ESTUDIO DE HIDROLOGIA Y OBRAS DE ARTE - copia.pdf

MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPOVISTA ALEGRE – JUNIN

Hidrologia y obras de arte

ESTUDIO DE HIDROLOGÍA 1.00 1.01

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS DEL ESTUDIO El presente Estudio, en el Capítulo de Hidrología y Drenaje, persigue alcanzar los siguientes objetivos: 

Evaluar desde el punto de vista hidráulico, las estructuras de drenaje existentes.

 Evaluar

las características hidrológicas y geomorfológicas de las quebradas y/o subcuencas que interceptan la vía proyectada.

 Proponer

las diversas obras de drenaje que requieran ser proyectadas de acuerdo a la evaluación de las estructuras existentes y a la exigencia hidrológica del área del Proyecto Vial, con la finalidad de garantizar su estabilidad estabilidad y permanencia.

1.02

UBICACIÓN DEL PROYECTO El tramo de carretera motivo del presente Estudio, se encuentra ubicado en la región de Junín, entre las localidades de Chupuro (Km. 00+000) y Chongos Alto (Km. 44+460), la cual se desarrolla entre los 3,190.32 y 3,552.77 msnm, aproximadamente. Geográficamente, dicho tramo está comprendido aproximadamente entre las coordenadas (75º14’44” W, 12º 9’20” S), en el inicio del proyecto y (75º16’54” W, 12º19’55” S), en la localidad de Huasicancha.

En este mapa se presenta la trayectoria de la carretera Chupuro(A) Chongos Alto (B)

hacia

Imagen (1)

MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPO – VISTA ALEGRE KM 30 -35 – JUNIN



Políticamente, está localizado en la zona Sur – Oeste de la Región Junín, en la la provincia de Huancayo, distritos de Chupuro, Chicche y Chongos Alto. En el imagen (2) se muestra nuestro tramo a trabajar: Que se delimita por el círculo rojo, que está entre el km. 30+00 y km 35.00

Imagen (2) Como se ve en la Imagen (3), el Pueblo más cercano es Vista alegre que esta al terminar el km 35.00, después esta Laive Incahuasi cual nos ayudara a tener datos puesto que hay una Estación. Teniendo como datos principales las precipitaciones y temperaturas de la zona a trabajar.

Imagen (3)




Políticamente, está localizado en la zona Sur – Oeste de la Región Junín, en la la provincia de Huancayo, distritos de Chupuro, Chicche y Chongos Alto. En el imagen (2) se muestra nuestro tramo a trabajar: Que se delimita por el círculo rojo, que está entre el km. 30+00 y km 35.00

Imagen (2) Como se ve en la Imagen (3), el Pueblo más cercano es Vista alegre que esta al terminar el km 35.00, después esta Laive Incahuasi cual nos ayudara a tener datos puesto que hay una Estación. Teniendo como datos principales las precipitaciones y temperaturas de la zona a trabajar.

Imagen (3)



2.00

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ZONA DE ESTUDIO

2.01

HIDROGRAFÍA


El sistema de drenaje de la zona en estudio está constituido por quebradas en su mayoría seca en la época de verano (Mayo - Setiembre), activándose los mismos en la época de invierno (Setiembre (Setiembre – Mayo) 2.02

CLIMA El clima de la zona varía con la altitud, tornándose frígido en las zonas altas y templado moderadamente lluvioso en las zonas bajas. La biotemperatura anual máxima es de 12.9ºC y la media anual mínima de 6.5ºC.

2.03

VEGETACIÓN La vegetación natural así como los cultivos varían con la altitud y el clima; la vegetación natural está constituida por especies de gramíneas, arbustivas xerofíticas y especies de arbóreas como pinos, eucaliptos. Mientras que los cultivos lo constituyen especies vegetales tales como: papa, maca, olluco, habas, alverja, quinua, oca.

2.04

RELIEVE El relieve se caracteriza por ofrecer una configuración topográfica accidentada, dentro de estas características se emplaza la actual carretera, la cual se desarrolla desarrolla generalmente en corte c orte a media ladera.

3.00

ANÁLISIS ANÁLISIS HIDROLÓGICO

3.01

INFORMACIÓN INFORMACIÓN BÁSICA La información básica que se ha utilizado para la elaboración del análisis hidrológico es la siguiente:

3.01.01

INFORMACIÓN INFORMACIÓN CARTOGRÁFICA Se utilizó la siguiente información: Carta Nacional proporcionada por el Instituto Geográfico Nacional (IGN), a escala 1:100 000, habiéndose empleado las siguientes: Huancayo Hoja 25 – m MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPO – VISTA ALEGRE KM 30 -35 – JUNIN


3.01.02


INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA Se refiere a precipitaciones máximas en 24 horas registradas en las estaciones pluviométricas cercanas a la zona de estudio, habiéndose utilizado la siguiente información: 

Precipitación máxima en 24 horas de la Estación Pluviométrica “ Viques ”

período 1992 – 2011. 

Precipitación máxima en 24 horas de la Estación Pluviométrica “ Laive”

período 1992 – 2011. En los cuadros Nº 01 y 02 se presentan las series históricas de precipitaciones máximas en 24 horas. CUADRO Nº 01 SERIE HISTÓRICA DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN 24 HORAS (MM) – ESTACIÓN VIQUES 





ENE FEB MAR ABR MAY JUN

JUL AGO SEP OCT NOV

DIC

MAX 24Hs

AÑO (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Nº 01 1992 02 1993 03 1994 04 1995 05 1996 06 1997 07 1998 08 1999 09 2000 10 2001 11 2002 12 2003 13 2004 14 2005 15 2006 16 2007 17 2008 18 2009 19 2010 20 2011 MAX MIN MED

21.00 30.60 22.20 11.10 27.00 17.90 19.40 11.30 14.30 26.10 16.80 23.00 10.20 9.30 17.90 17.90 14.00 11.70 25.40 32.60 32.60 18.99 9.30

29.30 22.40 19.60 14.30 26.80 20.50 28.10 34.50 14.50 21.30 20.10 17.30 34.60 21.10 22.00 9.70 25.10 14.20 11.60 37.10 37.10 22.21 9.70

37.40 15.80 18.40 26.20 23.50 24.30 8.60 15.50 15.00 24.70 13.70 16.70 20.70 13.10 23.60 13.60 13.60 23.40 24.80 23.00 37.40 19.78 8.60

28.90 14.70 8.90 19.50 18.20 12.30 9.50 9.20 8.10 8.20 6.50 11.80 9.80 21.20 8.50 7.60 0.00 11.60 20.50 36.40 36.40 13.57 0.00

0.00 0.00 8.90 3.50 3.20 0.60 0.00 0.00 3.50 8.40 0.00 6.70 13.70 11.90 0.00 0.00 2.10 8.50 0.00 8.90 13.70 4.00 0.00

4.30 0.00 0.00 0.00 5.80 0.00 2.70 3.40 2.80 0.00 1.10 0.00 10.80 0.00 4.40 0.00 4.60 0.00 13.50 0.00 13.50 2.67 0.00

44.20 0.10 0.00 0.00 0.10 16.00 0.00 4.90 3.80 8.00 4.10 0.00 6.80 0.00 0.00 5.80 0.00 5.80 0.00 6.00 44.20 5.28 0.00

16.00 3.50 3.90 0.00 4.50 3.70 3.80 0.00 14.30 3.70 0.00 7.40 8.80 17.50 15.10 0.00 0.00 19.10 4.20 7.50 19.10 6.65 0.00

8.00 8.00 6.50 4.20 24.80 10.60 4.50 14.60 14.90 18.70 13.80 15.30 13.10 14.60 8.30 18.80 14.60 8.60 7.80 12.10 24.80 12.09 4.20


28.60 28.50 20.80 24.40 7.20 12.80 18.20 8.20 10.20 17.50 25.90 6.70 5.90 21.70 22.10 8.70 9.30 18.20 8.80 12.70 28.60 15.82 5.90

15.80 22.40 14.40 23.90 16.40 18.00 18.60 14.20 17.40 12.20 23.00 20.90 10.10 9.60 11.30 19.30 15.10 17.20 16.50 14.20 23.90 16.53 9.60

3.90 18.90 12.90 16.50 17.20 27.70 12.70 14.00 24.70 27.60 16.10 15.80 17.40 18.30 18.50 15.50 20.20 21.40 37.90 32.60 37.90 19.49 3.90

44.20 30.60 22.20 26.20 27.00 27.70 28.10 34.50 24.70 27.60 25.90 23.00 34.60 21.70 23.60 19.30 25.10 23.40 37.90 37.10





FUENTE: SENAMHI

Conclusión respecto a la información podemos ver que la precipitación máxima es de 44.2mm/día en mes de Julio del año 1992, y 37.10 mm/día en el mes de Febrero del 2011 CUADRO Nº 02 SERIE HISTÓRICA DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN 24 HORAS (MM) – ESTACIÓN LAIVE 





ENE FEB MAR ABR MAY JUN

JUL AGO SEP OCT NOV

DIC

MAX 24Hs

AÑO (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Nº 01 1992 02 1993 03 1994 04 1995 05 1996 06 1997 07 1998 08 1999 09 2000 10 2001 11 2002 12 2003 13 2004 14 2005 15 2006 16 2007 17 2008 18 2009 19 2010 20 2011 MAX MIN MED

30.00 42.50 30.00 17.20 37.50 22.30 25.70 26.20 25.90 30.40 27.00 20.00 10.80 25.00 22.40 13.50 16.50 18.30 35.60 19.80 42.50 24.83 10.80

24.80 30.60 43.60 33.80 27.60 18.90 25.00 29.80 18.70 16.40 22.00 15.60 80.50 11.10 18.20 15.00 21.30 14.00 27.60 27.40 80.50 26.10 11.10 

26.00 22.40 13.60 29.30 28.00 16.70 16.80 20.50 18.00 20.40 26.70 20.00 19.30 8.00 17.00 17.80 20.50 18.40 12.70 29.80 29.80 20.10 8.00

24.20 11.80 23.70 17.80 15.60 11.50 12.00 12.30 8.10 29.50 12.50 12.10 5.80 12.00 21.70 10.50 2.70 16.70 8.30 36.20 36.20 15.25 2.70

15.00 10.60 9.70 3.10 2.60 7.50 1.50 3.50 18.20 10.00 5.50 4.50 18.50 5.10 0.00 10.30 4.10 5.20 0.00 4.50 18.50 6.97 0.00

0.20 21.00 0.00 0.70 6.80 0.70 2.30 2.00 1.20 3.60 9.10 0.00 7.80 0.00 7.60 0.00 1.90 0.50 0.00 0.80 21.00 3.31 0.00

9.00 18.00 0.00 19.00 9.60 0.60 0.00 4.20 13.00 10.00 6.30 7.00 2.10 8.90 1.40 3.50 2.60 3.70 0.00 1.20 19.00 6.01 0.00

16.10 8.00 0.10 2.40 14.00 6.70 4.80 10.40 11.30 6.00 5.20 18.20 8.70 8.00 7.00 0.00 6.20 10.30 0.00 8.70 18.20 7.61 0.00

13.30 4.50 9.00 4.90 15.10 16.30 16.70 19.00 8.50 19.00 12.90 11.20 7.80 3.00 9.50 9.10 5.50 9.80 3.30 21.40 21.40 10.99 3.00

13.90 37.00 12.70 7.20 27.30 9.60 11.80 12.00 30.40 14.80 20.10 12.20 11.00 13.30 8.80 13.00 14.20 8.70 7.50 8.60 37.00 14.71 7.20

9.30 9.10 18.20 19.10 7.70 23.80 28.00 19.80 12.50 14.60 21.50 15.00 10.60 12.00 8.70 18.60 8.10 16.00 7.40 11.60 28.00 14.58 7.40

14.30 23.10 28.50 23.90 29.30 26.80 16.10 26.80 20.40 20.50 13.70 26.50 15.20 21.50 26.80 12.70 11.00 18.50 18.00 21.80 29.30 20.77 11.00

30.00 42.50 43.60 33.80 37.50 26.80 28.00 29.80 30.40 30.40 27.00 26.50 80.50 25.00 26.80 18.60 21.30 18.50 35.60 36.20

FUENTE: SENAMHI

Conclusión respecto a la información podemos ver que la precipitación máxima es de 80.5mm/día en Febrero del 2004 y 36.2 mm/día en el mes de Abril del 2011



CUADRO DE PRECIPITACIONES A PARTIR DEL 2013 MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPO – VISTA ALEGRE KM 30 -35 – JUNIN






Conclusión: Como podemos notar en lo gráficos de precipitaciones entre el 2013 y 2014, la máxima precipitaciones de la Estación Laive, es de 194.3 mm/día y de la Región de Junín es de 205.6 mm/día en el mes de Mayo del año de 2013 en Ingenio que se encuentra muy alejado del de nuestro tramo de nuestra carretera






MAPA DE PRONÓSTICOS DE PRECIPITACIONES EN LAS REGIONES DEL 2014 Imagen (4)



FUENTE : SENAMHI



DETALLE DE ZONA A TRABAJAR:




Imagen (5) 

PRECIPITACIONES DEL 2013 AL 2014 Imagen (6) Fuente 

:SENAMHI Conclusión: Con este pronóstico de lluvias en la región de Junín, nos ayudara para poder diseñar mejor las partes de la carretera. Para que el proyecto tenga una mayor durabilidad. Como vemos en la Imagen (6), la zona verde nos muestra precipitaciones superiores al 52 %, donde se encuentra nuestra Estación Laive, donde estamos extrayendo información para el diseño de nuestra carretera, seguido de eso sigue una zona blanca MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPO – VISTA ALEGRE KM 30 -35 – JUNIN



donde esta nuestro tramo de carretera que nos indica que las precipitaciones normales en 33% SEGÚN NORMA: Para el diseño del bombeo, nos basaremos respecto el Manual de Carreteras de Diseño Geométrico -2013: Según Manual de Carreteras de Diseño Geométrico -2013 CAPITULO III, Sección 304.05 Bombeo, pag. 212 De TABLA 304.03

Como nuestras precipitaciones son menores que 205.6mm/año del mes de Mayo-2013 del Pueblo Ingenio, y para nuestro tipo de superficie es pavimento asfaltico. La pendiente de nuestra Bombeo será 2%



3.01.03


INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA

Se han identificado numerosas quebradas que interceptan el trazo del tramo en estudio, sin embargo no se tiene información hidrométrica alguna que podría establecer los caudales máximos para los cálculos respectivos. Como se muestra en la imagen (7) para nuestro tramo ahí una quebrada que pasa. Y la imagen (8) se ve las características de la quebrada.




4.00 OBRAS DE DRENAJE LONGITUDINAL Las cunetas son zanjas longitudinales revestidas o sin revestir abiertas en el terreno, ubicadas a ambos lados o a un solo lado de la carretera, con el objeto de captar, conducir y evacuar adecuadamente los flujos del agua superficial. Se proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte, longitudinalmente paralela y adyacente a la calzada del camino y serán de concreto vaciadas en el sitio, prefabricados o de otro material resistente a la erosión. Serán del tipo triangular, donde el ancho es medido desde el borde de la rasante hasta la vertical que pasa por el vértice inferior. La profundidad es medida verticalmente desde el nivel del borde de la rasante al fondo o vértice de la cuneta. El encuentro de la superficie de rodadura con el talud interno de la cuneta, debe ser tal que la superficie de rodadura (concreto asfáltico, etc.) no cubra todo el espesor de pared de la cuneta, tal como se aprecia en la Imagen (9). 4.01 DIMENSIONAMIENTO La inclinación del talud interior de la cuneta (V/H) (1:Z1) dependerá, por condiciones de seguridad, de la velocidad y volumen de diseño de la carretera, Índice Medio Diario Anual IMDA (veh/día); según lo indicado en la Tabla Nº 304.12 del Manual de Diseño geométrico DG-2001. Par nuestro proyecto que tenemos un IMDA proyectado de 1505 veh/año y una velocidad de diseño de 50 km /h concluimos con lo valores resaltados

Imagen (9)

La inclinación del talud exterior de la cuneta (V/H) (1:Z 2) será de acuerdo al tipo de inclinación considerada en el talud de corte.




Para el Talud exterior, los datos lo obtenemos de la tabla 304.10 del Manual de Diseño Geomerico de Carreteras (DG-2013); relación será (1H:1V)

4.02 DIMENSIONES MÍNIMAS Las dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviales. De elegir la sección triangular, las dimensiones mínimas serán las indicadas en la Tabla Nº 34.




4.03 REVESTIMIENTO DE LAS CUNETAS: Las cunetas deben ser revestidas, para evitar la erosión de la superficie del cauce o conducto, productos de corrientes de agua que alcancen velocidades medias superiores a los límites fijados en la Tabla Nº 33; o cuando el terreno es muy permeable que permite la filtración hacia el pavimento, y consecuentemente su deterioro. El revestimiento de las cunetas puede ser de concreto, o de ser el caso de mampostería de piedra, previa verificación de velocidades de acuerdo a las pendientes finales del trazo geométrico. Se recomienda un revestimiento de concreto f´c = 175 kg/cm2 y espesor de 0.075m. La inclinación del talud interior de la cuneta (V/H) (1:Z1) dependerá, por condiciones de seguridad, de la velocidad y volumen de diseño de la carretera, Índice Medio Diario Anual IMDA (veh/día);

según lo indicado en la Tabla Nº 304.12 del Manual de Diseño

geométrico DG-2001. 4.04 DISEÑO DE OBRAS DE ARTE: Variables que debemos saber: Intensidad de lluvia (i): La intensidad es la tasa temporal de precipitación, es decir, la profundidad por unidad de tiempo (mm/h). Puede ser la intensidad instantánea o la intensidad promedio sobre la duración de la lluvia. Comúnmente se utiliza la intensidad promedio. Tiempo de concentración (tc): Es el tiempo requerido por una gota para recorrer desde el punto hidráulicamente más lejano hasta la salida de la cuenca. Tiempo de retorno (tr): Depende de la importancia de la estructura. Los períodos de retorno en obras viales y otras obras regionales, incluyendo alcantarillas, varían típicamente entre los 25 y 100 años. Es inusual usar períodos de retorno mayores a 100 años en el diseño hidráulico de obras viales. Valores de periodo de retorno de obras de drenaje (Manual de Hidrologia).




Coeficiente de escorrentía (C): -Este coeficiente depende del tipo de área urbana. -Intensidad de lluvia. -Pendiente del terreno. -Características de la superficie. Así como también realizaremos el cálculo del caudal por ecuación propuesta por Robert Manning para el diseño hidráulico de las cunetas. Se rige por dos límites: •Caudal que transita con la cuneta llena • Caudal que produce la velocidad máxima admisible




El agua que fluye a lo largo de la superficie de la plataforma, tanto de la propia carretera como de lo aportado por los taludes superiores adyacentes, debe ser encauzada y evacuada de tal forma que no se produzcan daños a la carretera ni afecte su transitabilidad. Para evitar el impacto negativo de la presencia del agua, en la estabilidad, durabilidad y transitabilidad, en esta sección se considerará los distintos tipos de obras necesarios para captar y eliminar las aguas que se acumulan en la plataforma de la carretera, las que pueden provenir de las precipitaciones pluviales y/o de los terrenos adyacentes.




Ante los ataques de erosión que podrían provocar el agua, mostramos el cuadro de velocidades máximas admisibles para tipo de material revestido de cada obra (Manual de diseño Geométrico DG Peru 2001)

La cual por las condiciones de clima de la región utilizaremos las dimensiones mínimas para cuneta tipo triangular típica. Para el diseño tendremos que calcular el caudal de aporte la cual es el caudal calculado en el área de aporte correspondiente a la longitud de cuneta. Se calcula mediante la siguiente expresión: Q

CIA 

3.6

Tiempo de Concentración (Tc) Tc = 0.3(L/J1/4)3/4 Donde: L= Longitud del cauce mayor (km) S= Pendiente promedio del cauce mayor (m/m) Para el diseño de las cuentas tenemos que calcular el tiempo de concentración Tc con su respectivo tiempo de retorno (n =10 años.). Y para obtener la intensidad máxima (i) haremos el grafio IDF calculadas según el análisis precipitación máxima 24 horas de la zona de trabajo:




4.05 DATOS HISTÓRICOS: Para el análisis de las curvas I-D-F se analizó los datos de Precipitaciones Máxima en 24 hr de la estación Carania, datos que fueron proporcionados por en SENAMHI. N°

Año

atos (mm/dia

1

1988

30

2

1989

42.5

3

1990

43.6

4

1991

33.8

5

1992

37.5

6

1993

26.8

7

1994

28

8

1995

29.8

9

1996

30.4

10

1997

30.4

11

1998

27

12

1999

26.5

13

2000

80.5

14

2001

25

15

2002

26.8

16

2003

18.6

17

2004

21.3

18

2005

18.5

19

2006

35.6

20

2007

36.2

21

2008

37.48

22

2009

36.84

23

2010

33.94

24

2011

35.48

25

2012

30.5

4.06 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS: El análisis de frecuencias tiene la finalidad de estimar precipitaciones, intensidades o caudales máximo, según sea el caso, para diferentes periodos de retorno, mediante la aplicación de modelos probabilísticos, los cuales pueden ser discretos o continuos. En la estadística existen diversas funciones de distribución de probabilidad teóricas, recomendándose utilizar: 

Método Gumbel:

La distribución de valores tipo I conocida como Distribución Gumbel o Doble Exponencial. MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA CHURUPO – VISTA ALEGRE KM 30 -35 – JUNIN



Para el análisis de frecuencias (periodo de retorno en años) se utilizó el análisis de frecuencias Gumbel debido que se ajusta los datos de gran diferencia. Los daos analizados por medio de estos métodos son precipitaciones diarias máximas a 24 horas (mm/24h). Media

Desviacion tipica

n

32.92

11.86

25

1.0915

0.5309

alfa

beta

0.09

27.15 Dist. Gumbel

T (años)

Precipitacion

Prob(Pmax<=x)

2

31.1

0.5

5

43.5

0.8

10

51.6

0.9

15

56.2

0.93

20

59.4

0.95

25

61.9

0.96

50

69.6

0.98

100

77.1

0.99

200

84.7

0.995

500

94.7

0.998

De los Datos anteriores se obtuvo: Periodo de retorno (años) Horas

Coeficente

2

5

10

15

20

25

50

100

200

500

1

0.25

7.8

10.9

12.9

14.1

14.9

15.5

17.4

19.3

21.2

23.7

2

0.31

9.7

13.5

16.0

17.4

18.4

19.2

21.6

23.9

26.3

29.3

3

0.38

11.8

16.5

19.6

21.4

22.6

23.5

26.4

29.3

32.2

36.0

4

0.44

13.7

19.1

22.7

24.7

26.1

27.2

30.6

33.9

37.3

41.7

5

0.55

17.1

23.9

28.4

30.9

32.7

34.0

38.3

42.4

46.6

52.1

6

0.56

17.4

24.3

28.9

31.5

33.3

34.7

38.9

43.2

47.4

53.0

8

0.64

19.9

27.8

33.0

36.0

38.0

39.6

44.5

49.4

54.2

60.6

10

0.73

22.7

31.7

37.7

41.0

43.4

45.2

50.8

56.3

61.8

69.1

12

0.79

24.6

34.3

40.8

44.4

46.9

48.9

54.9

60.9

66.9

74.8

14

0.83

25.8

36.1

42.8

46.7

49.3

51.4

57.7

64.0

70.3

78.6

16

0.87

27.1

37.8

44.9

48.9

51.7

53.9

60.5

67.1

73.7

82.4

18

0.9

28.0

39.1

46.4

50.6

53.5

55.7

62.6

69.4

76.2

85.2

20

0.93

29.0

40.4

48.0

52.3

55.3

57.6

64.7

71.7

78.8

88.0

22

0.97

30.2

42.1

50.1

54.5

57.6

60.1

67.5

74.8

82.2

91.8

24

1

31.1

43.5

51.6

56.2

59.4

61.9

69.6

77.1

84.7

94.7




Intensidad (mm/h) min

2

5

10

15

20

25

50

100

200

500

60

7.8

10.9

12.9

14.1

14.9

15.5

17.4

19.3

21.2

23.7

120

4.8

6.7

8.0

8.7

9.2

9.6

10.8

12.0

13.1

14.7

180

3.9

5.5

6.5

7.1

7.5

7.8

8.8

9.8

10.7

12.0

300

3.4

4.8

5.7

6.2

6.5

6.8

7.7

8.5

9.3

10.4

360

2.9

4.1

4.8

5.2

5.5

5.8

6.5

7.2

7.9

8.8

480

2.5

3.5

4.1

4.5

4.8

5.0

5.6

6.2

6.8

7.6

600

2.3

3.2

3.8

4.1

4.3

4.5

5.1

5.6

6.2

6.9

720

2.0

2.9

3.4

3.7

3.9

4.1

4.6

5.1

5.6

6.2

840

1.8

2.6

3.1

3.3

3.5

3.7

4.1

4.6

5.0

5.6

960

1.7

2.4

2.8

3.1

3.2

3.4

3.8

4.2

4.6

5.1

1080

1.6

2.2

2.6

2.8

3.0

3.1

3.5

3.9

4.2

4.7

1200

1.4

2.0

2.4

2.6

2.8

2.9

3.2

3.6

3.9

4.4

1320

1.4

1.9

2.3

2.5

2.6

2.7

3.1

3.4

3.7

4.2

1440

1.3

1.8

2.2

2.3

2.5

2.6

2.9

3.2

3.5

3.9

Curvas I-D-F: Obteniendo el grafico IDF de la zona, para el cálculo de la intensidad (mm/h).




4.07 CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO PARA CUNETA Las dimensiones de los elementos del drenaje superficial eran establecidas mediante métodos teóricos conocido de acuerdo a las características hidrológicas de la zona por donde pasa la carretera tomando en cuenta la información pluviométrica disponible. El método de estimación de los caudales asociados a un periodo de retorno depende del tamaño y naturaleza de la cuenca tributaria. Por su naturaleza, representan casos especiales la presencia de los lagos, embalse y zonas inundables que retengan o desvíen la escorrentía. Cuando las cunetas son pequeñas se considera apropiado el método de la formula racional para la determinación de los caudales. Se consideran cuencas pequeñas a aquellas en que el tiempo de concentración es igual o menos a 6 horas. El tiempo de recorrido del flujo en el sistema de cauces de una cuenca o tiempo de concentración relacionado con la intensidad media de precipitación se puede deducir por la fórmula: T = 0.3 (L/J¼) ¾ Siendo: T = Tiempo de concentración en horas. L = Longitud del cauce principal en km. J = Pendiente media. 4.07.01 CALCULO DE TIEMPO DE CONCENTRACIÓN: Datos:  

Longitud del cauce principal = 0.332 Km Pendiente media = 0.299

4.07.02 CALCULO DE INTENSIDAD: El valor hallado se busca en las curvas I-D-F para un tiempo de retorno de T r = 10 años por tratarse de cunetas y se calcula la intensidad: Intensidad = 12.4 mm/h




4.07.03 CALCULO DE CAUDAL DE APORTE PARA LAS CUNETAS: Para el Cálculo del caudal de aporte según las dimensiones de la calzada de diseño proporcionaos por el encargado de Diseño Geométrico:



CARACTERÍSTICA

VD = 50 KPH

Ancho de Calzada

3.6m

Ancho de Bermas

2m c/lado

Talud de relleno

1.5H:1V

Talud de corte

1H:1V

Cunetas triangulares. Revestidas( Diseño al Ojo)

1.05x 0.30

Por el Método Racional: Se ha provisto la construcción de cunetas longitudinales en todo el tramo del proyecto, las que serán revestidas con concreto, de forma tal de garantizar el adecuado funcionamiento; serán triangulares, con talud interior de 1:03 y Exterior Var: 1:1, de 0.75 m de ancho mínimo y a.30 m de altura (medida a partir de nivel de la subrasante)



Determinando el Coeficiente de Escorrentía: TABLA - Fuente: Manual de Diseño de Carreteras no Pavimentadas y De bajo volumen de transito Para calzada y Berma

Para Talud




El caudal de Aporte que discurra por la cuneta es el siguiente:

CUNETAS para 10 años COTAS I 3944

COTAS F 3897

Lh(m) 157

J(m/m) 0.299

L(km) 0.332

Tc(horas) 0.16

Tc*60 9.87

i(mm/h) 12.4

Para el calculo del caudalde aporte tomamos según las dimensiones de la calzada de diseño proporcionados por el encargado del Diseño Geometrico de la carretera : Ancho de calzada : 3.6m. Ancho de la berma: 2m. Talud de corte : 1:1 H:V Caudal de Aporte(Q c) Calzada Berma Talud

A1(km2)

C1

0.003 A2(km2)

0.8 C2

0.0017 A3(km2) 0.045412

i(mm/h)

n(años) 12.4

i(mm/h) 0.8

C3

10 n(años)

12.4 i(mm/h)

0.59

Q1 (m3/seg.) Q2 (m3/seg.) 10

n(años) 12.4

0.0083 0.0047 Q3 (m3/seg.)

10

0.0923

cunetas Q1 (m3/seg.) 0.0083

Q2 (m3/seg.)

Q3(m3/seg.)

Qc (m3/seg.)

Qc (l/seg.)

0.0047

0.0923

0.1052

105.2




Comprobando con el software Hcanales para comprobar su velocidad admisible de cunetas: Calculo 1: Con un Canal sin revestir en tierra o grava, n=0.027

Vemos que el canal sin revestir en tierra o grava con n= 0.027 no funciona entonces pasaremos a un canal con Revestimiento en concreto alisado con n=0.011

Por lo que verificamos que la velocidad, tirante y espejo calculado están dentro del rango de valores respecto a las dimensiones de las cunetas. Tabla de velocidades máximas (Manual de Gordon Keller- 2008):



Calculo del tirante crítico:

Y vemos que están dentro de los parámetros, entonces el diseño es aceptable  Si cumple con la norma, por lo que nuestro diseño de cuneta será:



Talud interior cuneta= 3:1 (H: V).



Talud de corte = 1:1 (H: V).



Base triangular cuneta (ancho A) = 0.75m.



Altura cuneta (profundidad D) = 0.30m.



Pendiente: 6%





4.08 CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO PARA ALCANTARILLA DE PASO Para este diseño, tomaremos los mismos valores de tiempo de concentración (tc) antes calculadas pero variando su tiempo de retorno (tr =50), utilizando los siguientes datos. 

Periodo de Retorno:

ÁREA DE LA CUENCA 1

COTAS I COTAS F Lh(m) 3973 3933 120

J(m/m) 0.33

L(km) 0.131

Tc(horas) 0.080

Tc*60 4.82


i(mm/h) 17.2



Procedemos a los cálculos del caudal por el método racional: C: Coeficiente Escorrentía –

, Arcilloso C = 0.3-0.75.  C=0.59 Quebrada

A(km2)

Hectareas

C

i(mm/h)

n(años)

0.0138

1.38

0.59

17.20

50

Q (m3/seg.) Q (m3/seg.) 0.039

38.99

Según esto, buscaremos las dimensiones para la alcantarilla de paso para estas zonas (presencia de quebradas). Como se muestra en la figura de abajo, tenemos un diametro de 30”

Pero lo mínimo según el MTC- MANUAL DE HIDROLOGIA, Cap 4.1.1.3.4 Elección del tipo de alcantarilla

a) Tipo y sección; En carreteras de alto volumen de tránsito y por necesidad de limpieza y mantenimiento de las alcantarillas, se adoptará una sección mínima circular de 0.90 m (36”) de diámetro o su equivalente de otra sección.

alcanatarilla1

Diámetro (pulg.)

Diámetro(m)

m2

36

0.91

0.66




Las pendientes longitudinales no deben ser inferiores a 0.5% y habrá de justificarse debidamente la necesidad de pendientes menores, que nunca a serán inferiores a l 0.2%.

Con el diámetro elegido para la alcantarilla procedemos a realizar los cálculos con el software H canales: 



Tipo Revestimiento: Tubo metálico corrugado, n=0.024

Largo de alcantarilla es 1.2m + 11.2m (parte de toda la calzada) y una profundidad de 1m; la cual colocaremos 2 alcantarillas a lo largo del todo el tramo de la carretera en las progresivas 2+790 y 3+020.



AREA DE CUENCA 2

Datos:





Calculo del Caudal: Quebrada

Quebrada

A(km2)

Hectareas

C

i(mm/h)

n(años)

Q (m3/seg.)

3.0400

304.00

0.59

15.50

50

7.722

A(km2)

Hectareas

C

i(mm/h)

n(años)

0.0138

1.38

0.59

12.48

10

Q (m3/seg.) Q (m3/seg.) 0.028

28.29

Según esto, buscaremos las dimensiones para la alcantarilla de paso para estas zonas (presencia de quebradas). Como se muestra en la figura de abajo, tenemos undiametro de 96 ”

alcanatarilla1

Diámetro (pulg.)

Diámetro(m)

m2

30

0.76

0.46

Revestimiento: Tubo metálico corrugo, n=0.024




Nuestros resultados cumplen con respecto la norma, para este caso le vamos a reducir el diámetro a d=1.83m, ya que esta resta una de diferencia de 1.39m y para reducir costos Análisis con HCanal:

Alcantarilla de paso con un d=72”=1.83m

Vemos que cumple con la norma así que nuestra alcantarilla de paso para el km …. Sera: 

D= 72”

n=0.024



S=2%

Material: Tubo metálico corrugado

Largo de alcantarilla es 1.2m + 12.25m (parte de toda la calzada+berma+cuneta) y una profundidad de 1m; la cual colocaremos 1 alcantarillas a lo largo del todo el tramo de la carretera en la progresiva: 34+770.00 Km. 4.09 CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO PARA ALCANTARILLA DE ALIVIO Calculo del Caudal: COTAS I 4022

COTAS F 4007

Lh(m) 118

J(m/m) 0.127

L(km) 0.130

Tc(horas) 0.10

Tc*60 5.74

i(mm/h) 12.48

Según esto, buscaremos las dimensiones para la alcantarilla de paso para estas zonas (presencia de quebradas). Como se muestra en la figura de abajo, tenemos undiametro de 96”




alcanatarilla1

Diámetro (pulg.)

Diámetro(m)

m2

96

2.44

4.67

Revestimiento: Tubo metálico corrugo, n=0.024

Nuestros resultados cumplen con respecto la norma, para este caso le vamos a reducir el diámetro a d=0.76m, ya que esta resta una de diferencia de 0.69m y para reducir costos Análisis con HCanal:

Alcantarilla de alivio con un d=0.40m, tomando el mínimo según reglamento




Vemos que cumple con la norma así que nuestra alcantarilla sus medidas serán: 

D= 0.40m



S=2%

n=0.024 Material: Tubo metálico corrugado




Figura Nº 12 , Detalle de alcantarilla de paso

4.09 DISEÑO DE ALCANTARILLAS DE ALIVIO: 

Tipo y Ubicación: El tipo de alcantarilla deberá ser elegido en cada caso teniendo en cuenta el caudal a eliminarse, la naturaleza, la pendiente del cauce y el costo en relación con la disponibilidad de los materiales. La cantidad y la ubicación serán fijadas para garantizar el drenaje, evitando la acumulación excesiva de aguas. Además, en los puntos bajos del perfil debe proyectarse una alcantarilla de alivio. Tipo Φ(m)

Numero

Material

Progresiva

Alcantarilla N° 01

TMC

0+620

Alivio

0.4

Alcantarilla N° 02

TMC

1+300

Alivio

0.4

Alcantarilla N° 03

TMC

1+960

Alivio

0.4

Alcantarilla N° 04

TMC

2+790

Paso

0.91

Alcantarilla N° 05

TMC

3+020

Paso

0.91

Alcantarilla N° 06

TMC

4+275

Alivio

0.4

Alcantarilla N° 07

TMC

4+770

Paso

1.83




Dimensiones Mínimas:



La dimensión mínima interna de las alcantarillas deberá ser la que permite su limpieza y conservación. Para el caso de las alcantarillas de alivio pueden ser aceptables diámetros no menores a 0.40 m, pero lo más común es usar un diámetro mínimo de 0.60 m. Se ha previsto la construcción de 6 alcantarillas TMC (tubería de metal corrugado) Ø 24”, con caja de recepción y cabezales de entrada y salida según corresponda. En los casos en que la topografía o el tipo de suelo lo demanden, se proveerán de sistemas de protección adicionales a los sistemas típicos. Se ha considerado ese tamaño de alcantarilla por razones de mantenimiento, y además su flexibilidad de acoplarse a una futura construcción de un sistema de drenaje pluvial integral en toda la vía. Detalle de Alcantarilla


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