetro de Diseño
Caudal de diseño (Qd) = 0.060 m³ / s
Ancho de solera (b) = 0.00 m
Talud (Z) = 1
Rugosidad (n) = 0.014
Pendiente (S) = 0.0030 m/m
Pendiente Crítica (Sc) = 0.011569 m/m
Tirante Normal (Yn) = 0.40 m
Tirante Crítico (Yc) = 0.31 m
Area Hidráulica (A) = 0.08 m²
Espejo de agua (T) = 0.40 m
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Número de Froude (F) = 0.53
Perímetro Mojado (P) = 0.57 m
Radio Hidráulico (R) = 0.14 m
Velocidad (V) = 0.75 m/s
Energía específica (E) = 0.43 m-Km / Kg
Tipo de Flujo = Subcrítico
Observación = Velocidad permitida
4.5.8 DISEÑO PRELIMINAR DE LA ALCANTARILLA
4.5.8.1 Consideraciones Generales
Las alcantarillas son conductos que pueden ser de secciones circulares o de
marco (cuadradas o rectangulares), usualmente enterradas, utilizadas en
desagües o en cruces con carreteras; pueden fluir llenas o parcialmente llenas
dependiendo de ciertos factores tales como: diámetro, longitud, rugosidad y
principalmente de niveles de agua, tanto a la entrada como en la salida.
Según investigaciones de Laboratorio la alcantarilla no se sumerge si la
carga a la entrada es menor que un determinado valor critico denominado
H*, que varía de 1.2D a 1.5D, siendo D el diámetro o la altura de la
alcantarilla.
Estas se clasifican en:
Tipo I Salida Sumergida
H* D Yt L
H* > D Y t > D Alcantarilla llena
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Tipo II Salida No sumergida H* D Yt L
H* > D Y t < D 1.2 D > H* > 1.5 D Criterios de Diseño
� El diseño hidráulico de una alcantarilla consiste en la selección de su
diámetro de manera que resulte una velocidad promedio de 1.25 m/s, en
ciertos casos se suele dar a la alcantarilla una velocidad igual a la del
canal; sólo en casos especiales la velocidad será mayor al valor
especificado.
� La cota de fondo de la alcantarilla en la transición de entrada, se obtiene
restando a la superficie normal del agua, el diámetro del tubo mas 1.5
veces la carga de velocidad del tubo cuando este fluye lleno o el 20% del
tirante en la alcantarilla.
� La pendiente de la alcantarilla debe ser igual a la pendiente del canal.
� El relleno encima de la alcantarilla o cobertura mínima de terreno para
caminos parcelarios debe ser de 0.60m y para cruces con carreteras debe
ser de 0.90m.
� La transición tanto de entrada como de salida, en algunos casos, se
conectan a la alcantarilla mediante una rampa con inclinación máxima
de 4:1.
� El talud máximo del camino encima de la alcantarilla no debe ser mayor
a 1.5:1
� En cruce de canales con camino, las alcantarillas no deben diseñarse en
flujo supercrítico.
� Se debe determinar la necesidad de collarines en la alcantarilla.
� Normalmente las alcantarillas trabajan con nivel del agua libre, llegando
a mojar toda su sección en periodos con caudales máximos.
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� Las pérdidas de energía máximas pueden ser calculadas según la
fórmula:
hft = ( he + hf + hs )*( Va2/2g)
Donde:
he : Pérdidas por entrada
hf : Pérdidas por fricción
hs : Pérdidas por salida
Va : Velocidad de alcantarilla
En el diseño del canal se debe buscar en lo posible una sección que
transporte el caudal con una máxima eficiencia, la pendiente debe ser
mínima para ganar más altura pero como en este caso se tiene una gran
altura aprovechable, se puede variar un tanto la pendiente del canal de tal
forma que se optimice la sección del canal y esto se consigue cuando el
radio Hidráulico presenta una sección mojada mínima.
Experimentalmente se ha demostrado que se consigue un
funcionamiento hidráulico óptimo cuando la velocidad del flujo es
aproximadamente de v = 1.5 m/s., con lo cuál no se produce erosión ni
sedimentación.
4.5.8.2 Inventario y Evaluación de Obras de Drenaje Existentes
a) Drenaje Transversal
Se han contabilizado ocho (08) alcantarillas existentes, todas ellas
construidas de concreto armado. Estructuralmente se encuentran en
regular estado; muchas de ellas presentan fisuras y exposición de los
armados; así mismo se ha observado que carecen de estructuras
complementarias (entrada y salida de alcantarillas), para la protección
del terraplen y/o talud de relleno, por lo que se requiere la
construcción de cabezales (muros y aleros).
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Las alcantarillas existentes se ubican en las progresivas con las
dimensiones siguientes:
TABLA Nº 08
PROGRESIVA MATERIAL SECCION
m x m
LONG.
m ESTADO
0+ 330 Concreto Armado 1.20 x 1.10 13.50 Regular
0+ 460 Concreto Armado 2.45 x 3.00 32.20 Regular
2 + 181 Concreto Armado 1.20 x 1.30 30.00 Regular
2 + 580 Concreto Armado 1.80 x. 1.70 30.00 Regular
3 + 300 Concreto Armado 1.90 x 1.76 36.00 Regular
4 + 200 Concreto Armado 1.20 x 1.30 36.40 Regular
4 + 980 Concreto Armado 1.20 x 1.20 36.40 Regular
5 + 180 Concreto Armado 1.20 x 1.30 42.40 Regular
Desde el punto de visto hidráulico, todas las alcantarillas son
insuficientes (secciones muy pequeñas) e ineficientes (colmatación y
desvío de cauces, etc.) cuales deberán ser reemplazados por otras
estructuras de mayor dimensión y de máxima eficiencia hidráulica.
b) Drenaje Longitudinal
De la evaluación de campo se ha observado que sólo existen cunetas
sin revestir, los cuales se encuentran colmatadas y erosionadas, por lo
que es necesario proyectar nuevas estructuras, que permitan la
evacuación de flujos.
4.5.8.3 Dimensionamiento de las Obras de Drenaje Del Proyecto
a) Drenaje Transversal
Con el objeto de permitir al pase de flujos de aguas pluviales,
transversalmente al eje de la vía, es necesario proyectar Alcantarillas.
La función de las alcantarillas es permitir el pase el pase de aguas
pluviales provenientes de un curso de drenaje o de las cunetas laterales
(alivio).
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En el presente estudio se recomienda la proyección de alcantarillas de
marco de concreto, para ello, hay que tener en cuentas las dimensiones
mínimas que se presentan en la Tabla Nº 08-A.
Las alcantarillas de alivio permitirán el drenaje y/o evacuación de las
aguas captadas en las cunetas laterales, tendrán un distanciamiento
mínimo de 250 m; siendo su diámetro mínimo de 36” ó sección de
1.00 m x 1.00 m, por criterios de limpieza y mantenimiento.
En el ingreso estas tendrán una caja de captación revestida, mientras
que en la salida se proyectaran cabezales y aliviaderos (longitud de
1.50 m. mínimo) de mortero cemento: arena.
Las Alcantarillas para el drenaje de una quebrada, tendrán un diámetro
mínimo de 48”, en el caso que estén proyectadas en relleno tendrán
cabezales conformados por muros y aleros cuya longitud sea lo
suficiente larga (entre 1.50 a 2.00 m), para que de esta forma proteja
el talud de la vía y favorecer la entrada del flujo al interior de la
alcantarilla.
El dimensionamiento de las obras de Drenaje Transversal, que se
presentan se ha realizado en función de la topografía existente, del
estimado de las subcuencas de recepción, y del trazo actual. Utilizando
las expresiones anteriores de base (plantilla) y d (tirante), además de
una velocidad inicial de 1.250 m/s., entramos a un proceso iterativo
hasta aproximarnos a esta velocidad
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TABLA Nº 08-A
PROGRESIVA MATERIAL EXISTENTE
m x m
LONGITUD
M
PROPUESTA
m x m
0+ 330 Concreto Armado 1.20 x 1.10 20.00 1.00 x 1.10
0+ 460 Concreto Armado 2.45 x 3.00 50.00 4.50 x 2.00
0+ 632 Concreto Armado 50.00 1.00 x 0.75
0+803 Concreto Armado 50.00 1.00 x 0.75
0+ 962 Concreto Armado 50.00 1.00 x 0.75
1+ 157 Concreto Armado 50.00 1.00 x 0.75
1 + 421 Concreto Armado 30.00 1.00 x 0.75
1 + 539 Concreto Armado 30.00 1.00 x 1.00
1 + 580 Concreto Armado 30.00 1.00 x 0.75
1 + 770 Concreto Armado 30.00 0.75 x 0.75
1 + 860 Concreto Armado 30.00 0.75 x 0.75
1 + 980 Concreto Armado 30.00 0.75 x 0.75
2 + 181 Concreto Armado 1.20 x 1.30 30.00 1.00 x 0.75
2 + 480 Concreto Armado 1.80 x 1.70 30.00 0.75 x 0.75
2 + 580 Concreto Armado 30.00 2.50 x 2.50
3 + 002 Concreto Armado 45.00 2.50 x 2.50
3 + 140 Concreto Armado 45.00 1.25 x 1.25
3 + 300 Concreto Armado 45.00 1.25 x 1.25
3 + 500 Concreto Armado 45.00 2.00 x 2.00
3 + 740 Concreto Armado 1.00 x 1.00 40.00 2.00 x 2.00
3 + 920 Concreto Armado 1.00 x 1.00 40.00 2.00 x 2.00
4 + 020 Concreto Armado 1.00 x 1.00 30.00 1.50 x 1.00
4 + 200 Concreto Armado 1.00 x 1.00 40.00 1.50 x 1.00
4 + 400 Concreto Armado 1.00 x 1.00 40.00 1.50 x 1.00
4 + 600 Concreto Armado 0.50 x 0.50 40.00 1.50 x 1.50
4 + 700 Concreto Armado 1.00 x 1.00 30.00 1.50 x 1.50
4 + 980 Concreto Armado 1.20 x 1.10 45.00 1.25 x 1.25
5 + 180 Concreto Armado 1.00 x 1.00 30.00 0.75 x 0.75
5 + 460 Concreto Armado 30.00 0.75 x 0.75
5 + 540 Concreto Armado 30.00 1.00 x 1.00
5 + 700 Concreto Armado 45.00 1.50 x 1.00
b) Drenaje Longitudinal
CUNETAS LATERALES
Para controlar el escurrimiento pluvial de la superficie de rodadura y
taludes adyacentes se plantea la construcción de cunetas laterales
revestidas, estas estructura evacuaran el flujo hacia las obras de
drenaje transversal y/o quebradas mediante estructuras de entrega.
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ÁÁrreeaa ddee PPrrooyyeeccttooss EEssppeecciiaalleess
En el tramo de estudio, se recomienda proyectar dos tipos de cunetas:
Tipo I (Sección Triangular)
Ancho Superior : 0.50 m
Altura : 0.50 m
Talud interno : 1:1
Talud externo : 1:1
Revestimiento : Mortero cemento: arena; f’c = 175
Km./cm2, espesor no menor de 10 cm.,
juntas de dilatación cada 2.00 m como
máximo.
Tipo II(Sección Rectangular)
Ancho Superior : 1.00
Altura : 1.00 m
Base : 1.00 m
Talud Interno : 0
Talud externo : 0
Revestimiento : Mortero cemento: arena; f’c = 175
Km./cm2, espesor no menor de 10 cm.,
juntas de dilatación cada 2.00 m como
máximo.
Para ambos caso, la pendiente longitudinal de las cuentas pueden ser
similares a la pendiente de la rasante, sin embargo este criterio puede
confrontarse, ya que la pendiente de la cuneta está en función a la
velocidad de flujo; para el caso de revestimiento con mortero cemento-
arena, la velocidad de flujo debe estar en el orden de 0.80 m/s y 3.50
m/s para evitar la sedimentación y erosión respectivamente.
Considerando los valores de pendientes y velocidad de flujo, la
máxima distancia de recorrido de la cuentas debe estar entre 250 a
300 m (Los resultados se muestran en los Cuadros Nº 18, 18-A y 18-B,
del anexo correspondiente).
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4.5.9 RESULTADOS
4.5.9.1 Intensidad de Lluvia
La intensidad máxima de lluvia caída en las subcuencas de interés son
valores obtenidos con la metodología de Gumbel y Bell Espildora, para un
periodo de retorno de 25 años y diferentes periodos una duración:
TABLA Nº 09
PARÁMETRO 0+460 5+180 Km 5+700 Km
Area ( Ha) 124.62 3.25 9.00
Longitud(m) 1476.87 326.31 558.10
S(%) 4.2 5.2 6.2
T c (min) 16.72 4.84 6.88
I max(mm/h) 182.74 205.84 198.57
4.5.9.2 El Caudal
El caudal generado, con el método racional, se muestra en la Tabla siguiente:
TABLA Nº 10
PARÁMETRO 0+460 5+180 Km 5+700 Km
Area ( Ha) 124.62 3.25 5.33
I max(mm/h) 182.74 205.84 198.57
Q(m3/s) 9.49 0.64 1.70
4.5.9.3 Dimensiones de las Alcantarillas
Las dimensiones de la sección transversal de las alcantarillas del proyecto,
están calculadas asumiendo una velocidad de diseño de 1.25 m/s
TABLA Nº 11
PARÁMETRO 0+460 5+180 Km 5+700Km
Area ( Ha) 151.44 3.25 5.33
I max (mm/h) 182.74 205.84 198.57
Q (m3/s) 9.54 0.64 1.70
Dimensiones (m x m) 4.50 x 2.00 0.75 x 0.75 1.50 x 1.00
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4.5.10 CONCLUSIONES
• Las condiciones de alta temperatura y alta precipitación de la zona son factores
que deben considerarse durante el planeamiento de las obras viales tanto de
terraplenes y rellenos como de las estructuras.
• Las cuencas que cruzan la vía son muy pequeñas, habiéndose identificado doce
de mayor importancia para los cuales se ha calculado los caudales máximos,
observándose un rendimiento máximo promedio de 154.13 lt/s/Ha de cuenca.
• Los cauces más pequeños tienen cuencas inferiores a 0.01 Km2 y por lo tanto los
caudales máximos serán inferiores a 2.78 lt/s/Ha, lo cual se tendrá en cuenta en
el diseño de alcantarillas.
• La vía debe hacer frente al problema de drenaje, debido a las precipitaciones
pluviométricas estudiadas.
• Para la eliminación de estas aguas se ha recurrido a proporcionar pendientes
longitudinales y un transporte hacia los costados, ubicando cunetas laterales que
permitan recolectar toda el agua de lluvia para llevarla a las alcantarillas o
canales laterales.
• Las cunetas se han considerado todas revestidas para evitar su erosión, con
concreto f´c = 175 Kg/cm2.
• Las dimensiones de la sección transversal del sistema de drenaje transversal, se
ha calculado asumiéndolo como canal y como alcantarilla (ver Tabla Nº 12).
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TABLA Nº 12
PROGRESIVA MATERIAL SECCION LONGITUD
m
PROPUESTA
m x m
0+ 330 Concreto Armado Rectangular 20.00 1.00 x 1.10
0+ 460 Concreto Armado Rectangular 50.00 4.50 x 2.00
0+ 632 Concreto Armado Rectangular 50.00 1.00 x 0.75
0+803 Concreto Armado Rectangular 50.00 1.00 x 0.75
0+ 962 Concreto Armado Rectangular 50.00 1.00 x 0.75
1+ 157 Concreto Armado Rectangular 50.00 1.00 x 0.75
1 + 421 Concreto Armado Rectangular 30.00 1.00 x 0.75
1 + 539 Concreto Armado Rectangular 30.00 1.00 x 1.00
1 + 580 Concreto Armado Rectangular 30.00 1.00 x 0.75
1 + 770 Concreto Armado Rectangular 30.00 0.75 x 0.75
1 + 860 Concreto Armado Rectangular 30.00 0.75 x 0.75
1 + 980 Concreto Armado Rectangular 30.00 0.75 x 0.75
2 + 181 Concreto Armado Rectangular 30.00 1.00 x 0.75
2 + 480 Concreto Armado Rectangular 30.00 0.75 x 0.75
2 + 580 Concreto Armado Rectangular 30.00 2.50 x 2.50
3 + 002 Concreto Armado Rectangular 45.00 2.50 x 2.50
3 + 140 Concreto Armado Rectangular 45.00 1.25 x 1.25
3 + 300 Concreto Armado Rectangular 45.00 1.25 x 1.25
3 + 500 Concreto Armado Rectangular 45.00 2.00 x 2.00
3 + 740 Concreto Armado Rectangular 40.00 2.00 x 2.00
3 + 920 Concreto Armado Rectangular 40.00 2.00 x 2.00
4 + 020 Concreto Armado Rectangular 30.00 1.50 x 1.00
4 + 200 Concreto Armado Rectangular 40.00 1.50 x 1.00
4 + 400 Concreto Armado Rectangular 40.00 1.50 x 1.00
4 + 600 Concreto Armado Rectangular 40.00 1.50 x 1.50
4 + 700 Concreto Armado Rectangular 30.00 1.50 x 1.50
4 + 980 Concreto Armado Rectangular 45.00 1.25 x 1.25
5 + 180 Concreto Armado Rectangular 30.00 0.75 x 0.75
5 + 460 Concreto Armado Rectangular 30.00 0.75 x 0.75
5 + 540 Concreto Armado Rectangular 30.00 1.00 x 1.00
5 + 700 Concreto Armado Rectangular 45.00 1.50 x 1.00
• Si se anula las alcantarillas proyectadas en la progresiva 5+460 y 5+540 y este
flujo se trasladara hacia la progresiva 5+700 las dimensiones en este punto sería
mucho mayor es decir:
A = 2.00 m x 2.00 m
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4.5.11 RECOMENDACIONES
Las siguientes Recomendaciones, se tendrá que tener en cuenta en el diseño de las
obras hidráulicas del Proyecto “Mejoramiento y Construcción de la Av.
Prolongación Moore”:
a. Diseñar las obras según el criterio de vida útil y porcentaje de riesgo. En
función de estas dos variables se recomienda diseñar las estructuras con
periodos de retorno de 25 años
b. Las secciones de las alcantarillas son de sección rectangular.
c. Las alcantarillas deben tener un recubrimiento mínimo de 0.90 m.
d. Las alcantarillas deben estar unidas en los nodos de tal manera que la
elevación de clave del alcantarillado de aguas arriba no sea inferior que la del
alcantarillado de aguas abajo.
e. Para prevenir la socavación y otros efectos indeseables causados por una alta
velocidad de flujo, se debe especificar una velocidad máxima permisible de 3.5
m/s.
f. En cualquier nodo o pozo de inspección el alcantarillado de aguas abajo no
puede ser menor que cualquiera de los alcantarillados de aguas arriba de ese
modo.
El sistema de alcantarillado es una red dendrítica o con brazos que converge en la
dirección aguas abajo sin ningún circuito cerrado.
