Informe Hidrologico Drenaje Ayacucho

CONTENIDO

1.

Antecedentes

2.

Sistema Actual del Drenaje Pluvial en la Ciudad de Ayacucho

3.

Ubicación del Proyecto

4.

Estudio Hidrológico

5.

Información de las Cuencas de Drenaje

6.

Geomorfología de las Cuencas Principales de Drenaje

7.

Topografía

8.

Climatología

9.

Hidrología

10.

Sedimentológico

11.

Información de las Cuencas de Drenaje

12.

Descripción de las Obras

13.

Descripción de los Colectores

14.

Información y Proceso de Calculo

15.

Información Hidrometeorológica de la Zona de Estudio

16.

Información Hidrométrica en la Zona de Estudio

17.

Determinación del Caudal de Máximas Avenidas

18.

Construcción de Curvas IDF

19.

Construcción de Curvas IDF Calibrada

20.

Hidráulica

21.

Obras de Arte Complementarias

ANTECEDENTES Para el diseño del sistema de drenaje pluvial de la ciudad de Ayacucho, se han dividido en tres zonas: ZONA I: Drenaje del Cerro Picota hasta la cuneta de la Vía Libertadores, ZONA II: Drenaje del área urbano desde la carretera Vía Libertadores hasta el Jr. Libertad y ZONA III: Desde el limite del Jr. Libertad hasta el Río Alameda (denominada Centro Histórico) En cada una de estas tres zonas se han realizado investigaciones completas correspondiente al estudio hidrológico que permita la relación de precipitación en escorrentía con la determinación de las áreas de drenaje involucradas en la recepción de las aguas de lluvia (Diciembre – Marzo) y su transporte hasta puntos de recepción en los colectores de drenaje, así como sus números de curva o coeficientes de escorrentía que permitan la determinación de las tasas de infiltración. La Empresa CES – Consulting Engineers Salzgitter GMBH, entre el año 1999 – 2000, en cuyo periodo se realizo el diseño del sistema de drenaje pluvial desde la carretera Vía Libertadores hasta el Jr. Libertad, donde esta Empresa plantea los colectores Cesar Vallejo, Libertad, Huamanga, Quinua, estos colectores tenia la función de colectar las aguas pluviales de la parte alta del Centro Histórico, Con los últimos datos topográficos recogidos con el equipo de Estación Total, se tuvo dificultades de cotas habiendo contra pendientes. Por la que, en este estudio se plantea a los colector de 7 Vueltas, F. Vivanco, San Martín, Lima – Arequipa, Callao – Cusco, Bellido, Mariscal Cáceres y Manco Capac, conduzca las aguas pluviales producidas en su área tributaria total, desembocando al río Alameda y a la quebrada de Tarahuaycco, quedando anulado los colectores de Libertad y Huamanga . Los Estudios Hidrológicos realizados, por la Empresa CES – Consulting Engineers Salzgitter GmbH, entre el año 1999 – 2000, en cuyo periodo se realizo el diseño del sistema de drenaje pluvial desde la carretera Vía Libertadores hasta el Jr. Libertad. Desde esa fecha hasta la actualidad la cuenca urbana en esta zona de estudio se ha impermeabilizado con la construcción de pistas, veredas, y obviamente los números de curva y los porcentajes de impermeabilidad han aumentado, los cuales influyen en el aumento del caudal, en setiembre del año 2008, fueron actualizados estos valores hidrológicos por el Consultor Ing. Joel Oré Iwanaga, los cuales son considerados para el presente estudio. Para el presente proyecto, se realizaron los estudios correspondientes de Hidrología e Hidráulica. A través de la Hidrología fue posible determinar el hidrograma de máximas avenidas para el periodo de retorno de 50 años, mediante el procedimiento de Transformación Precipitación – Escorrentía, para lo cual en primer termino es necesario generar el hietograma de precipitación total de diseño, obtenido teniendo en cuenta los antecedentes de lluvias registradas en la estación Huamanga, así mismo se ha realizado la asignación del numero de curva para la cuenca de interés hasta los puntos de aforo, donde se ubica la estructura de retención de sólidos.

Sistema actual del drenaje pluvial en la Ciudad de Ayacucho La ciudad de Ayacucho es atravesada de sur-oeste a nor-este por el Río Alameda, y recibe en la margen izquierda el aporte de las cuencas de las quebradas de Accopampa, Río Seco, Yanaccacca y Accohuayco, a través de estos colectores naturales se evacuan las aguas de lluvias y se controlan parcialmente las inundaciones en la ciudad. La quebrada de Yanaccacca se encuentra a la fecha parcialmente encauzadas o canalizada por medio de muros de concreto, formando canales abiertos que entregan las aguas de lluvias al Río Alameda. Sin embargo, este colector no satisfacen los requerimientos del drenaje de la ciudad por dos razones fundamentales: el primero por la falta de colectores y el segundo porque los colectores existentes no cumplen su función por falta de obras complementarias que orienten las aguas hacia las quebradas colectores. La carretera Vía Libertadores ubicada en las laderas del Cerro La Picota se comporta como una zanja de coronación de la ciudad, motivo por el cual ha disminuido el ingreso de las aguas de lluvias y sedimentos hacia la ciudad. Antes de la construcción de la carretera Vía Libertadores el aporte de la cuenca de la Quebrada Seca ingresaba a través del Jr. San Martín al centro de la ciudad, esta quebrada ha sido interrumpida por la carretera y las aguas de lluvias se dirige hacia la cuenca del colector Yanaccacca por las cunetas de esta vía, mientras que la escorrentía pluvial de la cuenca aguas abajo de la carretera continúan ingresando por el Jr. San Martín al centro de la ciudad, dejando en su recorrido sedimentos que son arrastrados por las aguas. La Quebrada de Yanaccacca es el colector de drenaje más importante de la ciudad de Ayacucho, en la actualidad se encuentra encauzado con muros de concreto en un 50% de su longitud, sin embargo no cumple con drenar el área de influencia por la falta de sumideros o los existentes no tienen la capacidad suficiente para evacuar la demanda de la escorrentía pluvial. Quebrada Totorilla, es un colector natural que está obstruida por la construcción de casas sobre el cauce de esta quebrada, la longitud de este colector es corta, pero drena un área importante de la parte baja de la ciudad. Las cunetas pluviales y los sumideros ubicados en la ciudad no funcionan principalmente por falta de mantenimiento, siendo los más afectados los sumideros que entregan al colector Yanaccacca y es notorio la falta de capacidad para evacuar las aguas que llegan a este colector.

Ubicación del área de estudio El área de estudio está ubicada en la margen izquierda del río Alameda en el área urbana de la ciudad de Ayacucho sobre la cual han de quedar emplazadas las diversas obras de Drenaje pluvial. Las obras del Sistema de drenaje pluvial consisten básicamente en canales cubiertos de capacidad variada o también llamados “colectores” que permiten la conducción de las aguas de escorrentía; producto de las precipitaciones pluviales sobre la ciudad de Ayacucho, a sitios de drenaje o cursos naturales adecuados y claramente definidos. El transporte de caudal en dichos “colectores” no se efectúa en forma líquida exclusivamente, sino también existe un determinado caudal sólido; que a veces puede llegar a ser importante si es que existe un ingreso inusitado de materiales en arrastre y suspensión provenientes de laderas o cursos de agua naturales hacía dichas estructuras. El área que abarca el emplazamiento de los “colectores” y cursos naturales tiene la siguiente ubicación política: Lugar:

Área urbana de Ayacucho

Distrito:

Ayacucho

Provincia:

Huamanga

Departamento:

Ayacucho

Región:

Libertadores Wari

y presenta la siguiente ubicación planialtimétrica : Coordenada Norte:

De 8’544,000 m a 8’548,000 m.

Coordenada Este:

De 581,800 m a 585,800 m.

Altitud:

2.740,000 m.s.n.m.

ESTUDIO HIDROLÓGICO. Introducción. El estudio Hidrológico es considerando para la escorrentía superficial generada en épocas de lluvia (Diciembre a Marzo) y el consiguiente problema generado por el excesivo transporte de volumen de agua y sedimentos. Para ello fue necesario realizar un estudio hidrológico que permita determinar los caudales de máximas avenidas para un periodo de retorno determinado, a partir de los cuales se han diseñado las

estructuras de drenaje pluvial que permitan el transporte de la escorrentía a través de colectores hacia el Río Alameda, altura del Puente Nuevo. Para realizar este trabajo se dispone de datos de precipitación a nivel pluviométrico y pluviográfico de la Estación Huamanga, ubicada en los Módulos de la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga. Estos datos de precipitación permitirá en primer lugar generar el Hietograma de precipitación total de diseño para un determinado periodo de retorno, siguiendo una primera metodología, considerando las ecuaciones del IILA – SENAMHI – UNI y el método de bloques alternos para una determinación del Hietograma de precipitación total para una duración de la lluvia, teniendo en cuenta los antecedentes de lluvias de la estación Huamanga. Una segunda metodología considerando el hietograma sintético del SCS tipo I, contando con una serie histórica de precipitación máxima de 24 horas de un periodo de 30 años de la Estación Huamanga, la misma que ajustada a una distribución probabilística tipo Gumbel, permita la obtención de la precipitación máxima de 24 horas de diseño para un determinado periodo de retorno y junto con le hietograma sintético del SCS tipo I, nos permita la determinación del hietograma de precipitación total de diseño. Así mismo contando con las bandas pluviográficas obtenidas en el periodo Diciembre – Abril del año 2007, del pluviógrafo tipo Hellman Fuess de sistema de relojería semanal, instalado en la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, se podrá realizar simulaciones reales para diferentes condiciones de carga a presentarse en el periodo de Diciembre a Abril, que permitan obtener la variación de tirantes en los colectores de drenaje propuestos en la parte oeste de la ciudad de Ayacucho. Para la obtención de los hietogramas de precipitación de exceso, se utilizaron el método del número de curva que permita determinar las tasas de infiltración contando para ello con la variación espacial obtenida a partir de una fotografía aérea, a partir del cual se realizó un mejor acercamiento de los distintos tipos de terreno que existen en la cuenca de los colectores. Contando con los hietogramas de precipitación de exceso, se determina el hidrograma unitario mediante la metodología del SCS, y finalmente a partir de un proceso de convolución directa, determinar los hidrogramas de máximas avenidas para el periodo de retorno de diseño que permita diseñar las estructuras hidráulicas para un correcto drenaje pluvial.

Información de las cuencas de drenaje.

El área de estudio, luego de realizar un planeamiento integral de la zona oeste de la ciudad de Ayacucho, en lo que respecta al comportamiento de las precipitaciones pluviales presentadas en los meses de Diciembre a Marzo, se ha previsto dividir la cuenca de drenaje en tres zonas: ZONA I:

Permitirá controlar de erosión en cada una de las quebradas que se encuentran en la parte oeste de la ciudad de Ayacucho, específicamente en el Cerro La Picota y con incidencia directa hacia la ciudad de Ayacucho, considerando como limite los puntos de aforo ubicados en la carretera Vía Libertadores, se han registrado las siguientes quebradas potenciales con transporte de sedimentos:

-

Quebrada prolongación Puca Puca.

-

Quebrada prolongación San Martín.

-

Quebrada prolongación Canal Aguas Servidas.

-

Quebrada prolongación Canal Aguas Servidas Basilio Auqui.

-

Quebrada prolongación La Picota.

-

Quebrada prolongación Perú.

Las cuencas de drenaje de cada una de las quebradas mencionadas anteriormente, se han subdividido en subcuencas de drenaje, considerando como puntos de aforo la ubicación de estructuras existentes, que necesitan reconstrucción, así como ubicación de estructuras nuevas. Cada una de estas quebradas cuentan con diques de retención de sedimentos, habiendo colapsado todas estas en cada una de las quebradas, es decir en la actualidad existe una nueva conformación del perfil del terreno, generado por cada una de estas estructuras de retención de sedimentos como se muestra en las fotografías del anexo de la presente investigación. Cabe mencionar que es necesario se actué cada año realizando una limpieza de los sedimentos colmatados, aguas arriba de las estructuras de retención de sedimentos, para que tenga un normal funcionamiento, de lo contrario cada año se cuenta con el problema de transporte de sedimentos, producto de los desmontes existentes en las quebradas de esta zona y con la escorrentía pluvial es transportado hacia aguas abajo por la cuneta de la carretera Vía Libertadores al canal Yanaqaqa, generando puntos críticos de sedimentación como es en el caso del puente Maravillas. En el anexo se muestra lo planos correspondientes a cartografía, topología y fisiografía de cada una de las cuencas de drenaje que circundan las quebradas mencionadas líneas arriba hasta el punto de aforo ubicada en la carretera Vía Libertadores. ZONA II:

Esta zona comprende desde la Carretera Vía Libertadores hasta la calle Jr. Libertad, teniendo como limites los canales de evacuación pluvial Río Seco y Yanaccacca, y otros que se encuentran fuera de estos limites, como a continuación se describen:

-

Colector Yanaccacca.

-

Colector Cesar Vallejo.

-

Colector Quinua.

-

Colector UNSCH.

De estos colectores mencionados, se encuentran ejecutados de la siguiente manera: Colector Yanaccacca (80%), Colector Cesar Vallejo (0%), Colector Quinua (0%), Colector UNSCH (30%), Colector Puracuti (actualmente en ejecución). Al final del presente estudio, se presenta los planos correspondientes a Hidrología actualizados correspondientes a cartografía, topología y fisiografía, los mismos que han variado desde el año 2000, fecha en que fue desarrollado el estudio de estos colectores por la Empresa CES Consulting Engineers Salzgitter GmbH. ZONA III: Esta zona corresponde al Centro Histórico de la ciudad de Ayacucho, la misma que tiene como límites la Quebrada Río Seco, jirón Libertad, el Colector Quinua, cuyas calles discurren un porcentaje hacia el canal Yanaccacca y el restante al Río Alameda. Esta zona se divide en los siguientes colectores:

-

Colector 7 Vueltas.

-

Colector Jr. F. Vivanco.

-

Colector Jr. San Martín.

-

Colector Jr. Lima - Arequipa.

-

Colector Jr. Callao y Cuzco

-

Colector Jr. Bellico

-

Colector Jr. Mariscal Cáceres.

-

Colector Jr. Manco Cápac.

En primer término se ha realizado un planeamiento integral, se ha delimitado las áreas tributarias de la cuenca para cada colector, se ubicaron las estructuras de retención de sólidos en cada colector, las rejillas transversales y las estructuras de entrega o camaras de disipador de energía. Así mismo en el anexo del presente estudio se adjunta los planos correspondientes a cartografía, topología y fisiografía de cada una de las cuencas de drenaje descritas anteriormente. Geomorfología de las cuencas principal de drenaje. ZONA I. La zona I, se ha analizado ampliamente en lo que respecta a las características principales de cada una de las quebradas que forman parte de esta zona, habiendo considerado la subdivisión de subcuencas de drenaje, teniendo en cuenta los puntos de aforo donde se ubican las estructuras de retención de sedimentos, este estudio fue presentado por el Ing. Joel Oré Iwanaga, cuyo resumen se muestra a continuación: -

Quebrada prolongación Puca Puca

-

Quebrada prolongación San Martín.

-

Quebrada prolongación Canal Aguas Servidas.

-

Quebrada prolongación Canal Aguas Servidas Basilio Auqui.

-

Quebrada prolongación La Picota.

-

Quebrada prolongación Perú.

Cada una de estas cuencas de drenaje, hasta sus puntos de aforo finales ubicados en la carretera Vía Libertadores cuenta con datos de tiempo de concentración, números de curva, longitud, áreas de evacuación de flujo superficial, porcentajes de áreas adyacentes a la quebrada para su respectivo transito de caudales. ZONA II. Esta zona ha sido analizada teniendo en cuenta, el trabajo realizado por la Empresa CES Consulting Engineers Salzgitter GmbH, el año 2000, los mismos que luego de realizar un planeamiento amplio con datos reales de campo, se han presentado dificultades existiendo contrapendientes en los perfiles topográficos, esto especialmente en el colector Libertad y colector Huamanga, por la que se proyecta que cada colector es independiente con su área tributaria, en donde el recorrido de estos colectores sea de

oeste a este, aprovechando la mayor pendiente, esto hace que las velocidades sean mayores, mayor fuerza tractiva o de arrastre. En el presente estudio se ha determinado las áreas de drenaje, los parámetros de diseño.

ZONA III. Esta zona corresponde, al Centro Histórico de la ciudad de Ayacucho, en la cual luego de un planeamiento amplio, se ubicaron las estructuras de retención de sólidos, las rejillas transversales, los disipadores de energía, en esta zona también se ha considerado los canales laterales, que hacen entrega a los colectores adyacentes, estos canales laterales se proyectan en los jirones Libertad, Grau y Gracilazo, 28 de julio y 9 de Diciembre, 2 de Mayo y Asamblea, tres Mascaras y jirón Sol, tal como se muestra en el Plano General: Zonas de Drenaje y Estacion de Huamanga PG-01. En cada uno de estos colectores se ha determinado las áreas de drenaje, coeficientes de escorrentía, tiempo de concentración, como se muestra en el anexo correspondiente. Topografía Se cuenta con planos topográficos a curvas de nivel, de toda la ciudad de Ayacucho. El presente documento nos permitió conocer el área de estudio y poder delimitar nuestra cuenca urbana para subdividirlas en subcuencas, así mismo nos facilita en la determinación del sentido de flujo de las aguas de lluvia que discurren en las calles para concentrarlas y captarlas. Además se cuentan con fotografías aéreas y planos catastrales a escala 1/25,000.

Climatología Los datos climatológicos referentes principalmente a los datos de precipitaciones y temperaturas de la cuenca urbana en interés, fueron obtenidos de la estación meteorológica ubicada en la Pampa del arcoUNSCH, ubicada en el interior del campo universitario de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga. Se tomo la estación UNSCH considerándose que es la más representativa para la cuenca en estudio, además es la única estación que cuenta con un buen periodo de registro de precipitaciones máximas de 24 horas (1971 al 2002). Esta información fue muy importante para realizar el estudio hidrológico de la cuenca urbana y estimar las relaciones que existen entre la precipitación y la escorrentía. Los datos de temperatura promedio para la zona de estudio es del orden de 17° C y una precipitación promedio multianual de 555 mm, que se tiene a disposición, proporcionada por el Proyecto especial Río Cachi. Hidrología Los datos de hidrología referente a los registros de caudales. En la cuenca en estudio no se cuenta con una estación de aforo que registre los caudales en el punto de salida de la cuenca, las aguas pluviales que discurren por las calles. Las precipitaciones pluviales en esta cuenca es variable con respecto al

tiempo y al espacio, por lo que los hidrogramas de caudales en el punto de salida de la cuenca es muy intermitente durante el año. Sedimentológico Los sedimentos pluviales se originan en la erosión de la cuenca. La erosión es un proceso natural que se desarrolla continuamente desde los tiempos geológicos y que determina y modela la forma de la corteza terrestre. El suelo de la cuenca, esta sujeto a la perdida violenta del suelo por la escorrentía pluvial, en las calles no pavimentadas se encuentran remociones y perdidas del suelo superficial en pequeños canales, cárcavas, ocasionados por el agua, a la que se le llama erosión en surcos; también se produce la erosión laminar, que es la remoción, por efecto de la lluvia o del escurrimiento de las aguas, de una capa mas o menos uniforme del suelo superficial. Entre los factores que determinan la erosión laminar están la precipitación, las características de erosionabilidad de los suelos, las características del terreno (pendiente, longitud de recorrido de las aguas pluviales), la ausencia de la vegetación y las medidas de control que pudieran haberse tomado. Otro factor que origina la producción del sedimento, es la acción humana, el crecimiento de la urbanización y las construcciones. Con referencia a datos del aspecto sedimentológico, no se cuentan con ninguna información del caudal sólido que arrastra las aguas pluviales en la cuenca urbana para tener criterios de diseño se ha recurrido a la ayuda de los planos topográficos, planos geotécnicos de la clasificación de rocas y suelos, planos geológicos (información recopilada de los estudios de Mapas de peligro de la ciudad de Ayacucho)

Información de las cuencas de drenaje.

El colector del presente estudio, esta en la zona corresponde al Centro Histórico de la ciudad de Ayacucho, que conducirá las aguas pluviales dentro de su área tributaria de oeste a este, de la misma que tiene como límites, a la derecha o sur el colector Siete Vueltas, izquierda o norte el colector San Martín, en la parte alta u oeste viene enmarcado con las áreas tributarias del colector San Martín y al este la cota mas baja con el Río Alameda, al cual desembocará las aguas pluviales. Así mismo en el anexo del presente estudio se adjunta los planos correspondientes a cartografía, topología y fisiografía de la cuenca del colector F. Vivanco.

DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS

ZONA I La topografía fue desarrollada por la Oficina de Desarrollo Urbano y Rural de la Municipalidad Provincial de Huamanga. Teniendo en cuenta que la Zona I, es el lugar desde donde se inicia el arrastre de sedimentos, conviene interrumpir el traslado de estos hacia aguas abajo, a partir de la instalación de diques de retención de sedimentos, considerando para ello la ubicación a partir de la visita insitu de cada una de las 06 quebradas existentes en el Cerro La Picota: - Quebrada Puca Puca: 02 diques de retención de sedimentos. - Quebrada Prolongación San Martin: 07 diques de retención de sedimentos. - Quebrada Perú: 04 diques de retención de sedimentos. - Quebrada Aguas Servidas: 02 diques de retención de sedimentos. - Quebrada Basilio Auqui: 03 diques de retención de sedimentos. - Quebrada Picota: 09 diques de retención de sedimentos. La distribución de los diques de retención de sedimentos, se muestran en los planos QPP-15, QSM16, PER-17, AGS-18, BAU-19 y PIC-20, teniendo en cuenta la visita insitu y la ubicación según consideraciones técnicas correspondientes a arrastre de sedimentos realizada por el Consultor del estudio. Se han previsto diseñar los diques de retención de sedimentos mediante gaviones, los mismos que tienen un 30% de permeabilidad, permitiendo el paso de agua y dejando colmatar en el tiempo los sedimentos aguas arriba en una altura de 1.50 m como se muestra en los planos correspondientes. Así mismo por recomendaciones de diseño de la Empresa Maccaferri, se considera empotrar los diques de retención de sedimentos 1 m a cada lado de la Quebrada para estabilidad, así como de acuerdo a los caudales obtenidos en la etapa hidrológica es suficiente considerar una profundidad de sedimentación de 1 m y aguas abajo de cada una estas estructuras de retención de sedimentos colocar un emboquillado con piedras de diámetro igual a 0.50 m en una longitud de 2.00 m. Para el diseño del vertedero frontal Cipolletti se utilizará la siguiente ecuación: Q  1.861bh 3 / 2

(III-1)

Donde: Q: Caudal (m3/s) b: Ancho de la cresta del vertedero (m) h: Altura de agua sobre la cresta del vertedero (m) La determinación de cada una de las alturas de carga hidráulica sobre el vertedero Cipoletti, de cada una de las estructuras de retención de sedimentos, se muestran en la Tabla Nº III-1. TABLA Nº III-1 CARGA HIDRAULICA SOBRE EL VERTEDERO CIPOLETTI – ESTRUCTURAS DE RETENCION DE SEDIMENTOS. Denominación QPP5 QPP6

Quebrada Puca Puca Q (m3/s) b (m) 0.80 4.86 0.80 4.86

h (m) 0.20 0.20

Denominación QSM3 QSM4 QSM5 QSM6 QSM7 QSM8 QSM9

Quebrada Prolongación San Martin Q (m3/s) b (m) 0.90 4.86 0.90 4.86 1.00 4.86 1.00 4.86 1.40 2.54 1.40 4.86 1.70 4.86

h (m) 0.22 0.22 0.23 0.23 0.44 0.29 0.33

Denominación PER1 PER2 PER3 PER4

Quebrada Perú Q (m3/s) b (m) 0.30 4.86 0.70 4.86 0.80 4.86 0.80 4.86

h (m) 0.10 0.18 0.20 0.20

Denominación AGS1 AGS6

Quebrada Aguas Servidas Q (m3/s) b (m) 0.04 4.86 0.10 4.86

h (m) 0.03 0.05

Denominación BAU1 BAU2 BAU3

Quebrada Basilio Auqui Q (m3/s) b (m) 0.40 4.86 0.50 4.86 0.50 4.86

h (m) 0.13 0.15 0.15

Denominación

Quebrada Picota Q (m3/s) b (m)

h (m)

PIC1 PIC2 PIC3 PIC4 PIC5 PIC6 PIC7 PIC8 PIC10

1.30 1.40 1.50 1.90 2.10 2.70 2.70 2.80 2.90

3.78 4.86 4.86 4.20 4.86 4.86 4.86 4.20 4.86

0.32 0.29 0.30 0.39 0.38 0.45 0.45 0.50 0.47

Como se puede observar en la Tabla III-1, la carga hidráulica sobre el vertedero Cipoletti, esta contenida dentro de los 0.50 m, en cada una de las estructuras de retención de sedimentos de cada una de las quebradas. Con respecto al transporte de sedimentos, se pudo notar de la visita insitu realizada a la zona de estudio que existen como máximo partículas de 1.00 m, cuyo esfuerzo de corte critico de iniciación de movimiento corresponde a 980 N/m2, y teniendo en cuenta los caudales generados como se muestra en los resultados a nivel de Hidrología, generan velocidades que ocasionan esfuerzos de corte de 495 N/m2, entonces se concluye que eventualmente pueden ser transportados partículas de hasta 50 cm para el periodo de retorno de diseño considerado. Así mismo, para la determinación de sedimentos de esta zona, se utilizara la ecuación universal de perdida de suelo USLE, descrita a continuación: L = R.K.LS.C.P

(III-2)

Donde: R: Factor de precipitación. K: Factor de erodabilidad del suelo. LS: Relación gradiente, longitud pendiente. C: Factor de índice de cubierta. P: Factor de práctica de control de erosión:

- Factor de precipitación R: Es el producto de la máxima intensidad para 30 minutos por la energía de precipitación E que es evaluada en cada intervalo de tiempo usando la intensidad de precipitación en cada intervalo de tiempo. El factor de precipitación R es evaluado por: R = E.RAINIT E = [9.16+3.31log (RNINHR)].RNINHR.DELT Donde:

(III-3) (III-4)

RAINIT: Intensidad de precipitación máxima promedio para 30 minutos en plg/hr. RNINHR: Intensidad de precipitación en el intervalo de tiempo, plg/hr. DELT: Intervalo de tiempo, hr.

- Factor de erodabilidad del suelo K: El factor de erodabilidad del suelo K es una medida del potencial de erodabilidad de un suelo y tiene unidades de toneladas por unidad de factor de precipitación R.

- Relación gradiente, longitud pendiente LS: Este parámetro es una función empírica de la longitud de escorrentía y pendiente y esta dado por:

LS = ERLEN0.5.(0.0076+0.53WSLOPE+7.6WSLOPE2)

(III-5)

Donde: LS: Relación de gradiente, longitud pendiente. ERLEN: Longitud en pies desde el punto de origen de flujo superficial hasta el punto donde la escorrentía ingresa a un sumidero. WSLOPE: Pendiente promedio sobre la longitud de escorrentía dada (ft/ft) - Factor de manejo de cultivo C: Este factor es dependiente del tipo de cubierta del terreno, la practica de manejo general y la condición del suelo sobre el área de interés.

- Factor de práctica de control P: Este es similar al factor C, excepto que P relaciona para la efectividad control – erosión de prácticas impuestas tales como terraceo, curvas de nivel. Compactación.

En la Tabla III-2, se muestra la perdida de suelo para cada una de las quebradas, cuyos punto de aforo se encuentran en la carretera Vía Libertadores . TABLA Nº III-2 PERDIDA DE SUELO ANUAL PROMEDIO POR UNIDAD DE AREA.

R 31.63

K 0.48

QUEBRADA PUCA PUCA LS C P L (ton/acre/año) 25.50 0.35 0.90 121.95 QUEBRADA PROLONGACION SAN MARTIN

L (ton/año) 3186.19

R 31.63

K 0.48

R 31.63

K 0.48

R 31.63

K 0.48

R 31.63

K 0.48

R 31.63

K 0.48

LS 44.54

C P L (ton/acre/año) 0.35 0.90 213.01 QUEBRADA PERU LS C P L (ton/acre/año) 88.72 0.35 0.90 424.30 QUEBRADA AGUAS SERVIDAS LS C P L (ton/acre/año) 27.23 0.35 0.90 130.23 QUEBRADA BASILIO AUQUI LS C P L (ton/acre/año) 103.83 0.35 0.90 496.56 QUEBRADA PICOTA LS C P L (ton/acre/año) 27.47 0.35 0.90 131.37

L (ton/año) 10215.96 L (ton/año) 13518.20 L (ton/año) 812.90 L (ton/año) 12420.46 L (ton/año) 9738.72

El valor correspondiente a la intensidad máxima para 30 minutos fue obtenido a partir del Cuadro Nº 49, siendo igual a 62.56 mm/hr = 2.46 plg/hr. Así mismo los valores de la longitud (ft) y pendiente (ft/ft), para cada una de las quebradas fueron obtenidos a partir de los Cuadros Nº 02, 04, 06, 08 10 y 12 y los valores de los coeficientes C y P obtenidos a partir de las Tablas 15.5 y 15.7 del libro Engineering Hydrology Principles and Practices – Victor Miguel Ponce. Las áreas (acres) de cada uno de las Quebradas, teniendo como puntos de aforo la carretera Vía Libertadores, fueron obtenidas de los Cuadros Nº 01, 03, 05, 07, 09 y 11. Los valores de las pérdidas de suelo en cada una de las Quebradas se muestran como un valor promedio en tons/año y se observa en la Tabla III-2, que la mayor producción de sedimentos se debe a la mayor pendiente que presenta cada una de las Quebradas en estudio. ZONA II Para el diseño hidráulico de la Zona II, teniendo en cuenta los hidrogramas de máximas avenidas determinadas en la etapa hidrológica se procede a diseñar cada una los colectores de evacuación pluvial. El sistema de colectores de drenaje está constituido por canales de conducción abiertos y cerrados distribuidos en el área urbana de la Ciudad de Ayacucho, los que han sido dominados como colectores de drenaje pluvial. El Sistema de Colectores de Drenaje Pluvial están constituidos por los siguientes colectores: Colector Cesar vallejo Colector Yanaccacca Colector Quinua Colector UNSCH DESCRIPCIÓN DE LOS COLECTORES

Colector Cesar Vallejo Comienza En la esquina del jirón 7 de Abril y jirón Condorcunca, en el pueblo Joven de Belén, donde se proyecta una estructura de retención de sólidos del Tipo B2, recorre el jirón Condorcunca hasta el km 0+130, luego baja por el jirón Guaman Poma de Ayala hasta la intersección con el jirón Cesar Vallejo km. 0+220, luego recorre este ultimo jirón hasta la intersección con la Av. Quinuapata km. 0+330, sigue el pasaje Sr. De los Milagros, Av. Perú, Jr. Luís Carranza, Tupac Amaru, Calle N° 11 (altura de la losa deportiva de Puca Cruz), para luego hacer entrega a la quebrada Pilacucho. Las obras de arte que se proyectan son: estructuras de retencion de solidos del tipo B2 en el km 0+000, del tipo C en el km 0+135, del tipo B1 en el km 0+220 jr. Cesar Vallejo, del tipo B4 en el km 0+332 Av. Quinuapata, disipadores de energia del tipo A en el km 0+480, del tipo C en el km 0+607 y al final del colector se proyecta un disipador de energia para hacer entrega a la quebrada Piladucho. El colector Cesar Vallejo esta constituido por un conducto de concreto armado, este colector se ejecutará con ductos de inspección cada 100 m., donde se presentan interferencias con obras subterráneas de saneamiento, estos deben ser reubicados durante la construcción del colector, al igual que los otros colectores los marcos de sección rectangular serán construidos por paños de 9 m de longitud, separados por tapajuntas de jebe de 6”.La longitud total del Colector es de 652 mt. Colector Yanaccacca En la actualidad el colector Yanaccacca drena un área importante de la ciudad de Ayacucho, y tiene cinco colectores interceptores que deriva principalmente hacia el colector Yanaccacca, las aguas de lluvias de las cuencas de los Jirones Callao, Bellido, Mariscal Caceres, Manco Cápac y Colector Quinua. Este Colector es un cauce natural, también se ha indicado que se encuentra revestido en un 50 % de su longitud en los tramos desde la Vía Libertadores hasta la Avenida Libertad y desde el jirón Garcilazo de la Vega hasta la avenida Independencia, el primer tramo tiene sección trapecial y está revestido de concreto ciclópeo y el segundo tramo tiene sección rectangular de concreto armado. El caudal de diseño en la sección de la Vía Libertadores es de 6,63 m3/s y para el último tramo es de 21,54 m3/s. El colector Yanaccacca capta las aguas de las cuencas que se encuentran aguas arriba de la carretera Vía Libertadores y la evacuación de las aguas es a través de la quebrada que cruza la ciudad entre las viviendas hasta el Río Alameda, es un colector muy importante con un recorrido de 3 Km, de los cuales

están revestidos dos tramos, el primero desde la carretera Vía Libertadores hasta el Jr. Libertad y el otro desde el Jr. Garcilazo de la Vega hasta el Jr. Quinua, los tramos revestidos suman una longitud de 1.420 m. El primer tramo es de sección trapecial revestida con mampostería de piedra y el segundo tramo es de sección rectangular de concreto armado. El canal del colector es de sección rectangular constante de 2.50 m de base y de 2 de altura, las pendientes son bajas y en consecuencia también las velocidades, razón por la cual no requiere de protección del solado con enchape de piedra, la longitud total del proyecto es de 1105 m. Se han proyectado estructuras especiales de captación en los cruces del colector con las calles más importantes para la entrega de las aguas pluviales al colector de Yanaccacca.

Colector Quinua Comienza en prolongación Manco Cápac, intersección con el Jr. Sucre, recorre por la urb. Emadi y toma la dirección del Jr. Quinua hasta entregar las aguas al Colector Yanaccacca, inicia captando las aguas de la parte alta del jirón Manco Cápac, en el trayecto capta las aguas de los Jirones Libertad, Garcilazo de la Vega y 9 de diciembre, siendo el aporte del Jr. Libertad muy importante en comparación con los demás. El colector Quinua esta constituido por un conducto de concreto armado y obras de captación en los jirones indicadas en el párrafo anterior, este colector se ejecutará con ductos de inspección cada 100 m. En los donde se presentan interferencias con obras subterráneas

de saneamiento, estos deben ser

reubicados durante la construcción del colector. La entrega es una caída libre al colector sin poza disipadora, y al igual que los otros colectores los marcos de sección rectangular serán construidos por paños de 9 m de longitud, separados por tapajuntas de jebe de 6”.La longitud total del Colector es de 615 mt. Colector UNSCH En el Estudio de Factibilidad el tramo inicial del Colector Puracuti (500 m) formaba parte del colector UNSCH, pero por la construcción del colector Puracuti hemos introducido una variante que comienza en la Av. 26 de enero, cruza la Av. Independencia y empalma con el colector construido por la UNSCH en sus terrenos. La longitud total es 1.030 m, de los cuales el último tramo de 450 m, sólo está excavado.

El primer tramo del colector que se encuentra ubicada en las calles de la ciudad es un conducto cerrado y el último tramo ubicado en los terrenos de la universidad es un canal abierto. Ambas obras son de concreto armado. Se estima que este aporte será del orden del 30%, con esta consideración el caudal de diseño para este Colector UNSCH varían de 1,70 m3/s hasta 7,65 m3/s.

ZONA III En esta zona los colectores son de sección cerrada, están ubicadas en las calles de la ciudad donde no existen lechos de quebradas, la característica principal es que tiene una sección de 0.60m de base y alturas que varia de 1.10m hasta 1.50m, esto en los colectores principales, con tapas movibles (tipo cocodrilo) para permitir la conservación y el mantenimiento de las mismas. Los colectores tanto para los abiertas y cerradas de concreto f’c=210 kg/cm2 armado y serán construidos por paños de 9 m de longitud separados por tapajuntas de jebe de 6 pulgadas. En los colectores de fuerte pendiente, como son de los colectores de 7 vueltas, San Martín, Lima, Callao, Bellido, Mariscal y Manco Cápac, se ha previsto proteger el piso o solera del canal con enchape de piedra de 20 cm, así como en las estructuras de entrega como se indican en los planos. Los caudales de diseño de las conducciones de los colectores es variable para cada colector. El trazo de los colectores se desarrolla siguiendo las líneas de gradiente del terreno de las calles, los colectores de sección abierta siguen en general las quebradas existentes y los colectores cubiertos se encuentran en las calles, así mismo el proyecto contempla obras de captación, entregas y obras de arte en general. El Sistema de Colectores de Drenaje Pluvial están constituidos por los siguientes colectores: Colector 7 Vueltas Colector San Martín Colector Lima - Arequipa Colector Callao - Cusco Colector Bellido Colector Mariscal Cáceres Colector Manco Cápac

DESCRIPCIÓN DE LOS COLECTORES Colector 7 Vueltas Comienza en el jiron Libertad, se proyecta dos estructuras de retención de sólidos, uno en la esquina de Libertad con calle Nueva y la otra Libertad con jirón Chorro, recorriendo los jirones chorro, 28 de julio, Calle Itana, jirón 2 de Mayo hasta Tambo Chico, 7 Vueltas para luego desembocar al río Alameda, en este colector se considera cajas de inspección con tapas movibles cada 100 metros, se consideran rejillas transversales en los jirones Grau, 28 de Julio, 2 de Mayo, un disipador de energía tipo- A, y una estructura de entrega o disipador de energía. La longitud principal del colector 7 vueltas es de 1,074 metros lineales, la sección del canal es rectangular de concreto armado, la rasante del canal es emboquillado. Colector Jirón San Martín Comienza en la esquina del jirón San Martín con la avenida Quinuapata, se proyecta dos estructuras de retención de sólidos, uno en la avenida Quinuapata y la otra en el mismo jirón San Martín, recorriendo el jiron San Martin, hasta desembocar al río Alameda, en este colector se considera un disipador de energia tipo-B, una estructura de entrega o disipador de energia, rejillas transversales en las esquinas con los jirones libertad, Grau, 28 de Julio, 2 de Mayo, tres Mascaras, el canal es de sección rectangular de 0.80m de base por 1.50m de altura, de concreto armado, la rasante del canal es emboquillado, con tapas de concreto armado movibles (tipo cocodrilo), La longitud es de 1,117 metros lineales. Colector Jirón Lima - Arequipa Comienza en la esquina del jirón José Olaya con Morro de Arica, se proyecta dos estructuras de retención de sólidos, uno en el jirón José Olaya y la otra en la calle Morro de Arica, recorriendo el pasaje los Valientes, jirón Lima, portal Constitución, jirón Arequipa, hasta desembocar a la quebrada Tarahuaycco y de esta al río Alameda, en este colector se considera, una estructura de retención de sólidos tipo C3 en la intersección con pasaje los Valientes y Jirón Lima, un disipador de energía tipo-B, ubicado en la esquina con el jirón Sol, una estructura de entrega o disipador de energía, rejillas transversales en las esquinas con los jirones libertad, Gracilazo de la Vega, 28 de Julio, 2 de Mayo, tres Mascaras y en jirón Sol, el canal es de sección rectangular de 0.60m de base por 1.40m de altura hasta el km 1+066 y 0.80m de base por 1.40m de altura hasta el km 1+240, canal de concreto armado, la rasante del canal es emboquillado, con tapas de concreto armado movibles (tipo cocodrilo), La longitud es de 1,240 metros lineales.

Colector Jirón Callao - Cuzco Comienza en la esquina del jirón Sucre con jiron Callao, se proyecta una estructura de retención de sólidos ubicado al inicio del colector, recorriendo los jirones Callao, portal Unión, Cusco, Glorieta, hasta desembocar a la quebrada Tarahuaycco y de esta al río Alameda, en este colector se considera un disipador de energía tipo-C, ubicado en la esquina con el jirón Cusco con Glorieta, entrega es una caída libre a la quebrada Tarahuaycco, se proyectan rejillas transversales en las esquinas con los jirones libertad, Gracilazo de la Vega, 9 de Diciembre, Asamblea, tres Mascaras y en jirón Sol, el canal es de sección rectangular de 0.60m de base por 1.10m de altura, canal de concreto armado, la rasante del canal es emboquillado, con tapas de concreto armado movibles (tipo cocodrilo), La longitud es de 1,075 metros lineales. Colector Jirón Bellido Comienza en la esquina del parque de Calvario con jirón Bellido, se proyecta una estructura de retención de sólidos Tipo B2, ubicado al inicio del colector, recorriendo el jirón Bellido, hasta la intersección con el jirón Sol donde se ubica un disipador de energía Tipo C, de esta se hace entrega con caída libre a la quebrada Tarahuaycco, se proyectan rejillas transversales en las esquinas con los jirones libertad, Garcilazo de la Vega, 9 de Diciembre, Asamblea, Tres Mascaras y en jirón Sol, el canal es de sección rectangular de 0.60m de base por 1.50m de altura, canal de concreto armado, la rasante del canal es emboquillado, con tapas de concreto armado movibles (tipo cocodrilo), La longitud es de 791 metros lineales. Colector Jirón Mariscal Cáceres Comienza en la esquina del jirón Mariscal Cáceres con Libertad, donde se proyecta una estructura de retención de sólidos del Tipo B2, recorre el jirón Mariscal hasta el km 0+543, don de se proyecta una rejilla de captación combinada con disipador de energía luego de esta, recorre por el pasaje s/n ubicado al lado izquierdo del jirón se hace entrega con caída libre a la quebrada Tarahuaycco. Se proyectan rejillas transversales en las esquinas con los jirones Garcilazo de la Vega, 9 de Diciembre y Asamblea, el canal es de sección rectangular de 0.60m de base por 1.10m de altura, hasta el km. 0+411 y de 0.80m de base por 1.10m de altura del km. 0+411 al km. 0+594, canal de concreto armado, la rasante del canal es emboquillado, con tapas de concreto armado movibles (tipo cocodrilo), La longitud es de 594 metros lineales.

Colector Jirón Manco Cápac Comienza en la esquina del jirón Manco Cápac con Libertad, donde se proyecta una rejilla transversal, recorre el jirón Manco Cápac hasta el km 0+480.50, que es la intersección con la quebrada Tarahuaycco, don de se proyecta una rejilla de captación combinada con disipador de energía luego de esta, hace entrega con caída libre a la quebrada Tarahuaycco. Se proyectan rejillas transversales en las esquinas con los jirones Garcilazo de la Vega, 9 de Diciembre y Asamblea, el canal es de sección rectangular de 0.60m de base por 1.10m de altura, el canal proyectado es de concreto armado, la rasante del canal es emboquillado, con tapas de concreto armado movibles (tipo cocodrilo), La longitud es de 480.50 metros lineales. Canales Transversales Estos canales laterales se proyectan en los jirones Libertad, Grau y Garcilazo, 28 de julio y 9 de Diciembre, 2 de Mayo y Asamblea, tres Mascaras y jirón Sol, tal como se muestra en el Plano General: Zonas de Drenaje y Estación de Huamanga PG-01, estos hacen entrega con ciada libre a los colectores adyacentes, el canal es de sección rectangular de 0.30m de base por 0.50m de altura, el canal proyectado es de concreto armado, con tapas de concreto armado movibles (tipo cocodrilo), La longitud es: Jirón Libertad

937.60 ml

Jirón Grau

542.40 ml

Jirón Garcilazo

682.90 ml

Jirón 28 de Julio

280.80 ml

Jirón 9 de Diciembre

559.60 ml

Jirón 2 de Mayo

369.70 ml

Jirón Asamblea

293.90 ml

Jirón Tres Mascaras

596.30 ml

Jirón Sol

261.20 ml

Pje. Cáceres

162.10 ml

INFORMACIONES Y PROCESO DE CÁLCULO El estudio correspondiente a este rubro tiene por objeto efectuar los análisis hidrológicos y determinar los caudales de diseño partiendo de la información disponible. La falta de estaciones pluviográficas en el área del proyecto ha limitado la aplicación de métodos conocidos para el cálculo de máximas avenidas, se ha tomado en cuenta la información pluviométrica de la estación meteorológica de la UNSCH.

Las cuencas de drenaje de los colectores son de pequeña extensión pero los caudales de la escorrentía durante las tormentas son importantes, situación que se debe principalmente a la ubicación de las cuencas en áreas urbanas, los cuales tienen un coeficiente de escorrentía muy alto. El objeto principal del estudio hidrológico es para determinar los caudales de diseño y con estos valores diseñar las características hidráulicas de los conductos de Drenaje Pluvial para evacuar las aguas de lluvias de acuerdo a lo previsto. Información hidrometeorológica de la zona de estudio. La zona de estudio cuenta con información de precipitación registrados en la estación Huamanga, ubicada en los Módulos de la UNSCH, la cual cuenta con un pluviómetro y un pluviógrafo tipo Hellmann Fuese, así como una estación computarizada Vantage Pro2 Plus Inalámbrica con panel solar, que registra datos de precipitación cuyo intervalo de tiempo puede ser instalado hasta en un minuto. A partir de estos datos se ha generar el hietograma de precipitación total de diseño para la zona de estudio, para finalmente encontrar los hidrogramas de máximas avenidas para el periodo de retorno de diseño.

INFORMACION PLUVIOMETRICA 50.00

PRECIPITACION

45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

AÑOS

Hidrograma de precipitaciones máximas P 24 horas (1971 –2002).

2000

2005

PRECIPITACION

INFORMACION PLUVIOMETRICA 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

AÑOS

Hidrograma de precipitaciones máximas P 24 horas (1971 –1982).

INFORMACION PLUVIOMETRICA

PRECIPITACION

45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1980

1985

1990

1995

2000

2005

AÑOS

Hidrograma de precipitaciones máximas P 24 horas (1983 –2002). Información hidrométrica en la zona de estudio. En la zona de estudio no se ha registrado ninguna estación de aforo que permita calibrar alguna de las cuencas mencionadas anteriormente.

Calculo del Tiempo de Concentración Tc. 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 La duración del diseño es igual al tiempo de concentración para el área de drenaje en consideración. Se supone que el máximo escurrimiento se presenta en el tiempo de concentración tc cuando toda la cuenca está contribuyendo al flujo en su salida. El tiempo de concentración tc es el tiempo requerido por una gota de agua para fluir desde el punto más remoto de la cuenca hasta el punto de estudio, se calcula mediante: Tc = Tcs + Tt Donde: Tc:

Tiempo de concentración.

Tcs :

Tiempo de concentración sobre la superficie.

Tt :

Tiempo de traslado a través de los colectores.

Tiempo de concentración sobre la superficie Tcs Para estimar el tiempo de concentración sobre la superficie, se pueden utilizar las siguientes formulas: Tcs = 0.01947 ( L / S^1/2 )^0.77

(Kirpich)

donde: Tcs:

Tiempo de concentración en min.

L:

Longitud del cauce en metros

S:

Pendiente media del colector principal (m/m)

Tcs = 7/i^0.4(n.L/S^0.5)^0.6

(Onda Cinemática)

donde: Tcs :

Tiempo de concentración en min.

L:

Longitud del flujo superficial en m.

n:

coeficiente de rugosidad de Manning.

i:

Intensidad de lluvia, mm/h

S:

Pendiente promedio del terreno, m/m.

Para el Tcs. usaremos la formula de Kirpich.

Tiempo de traslado en los colectores Tt. Para determinar el tiempo de traslado en los colectores (tubería, canales, etc.), se empleará la siguiente relación: V = (R^2/3 x S^1/2 ) / n donde: V:

Velocidad media del flujo en m/seg.

R:

Radio hidráulico de la tubería, canal en mts, = A / pm

A:

Área transversal del flujo en m2

Pm:

Perímetro mojado en m.

S:

Pendiente hidráulica del tramo (adimensional) m/m

n:

Coeficiente de fricción (adimensional)

El tiempo de traslado resulta Tt = l / V donde: Tt:

Tiempo de traslado en seg.

l:

Longitud del tramo en el cual escurre el agua en m.

V:

Velocidad media de traslado en m/seg.

Para el método Racional se considera que la duración de la lluvia es igual al tiempo de concentración: t = Tc donde: t:

Duración de la lluvia en minutos.

Tc:

Tiempo de concentración en toda la cuenca en minutos.

Análisis de la Curva Intensidad – Duración - Frecuencia (IDF) El análisis de las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia consta básicamente de poder estimar la intensidad, duración, frecuencia de un evento; para diferentes periodos de retorno; cuyos cálculos son de importancia para el diseño de obras de ingeniería hidráulica. Relación de Intensidad – Duración - Frecuencia.

El diseño hidrológico para proyectos de drenaje pluvial requiere la determinación de los eventos de precipitación que se deben utilizar. Habitualmente una de las formas es utilizando una tormenta de diseño que involucre una relación entre la intensidad de lluvia, duración y las frecuencias o periodos de retorno. El análisis de una serie de informaciones de lluvia en forma de hietogramas es el establecimiento de las curvas Intensidad – Duración - Frecuencia (IDF). Una curva IDF representa una relación de intensidades medias esperadas para cada duración de precipitación, con un periodo de retorno. Para nuestro proyecto tomaremos el periodo de retorno de 50 años, en necesario obtención las curvas IDF para diferentes periodos de retorno y obtener valores fiables, es recomendable tener una serie de registros de precipitación de 10 años a más. Intensidad de lluvia (I mm/h) Se refiere a la cantidad de agua caída por unidad de tiempo, es de interés conocer la intensidad máxima que se haya presentado para diferentes duraciones. La intensidad de lluvia varía ampliamente en el tiempo y espacio, en la practica es necesario recurrir a promedios temporales y espaciales. Para cuencas pequeñas el promedio de la intensidad de lluvia dura un periodo igual al tiempo de concentración, es usualmente el parámetro primario de la lluvia. Las tormentas de alta intensidad son principalmente de corta duración y cubre pequeñas áreas, contrariamente las tormentas de baja intensidad son típicamente de larga duración y cubre relativamente áreas grandes. Dependiendo del tamaño de la cuenca, condición de humedad antecedente y alcance del área de tormenta, las tormentas de alta y baja intensidad pueden producir eventos de escorrentía de gran magnitud. La intensidad de lluvia de diseño para un determinado punto de sistema de drenaje es la intensidad promedio de lluvia, cuya duración es igual al tiempo de concentración de la cuenca en estudio. Duración de lluvia (t) Se refiere al tiempo que transcurre entre el inicio y el fin de una tormenta. La duración de un evento de lluvia varía fuertemente, desde pocos minutos a varios días. La propiedad de concentración de escurrimiento, indica que todas las cuencas, sin considerar el tamaño, alcanzan una condición de equilibrio de escurrimiento para un tiempo determinado de lluvia efectiva constante, esto implica que en cuencas pequeñas es probable alcanzar condiciones de equilibrio de escurrimiento mucho mas fácil que en cuencas medianas y grandes. Es por ello que en cuencas pequeñas son analizados asumiendo caudal de captación concentrada. La formula racional es un ejemplo típico donde se asume la concentración de escurrimiento. Frecuencia de lluvia (f)

En general, el más importante de una tormenta es la profundidad, el más recurrente a su acontecimiento. La frecuencia es el número de veces que se repite una tormenta, de características de intensidad y duración definidas en un periodo de tiempo más o menos largo, tomado generalmente en años. La definición de frecuencia esta relacionado estrechamente con el concepto de periodo de retorno, definido como el tiempo promedio transcurrido entre dos eventos de tormenta. La selección de frecuencia de lluvia esta basado en la práctica local y experiencia individual. Para proyectos de gran magnitud, especialmente aquellos donde la falla puede dar resultados de pérdidas de vida humana, la Precipitación máxima probable (PMP) son usados en lugar de frecuencia como base para la determinación de las máximas avenidas. Periodo de Retorno (T) y Riesgo En hidrología es común tratar con los conceptos de periodo de retorno y probabilidad de riesgo. El periodo de retorno o intervalo de recurrencia (en años), se define como el número de años en que en promedio se presenta un evento de una intensidad determinada y se calcula como: T = 1/ f(x) Donde: T:

Periodo de retorno en años.

f(x):

Frecuencia de un evento mayor o igual a x.

El periodo de retorno no es un intervalo fijo de ocurrencia de un evento, sino el promedio de los intervalos de recurrencia. De la formula anterior podemos definir las siguientes expresiones básicas de probabilidad: La probabilidad de que un evento X >= ocurra en algún año es: f(x) = 1 / T

Determinación del caudal de máximas avenidas. Primero se determinará el hietograma de diseño de precipitación total a partir de las ecuaciones del IILA SENAMHI UNI para una duración de tiempo, teniendo en cuenta las lluvias antecedentes registrados en la estación Huamanga. La ecuación a utilizar es la siguiente: I t , Tr  a (1  K log Tr )(t  b) n 1 <3hr

i

:

Intensidad de lluvia (mm/hr)

a

:

parámetro de intensidad (mm)

K

:

parámetro de frecuencia (adimensional)

b

:

parámetro (hora) =

n

:

parámetro de duración (adimensional)

t

:

duración (horas)

0.4 horas (sierra)

En primer lugar se determina las curvas IDF de la zona de estudio, contando para ello con los datos históricos de precipitación e intensidades de diseño registrados en la Estación Huamanga. Determinar las áreas de drenaje, coeficientes de escorrentía, tiempo de concentración, para la determinación de los caudales de diseño, a través del método racional, que es bastante suficiente debido a que las áreas de drenaje de esta zona son pequeñas.

DISEÑO CON PROGRAMA STORMCAD 1.5 DEL COLECTOR SAN MARTIN

CURVAS IDF

Hietogramas por el Método de los Bloques Alternos Es uno de los métodos para obtener una lluvia de proyecto a partir de las curvas IDF. El hietograma producido por este método especifica la precipitación en un numero t, para una lluvia de duración total Td = n*t. y para un periodo de retorno de acuerdo a la vida útil de la estructura. De igual forma, utilizando la relación adimensional se obtuvieron los hietogramas de precipitación de diseño para un periodo de retorno de 10 años para una tormenta de duración menores a tres horas de la ciudad Ayacucho.

HIETOGRAMA DE PRECIPITACION TOTAL DE DISEÑO Tr = 10 años UTILIZANO EL METODO DE BLOQUES ALTERNOS DRENAJE PLUVIAL AYACUCHO

DURACION

INTENSIDAD

PROFUNDIDAD INCREMENTAL (mm)

TIEMPO

PRECIPITACION

(mm/hr)

PROFUNDIDAD ACUMULADA (mm)

(hr)

(min)

(mm)

0.017 0.033 0.050 0.067 0.083 0.100 0.117 0.133 0.150 0.167 0.183 0.200 0.217 0.233 0.250 0.267 0.283 0.300 0.317 0.333 0.350 0.367 0.383 0.400 0.417 0.433 0.450 0.467 0.483 0.500

54.28 52.69 51.20 49.81 48.50 47.27 46.11 45.02 43.98 43.00 42.06 41.17 40.33 39.52 38.75 38.01 37.31 36.63 35.98 35.36 34.77 34.19 33.64 33.11 32.59 32.10 31.62 31.16 30.71 30.28

0.90 1.76 2.56 3.32 4.04 4.73 5.38 6.00 6.60 7.17 7.71 8.23 8.74 9.22 9.69 10.14 10.57 10.99 11.40 11.79 12.17 12.54 12.89 13.24 13.58 13.91 14.23 14.54 14.84 15.14

0.90 0.85 0.80 0.76 0.72 0.69 0.65 0.62 0.59 0.57 0.55 0.52 0.50 0.48 0.47 0.45 0.43 0.42 0.41 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.30

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 24-25 25-26 26-27 27-28 28-29 29-30

0.30 0.31 0.33 0.35 0.37 0.39 0.42 0.45 0.48 0.52 0.57 0.62 0.69 0.76 0.85 0.90 0.80 0.72 0.65 0.59 0.55 0.50 0.47 0.43 0.41 0.38 0.36 0.34 0.32 0.30

HIDRAULICA.

Diseño de obras hidráulicas Los parámetros hidráulicos para el diseño de los colectores pluviales, rejillas de captación, se ha considerado de acuerdo a las Normas Peruanas de Drenaje Pluvial Urbano (Norma OS.060), se deben considerarse las velocidades límites máximas y mínimas, las perdidas de energía , el transporte de sólidos. Diseño de colectores Los colectores de aguas pluviales de la Zona III, está conformado por un canales de sección rectangular que varian desde 0.30m x 0.50m esto en los canales laterales, hasta 0.80m x 1.50m en los colectores principales, todo los colectores de esta zona se ubica al eje de las calles. Las aguas de lluvia son interceptadas por medio de sumideros ubicados en las esquinas de las calles con los colectores principales, las rejillas tienen las dimensiones de 0.60m de ancho y la logitud de esta viene hacer el ancho de la calzada proyectada en cada calle, se proyecta una estructura de retención de sólidos al inicio de los colectores, esta estructura contemplan rejillas para la captación de los flujos pluviales

acompañados por sedimento y que tiene la función de retener los sólidos, que ocupa todo el ancho de la calzada, además se proyecta una compuerta de ingreso para su mantenimiento correspondiente cuyo características y dimensiones se especifica en los planos adjuntados. Usando la ecuación de Manning se determina las dimensiones del colector teniendo como límites las velocidades máximas y mínimas, para ello es necesario conocer las características geométricas de los canales de los colectores (radio hidráulico) , las pendientes y la resistencia del material que ofrece al movimiento del flujo llamado coeficiente de rugosidad de Manning.

V 

R 2 / 3S1 / 2 n



Q = VxA 

(6-1) Q

R 2 / 3S1 / 2 xA n

(6-2)

Donde: V = velocidad media (m/seg.) R = Radio hidráulico ( m ) S = Pendiente del colector n = Coeficiente de rugosidad de Manning. A = Sección transversal del colector. Q = Caudal ( Escorrentía superficial pico ) ( m/seg. ) Calculo del Coeficiente de Rugosidad de Mannig. Las velocidades en los colectores principales, son superiores a los 4 m/s, por lo que se considera emboquillar la base del canal, teniendo de esta manera un canal de rugosidad compuesta y que calculara con la relación siguiente:

      

Velocidad de diseño

La velocidad en los colectores principales son considerados una rápida, se debe por las pendiente pronunciadas, que genera mayores velocidades, mayor fuerza tractiva o de arrastre, se ha determinado que nuestros colectores principales tendrá la capacidad de transportar partículas sólidas hasta los 15 cm de diámetro en su caudal de diseño. La velocidad máxima para colectores de concreto será limitada a 6 m/s. Velocidades máximas para colectores de concreto con enchape de piedra será limitada a 10m/s. La velocidad mínima en los colectores será calculado para remover arenas, gravas, en términos generales la velocidad mínima en los colectores será del orden 2 m/s, aceptándose excepcionalmente velocidades menores en tramos específicos.



Pendientes longitudinales

Las pendientes longitudinales de los colectores se ajustarán a las condiciones topográficas y limitadas a las velocidades máximas y de sedimentación obtenidas además en función del caudal y dimensiones de la caja de canal. 

Borde Libre

Las condiciones de funcionamiento dentro de los canales cubiertos serán tales que sólo aproximadamente el 80% de la altura del canal será ocupado por el agua. En los colectores abiertos con flujo supercrítico se adoptará las recomendaciones del Bureau of Reclamation.

En términos generales, la altura del colector debe considerar una altura para

mantenimiento en colectores cubiertos, esta altura como mínimo debe ser 1.20 m. 

Sección Típica de los colectores

En términos generales la sección de los colectores será de forma rectangular, reservando la sección trapecial a casos muy eventuales.



Ancho de las bases

Será obtenido como resultado de un proceso de optimización económica y para facilitar el mantenimiento. 

Caminos de Acceso para mantenimiento

Para la construcción de las obras y el mantenimiento en el futuro, será necesario disponer de accesos para vehículos y peatones. 

Revestimiento del colector

Los colectores serán de concreto armado f´c= 210 kg/cm 2, con espesores de acuerdo a los cálculos estructurales, en general tendrán un espesor mínimo de 0.20 m, con enchape de piedra en el piso y en enchape en las paredes en las curvas. 

Obras de Arte Complementarias 

Cruces con calles

En los colectores de sección abierta se construirán cruces vehiculares y peatonales según las características de las calles. 

Poza sedimentadora o desgravador

Siguiendo las pautas del Estudio de Factibilidad, se diseñará sumideros transversales con pozas sedimentadora en calles antes que las aguas de lluvia ingresen a los colectores cubiertos. 

Sumideros

Se diseñarán sumideros transversales y laterales en cruces del colector con calles. 

Rejillas

Las rejillas serán instaladas en la captación con estructuras especiales y típicas, esta rejillas estarán fabricadas de fierro fundido, con un ancho de 800 mm, con platinas distribuidas en forma de “lomo de pescado” como se muestra en los planos. Las tapas de metal en la calzada estarán fabricadas del mismo material de las rejillas y utilizando el mismo diseño, sólo que éstas llevarán bisagras para permitir el ingreso. La rejillas tendrán diseños especiales para soportar el transito pesado y con aberturas para un determinado tamaño de grava. 

Rápidas

Para el diseño de rápidas se aplicarán las formulas de flujo gradualmente variado, teniendo en consideración el número froude y flujo con ondas, etc. 

Disipadores o caídas

En general, en colectores cubiertos serán de tipo vertical, similar a los diseños en alcantarillado con fuertes pendientes.

Sumideros o Rejillas de Captación. Ubicación de sumideros y espaciamiento Se establece como norma de referencia el espaciamiento máximo entre sumideros en función a la pendiente de la calle según se indica a continuación.

En calles mayores a 20 m. de ancho y pendientes mayores, la distancia máxima será de 50,0 m. Referencia Rápida para Sumideros de Reja

Como una referencia rápida y práctica para el diseño de sumideros de rejas Normalizados con dimensiones de 0,61 x 0,90., con una depresión de 5 cm. se tiene el cuadro siguiente:

Diseño de disipadores de energía en zonas de desfogue

Para fines de evitar la socavación del cauce natural del Río Alameda y en la Quebrada Tarahuaycco en las zonas de desfogue se proyectan una estructura que es el Disipador de Energía para colectores que llegan con velocidades mayores de 3 m/sg. En la zona de entrega del caudal al cauce natural, se ha optado realizar estanque amortiguador del tipo de impacto, que es una estructura amortiguadora efectiva, aun con tirante insuficiente en la descarga, este tipo de estructuras son efectivos para velocidades que no excedan los 9 m/seg. y descargas no mayores de 11.5 m3/seg. La disipación de energía se obtiene haciendo chocar el chorro de llegada sobre un deflector vertical o pantalla amortiguadora, por los remolinos y el cambio de dirección de la corriente se obtiene un mejor funcionamiento hidráulico cuando el tirante de descarga se aproxima. Para un funcionamiento correcto de la pantalla amortiguadora o deflectora, el borde inferior del deflector debe de colocarse al mismo nivel que el fondo del canal de llegada, como se especifica en el plano. Los estanques amortiguadores o disipadores de energía, durante su funcionamiento están sujetos a grandes fuerzas dinámicas y turbulencias. A la salida del estanque disipador de energía, aguas abajo se proyecta enrocamiento en el fondo, para evitar la tendencia a la socavación del canal de descarga. Para el diseño de este tipo de estructura, se tomó en cuenta el libro “Desing of small canal structures”, pagina n° 310.