HIDROLOGÍA-HUANICO (1).doc

PROYECTO A NIVEL DE PERFIL

“CONSTRUCCIÓN DEL CENTRO EDUCATIVO INICIAL N° 82358 DEL CASERIO SAN FELIPE – DISTRITO CACHACHI- PROVINCIA DE CAJAMABA - REGIÓN CAJAMARCA”

PERFIL TÉCNICO:

“ESTUDIO HIDROLOGICO DEL AREA DEL PROYECTO DE LA INSTITUCION EDUCATIVA N° 82358 – CASERIO SAN FELIPE – DISTRITO DE CACHACHI – PROVINCIA DE CAJABAMBA – DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA”.

HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA DEL DRENAJE

1. INTRODUCCIÓN

El drenaje en una edificación constituye uno de los aspectos básicos e imprescindibles en todos los proyectos que se ubican en zonas montañosas, planas y por si en la sierra donde ocurren frecuentes e intensas precipitaciones. La falta y/o deficiencia de los sistemas de drenaje trae consigo el deterioro y destrucción parcial o total de las obras, en muy corto tiempo, incrementándose en consecuencia los costos por reposición y/o mantenimiento de las diversas obras que componen el proyecto.

Cuando no existe drenaje de intersección, la infiltración del agua en las laderas de las zonas altas, satura el talud en corte, desestabilizándolo y provocando grandes deslizamientos de masas de suelo que finalmente van a colmatar al sistema de cunetas y al mismo camino. Problema que se agrava cuando no existe un minucioso estudio de estabilidad de taludes.

La ausencia o deficiencia de un drenaje longitudinal en una estructura permite el anegamiento de las aguas de escorrentía superficial.

Por lo tanto se debe considerar en el proyecto el drenaje de aguas perimetralmente para evitar el ingreso de las aguas al interior de la edificación

Es necesario proyectar obras de drenaje de aguas superficiales para conducirlas hacia los cauces naturales, reduciendo así la deposición de aguas en la zona de construcción del proyecto

MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE CAJABAMBA



1.1. Ubicación

El área de estudio, geográficamente pertenece al Distrito de Cachachi, Provincia de Cajabamba y a la Región Cajamarca.

Ubicación política

Caserío : San Felipe Distrito : Cachachi Provincia : Cajabamba Departamento : Cajamarca

Ubicación geográfica

El tramo de carretera tiene su inicio en el punto:

Latitud : Longitud : Altitud : 2014 msnm

1.1 GENERALIDADES:

La municipalidad provincial MPC que se encargara del seguimiento de construcción de la INSTITUCION EDUCATIVA N° 82358 – CASERIO SAN FELIPE – DISTRITO DE CACHACHI – PROVINCIA DE CAJABAMBA -DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA”, en el caserío San Felipe, ubicada en el Valle de Conde Bamba perteneciente a la provincia de Cajabamba y departamento de Cajamarca.El estudio hidrológico consiste en estimar la cantidad de humedad que afectaría a la construcción a partir de un análisis del suelo en época de máximas precipitaciones y también evaluar si existe filtraciones por la presencia de un canal de regadío en la margen derecha del lote en construcción. El procedimiento de estudio fue el siguiente:

Realizar tres calicatas como mínimo hasta una profundidad de 3 mts. Determinar el porcentaje de humedad del suelo.




1.2.- OBJETIVOS:

Realizar el estudio hidrológico para ver las posibles filtraciones a las especificaciones.

Determinar las características físicas del suelo donde se va a realizar la construcción de las edificaciones.

1.3.- ALCANCES:

Los resultados del estudio permitirán identificar y evaluar las cantidades de agua de filtración en época de lluvia y estiaje, además nos permitirá identificar los impactos que generaría en el proceso constructivo de las cimentaciones. Establecer acciones de mitigación, para la prevención y control de los impactos que generaría a los procesos constructivos y también ambientales.

1.4.- METODOLOGÍA DE TRABAJO:

En la evaluación de campo participaron los ingenieros de la municipalidad de Cajabamba. En la primera etapa se realizó un levantamiento topográfico de todo el terreno.

Una evaluación insitu de la ubicación del proyecto teniendo en consideración que la margen derecha existe un canal de regadío.

En la segunda etapa con la ayuda de una retroexcavadora se realizó las calicatas hasta una profundidad promedio de 3 mts. Por cada una.

Se llevaron las muestras debidamente selladas hacia un laboratorio. Los datos fueron procesados en un gabinete por especialistas de la empresa

encargada.

CAPITULO II

GEOLOGIA DEL AREA DE ESTUDIO

2.1.- RELIEVE TOPOGRAFICO:

La zona donde se ubica el proyecto de la “INSTITUCION EDUCATIVA N° 82358 – CASERIO SAN FELIPE – DISTRITO DE CACHACHI – PROVINCIA DE CAJABAMBA – DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA”, corresponde a una zona llana o plana ubicada en el caserío San Felipe.

El relieve presenta una superficie plana con pendientes suaves debido a su composición litológica del área.

2.2.- GEOLOGÍA LOCAL:




Localmente se ha reconocido en el área de estudio arcillas de color gris.

2.3.- GEOLOGIA ESTRUCTURAL:

Regionalmente se muestra el estudio estructural que se ha definido por pliegues comprimidos así como la presencia de escurrimientos.

2.4.- GEOMORFOLOGIA DE LA ZONA DE ESTUDIO:

El área del proyecto se encuentra localizado en la cordillera oriental de los andes, en la zona de estudio se ha evidenciado unidades geomorfológicas como:

a) La unidad geomorfológica de colina en la cumbre del cerro “……………………………………….”.b) La unidad geomorfológica de un rio que se ubica en la zona baja del

proyecto.

2.5.-ASPECTOS SÍSMICOS DEL AREA:

El Perú es considerado como una de las más regiones de alta actividad sísmica. Forma parte del cinturón circumpacifico, según estas consideraciones es necesario incluir la influencia del efecto sísmico sobre la estabilidad de la sub estructura del proyecto.

a) ZONIFICACIÓN SÍSMICA: Nuestro territorio peruano según la Norma Técnica Peruana E-030, del reglamento nacional de construcciones, presentado en la figura adjunta el área en estudio se encuentra comprendida en la zona tres clasificada como zona de alta sismicidad.

b) INTENCIDAD: Según el análisis sismo tectónico existe en el mundo dos grandes zonas

importantes en la actividad sísmica conocida como el circulo al pino himalayo y el circulo circumpacifico. En esta última donde se localiza el Perú, han ocurrido el 80% de los eventos sísmicos en el mundo. Por lo tanto: Nuestro país está comprendido entre una de las zonas de más alta actividad sísmica.

CAPITULO III




HIDROLOGÍA

3.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO.

La zona del proyecto se caracteriza por la ocurrencia de altas precipitaciones de noviembre a junio.Por lo tanto se debe considerar en el proyecto el drenaje de aguas perimetralmente para evitar el ingreso de las aguas al interior de la edificación y a la vez los niveles de piso terminado deberían estar por lo menos a 10 cm. por encima del nivel del terreno natural.

3.2. CLIMA Y TEMPERATURA:

3.2.1. CLIMA:

El clima de la zona del proyecto es semi cálido La temperatura media anual es de 11.0 °C Presentando fluctuaciones menores durante el estiaje y siendo más estable

durante la época de lluvia. Cabe señalar que la temperatura desierto modo es influenciada por que está comprendida entre colinas y su cercanía a la margen selvática.

La zona del proyecto se encuentra tipificada como zona húmeda evaporación de aguas generadas por las temperaturas mismas dela zona.

3.2.2 TEMPERATURA:

La temperatura es el parámetro meteorológico ligado al factor altitudinal, encontrándose por consiguiente asociadas a las “zonas de vida” las cuales son definidas por rango de temperatura para cada piso altitudinal.La precipitación pluvial se origina de masas de aire del tipo tropical. Las masas son de características inestables acentuándose estas condiciones de inestabilidad durante el verano austral. El régimen de precipitaciones es estacional registrándose los valores más altos de noviembre a junio originándose el denominado periodo de lluvias que coincide con el periodo de avenidas o creciente de ríos. Los valores mínimos anuales ocurren en los meses de junio y julio debido a las masas de aire superior que tienen su origen en los valles interandinos. Estas masas son frías, secas y estables y dan origen a un periodo de cielos despejados.




3.3 SISTEMA DE DRENAJE: Es necesario proyectar obras de drenaje de aguas superficiales para conducirlas hacia los cauces naturales, reduciendo así la deposición de aguas en la zona de construcción del proyecto. Para el diseño de las canaletas que captaran las aguas superficiales se tendrá en cuenta las áreas de influencia aguas arriba que colindan con la carretera. Cabe señalar que se proyectara obras de sub drenaje para controlar las aguas de infiltración. De este modo se estaría controlando todo el flujo de aguas.

CONCLUSIONES:

El estudio hidrológico consiste en estimar la cantidad de humedad que afectaría a la construcción a partir de un análisis del suelo en época de máximas precipitaciones y también evaluar si existen filtraciones

La zona del proyecto se encuentra tipificada dentro de una zona húmeda por la

evaporación de las aguas generadas por las altas temperaturas que se registran en la zona.

Para fines del presente estudio se han considerado la información de las estaciones meteorológicas.

El área del proyecto se encuentra ubicada en la zona de sismicidad, según la zonificación sísmica del Perú.

La estructura deberán esta diseñadas para manejar eventos de máxima precipitación pluvial, asimismo deberán instalarse sistema de subdrenaje para el manejo de las aguas que capte el área




I.1. Metodología

A fin de tener un conocimiento a cabalidad de la zona en estudio y adoptar criterios que sustenten la toma de decisiones en el planteamiento geométrico y diseño hidráulico del sistema de drenaje del proyecto, se han considerado los siguientes aspectos metodológicos:

a) Reconocimiento, inventario, diagnóstico, análisis y síntesis de la infraestructura de drenaje existente y la proyectada.

b) Recopilación de información hidrometeorológica y cartográfica, relacionada con los objetivos del proyecto y la existencia de registros históricos disponibles.

c) Tratamiento, análisis y síntesis de la información hidrometeorológica

recopilada, así como la predicción adecuada de los caudales de diseño.

d) Planteamiento geométrico y diseño hidráulico de las diversas que componen el sistema de drenaje.

I.2. Justificación

Los sistemas de drenaje longitudinal y transversal de carreteras, ubicadas en cabeceras de cuencas, como en este caso, tienen la particularidad de que las áreas receptoras-colectoras de precipitaciones son relativamente pequeñas, y por ende también, los tiempos de concentración. Esta particularidad tiene una gran ventaja, porque determina que la información hidrológica más conveniente es la de registros históricos de precipitación, que es más abundante y disponible frente a cualquier información de escorrentía directa. En este sentido, la información más adecuada para el caso consiste en el análisis de tormentas registras sobre bandas pluviográficas provenientes de pluviógrafos registradores. Los pluviógrafos tienen la gran ventaja de registrar la evolución en detalle durante todo el tiempo que dura una tormenta, a diferencia de los pluviómetros que sólo registran láminas totales al final de cada periodo observado; de allí que las láminas máximas de precipitaciones en 24 horas sean de muy baja probabilidad exitosa para estos fines.

Siendo el drenaje un sistema de protección, contra efectos destructivos del agua pluvial, es de suma importancia y una exigencia imperiosa que los sistemas viales ubicados en zonas montañosas de alta pluviosidad tengan una concepción estratégica de drenaje que, a la par de garantizar la vida económica del proyecto, minimicen los costos de mantenimiento y mitiguen los efectos de impacto ambiental negativo.




I.3. Diagnóstico e Inventario

La infraestructura de drenaje longitudinal, en general, en lo referente a cunetas, se encuentran colmatadas a consecuencia de la inestabilidad de taludes y por falta de mantenimiento. De otro lado, la ausencia de canales de coronación en tramos inestables saturan los taludes provocando deslizamientos y asentamientos en zonas de afloramientos de agua y humedales.

En cuanto al sistema de drenaje transversal, las alcantarillas proyectadas serán metálicas tipo TMC, por falta de canteras de buena calidad. Los badenes existentes, en general, están totalmente destruidos a consecuencia de la pésima calidad del concreto, por lo que se proyecta reemplazar en su totalidad. Los cuadros correspondientes muestran en detalle toda la infraestructura de drenaje existente y las nuevas estructuras proyectadas.

2. INFORMACIÓN HIDROMETEOROLÓGICA Y CARTOGRÁFICA

2.1. Información hidrometeorológica general

De acuerdo al análisis regional de variables climatológicas, se pueden describir las características de variabilidad espacial y temporal de los componentes climatológicos promedio en la zona de influencia del proyecto, teniendo en cuenta que el área drenable se extiende entre las cotas de aproximadamente 1 200 msnm (Tramo I), hasta los 4 000 msnm (Tramo II).

2.1.1. Pluviosidad

Espacialmente, el módulo pluviométrico promedio en la zona de influencia del área drenable del proyecto, varía desde unos 500 mm/ año a 1 600 mm / año. En cuanto a su distribución temporal, podríamos afirma que, del total de la lámina precipitada, alrededor del 75% cae en el periodo húmedo (Enero - Abril), un 5% en el periodo de estiaje (Mayo - Agosto) y el 20% en el periodo de transición (Septiembre - Diciembre). Se entiende por Módulo Pluviométrico, al promedio anual de la lámina precipitada.

Generalmente, para un mismo año, las mayores láminas de precipitación tienen lugar en el periodo húmedo; en cambio las mínimas se registran en el periodo de estiaje. Sin embargo, las tormentas de mayores láminas precipitadas, no siempre son las de mayores intensidades, presentando una gran variabilidad en el tiempo y en el espacio. Frente a este comportamiento de variabilidad y régimen de precipitaciones, optaremos por un análisis regional de las tormentas más críticas en materia de intensidades, ya que son estas las que generan grandes volúmenes de escorrentía directa, los que hay que evacuar rápidamente a través de los sistemas de drenaje superficial.




2.1.3. Humedad relativa

Similarmente, como ocurre con la temperatura, la humedad relativa también varía con la altitud, estimándose que para el área de influencia del proyecto, el promedio de la humedad relativa varía entre un 55% en estiaje hasta un 80% en el periodo lluvioso.

2.1.4. Evapotranspiración

La evapotranspiración potencial promedio anual, en el área de influencia del proyecto, se estima que varía entre 3.0 y 4.8 mm/día. 2.1.5. Clima

En consecuencia, de acuerdo con los índices climáticos promedio antes descritos y teniendo en cuenta el criterio de clasificación climática de Thornwaite, las características climáticas promedio de la zona hacen prever un clima entre un subhúmedo y frío, en temporada de lluvias (Enero a Marzo), hasta un clima seco y frío, en temporada estiaje (Abril - Agosto), extendiéndose incluso a todo el periodo de transición (Septiembre a Diciembre) y donde ocurren también fuertes heladas.

2.2. Información hidrometeorológica específica

2.2.1. Recopilación




Por ubicarse la carretera, materia del presente proyecto, en cabecera de cuencas, determina que el área tributaria de escorrentía directa sea reducida, por lo que la información más adecuada debe consistir en intensidades máximas de precipitación. Sin embargo, esta información que registra en pluviógrafos, es muy escasa, requiriéndose entonces de metodologías que permitan la transposición de información desde localidades con información hacia localidades sin información o regiones de un mismo sistema hidrológico, partiendo para ello de variables regionales y de parámetros geomorfológicos más representativos o de mayor relevancia.

Teniendo en cuenta lo anteriormente dicho, la información pluviográfica para el presente estudio está constituida por los resultados del análisis de frecuencias de 21 bandas pluviográficas correspondientes al mismo número de años de registro histórico de las tormentas anuales más críticas registradas en la estación pluviométrica Weberbauer, ubicada en el campus de la Universidad Nacional de Cajamarca, en distrito y provincia de Cajamarca. Por suerte dicha estación, se ubica en la cabecera de la cuenca del río Cajamarquino, afluente del río Crisnejas, en cuya cabecera se ubica el proyecto en estudio y, en consecuencia ambas localidades pertenecen al mismo sistema hidrológico.

La transferencia de información de intensidades máximas de precipitación, desde la estación Weberbauer hacia la localidad más desfavorable de la carrozable del Tramo I del distrito José Sabogal (punto del drenable más crítico), se realizará empleando el criterio de “cantidad de agua precipitable” mediante un coeficiente de transferencia.

Cuadro Nº 01. Estaciones climatológicas origen y destino

ESTACIÓN UBICACIÓN COORDENADAS ALTITUD(m.s.n.m.)

PLUVIOSIDAD(mm/ año) OBSERVACIONESPROV. DPTO. LONG. LAT.

Weberbauer Cajamarca Cajamarca W 78º 13´ S 07º 10´ 2 536 750 Tipo PLU

José Sabogal San Marcos Cajamarca W 77º 58´ S 07º 02´ 4000 1 600 * Tipo CO

* Pluviosidad crítica.

De la relación de pluviosidades de ambas estaciones, se establece que, el factor de transferencia es de 2.13.

2.2.2. Procesamiento de Datos

a. Intensidades máximas de precipitación




Del análisis de las tormentas anuales críticas de 21 años de registro histórico de la estación Weberbauer, se obtuvieron los datos de intensidades máximas para los periodos de duración estándar, datos que fueron ajustados exitosamente al modelo probabilístico de variable extrema EV1, conocido también como modelo Gumbel, el que se expresa mediante la ecuación (1).

Donde:

F (x < X): Probabilidad acumulada que expresa que cualquier evento “x” será menor que X.

: Parámetro de escala.: Parámetro de posición.

Los parámetros del modelo, empleando el criterio de momentos, se estiman a partir de las expresiones (2) y (3).

(2)

(3)

Donde: = Media muestral = Desviación estándar muestral

Los parámetros del modelo, se determinan para las intensidades máximas correspondientes a cada periodo de duración estándar, obteniéndose los resultados que se muestran en el Cuadro Nº 02.

Cuadro Nº 02. Parámetros del modelo EV1

DURACIÓN(minutos)

ESTADÍSTICOS MUESTRALES

PARÁMETROS DEL MODELO

PRUEBA BONDAD DE

AJUSTEX S 5 76.86 19.71 0.065070 65.9895 Kolmogorov10 57.06 12.68 0.101147 51.3534 Kolmogorov30 29.91 6.56 0.195510 26.9577 Kolmogorov60 17.66 4.26 0.301068 15.7428 Kolmogorov120 10.09 2.56 0.500996 8.9379 Kolmogorov




Para realizar la prueba de Kolmogorov, la Probabilidad observada, se obtuvo a partir el criterio empírico de Weibull, que se expresa mediante la ecuación (4). En cambio, la probabilidad simulada se determinó a partir de la ecuación (1).

(4)

Donde:

: Probabilidad observada acumulada que expresa que cualquier evento “x” será menor o igual que X.

m: Número de orden de la sucesión decreciente.

n: Tamaño o longitud de la muestra.

El estadístico de Kolmogorov al 95% de confianza, arroja un valor de 0.286, mientras que la desviación máxima absoluta entre la probabilidad simulada y la observada es de 0.146; de lo cual se concluye que existe un excelente ajuste al modelo probabilístico EV1 de Gumbel.

Además, teniendo en cuenta que la inversa del primer miembro de la ecuación (1), representa el Tiempo de Retorno (Tr) y despejando la variable “x” de dicha ecuación, se obtiene la ecuación (5).

Además, introduciendo una probabilidad de incertidumbre, el tiempo de retorno también puede expresarse mediante la ecuación (6).

(6)

Donde:

Tr: Tiempo de retorno, en años.

J: Incertidumbre o probabilidad de fallar en la predicción, en un periodo de “N” años consecutivos.




Mediante la aplicación de las ecuaciones (5) y (6), teniendo en cuenta los valores de los parámetros del modelo probabilístico del cuadro Nº 02, se determinaron las intensidades máximas de precipitación mostradas en el cuadro Nº 03.

Cuadro Nº 03. Intensidades Máximas de Precipitación Estación Weberbauer

N J (%) Tr INTENSIDADES MÁXIMAS (mm/h)5 min 10 min 30 min 60 min 120 min

00 ¥ - - - - -1 1 100.0 133.9 94.9 50.8 31.1 20.1

2 50.0 124.0 85.5 47.4 28.9 18.45 20.0 110.7 80.0 42.8 25.9 16.310 10.0 100.4 73.5 39.2 23.5 14.615 7.0 95.0 70.0 37.3 22.3 13.720 5.0 89.7 66.6 35.4 21.1 12.8




25 4.0 86.1 64.3 34.2 20.3 12.230 3.3 82.8 62.2 33.0 19.6 11.740 2.5 78.0 59.1 31.3 18.4 10.950 2.0 73.4 56.3 29.8 17.5 10.260 1.7 70.0 54.1 28.5 16.7 9.670 1.4 65.1 50.9 26.8 15.6 8.880 1.2 60.0 47.6 25.0 14.4 8.090 1.1 55.8 45.0 23.6 13.4 7.3100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

2

1 199.5 143.8 101.2 54.3 33.4 20.72 99.5 133.9 94.8 50.8 31.1 20.15 39.0 120.4 86.2 46.1 28.1 17.910 19.5 110.3 79.8 42.6 25.8 16.215 12.8 104.1 75.8 40.5 24.4 15.220 9.5 99.6 73.0 38.9 23.4 14.525 7.5 96.0 70.7 37.6 22.6 13.930 6.1 92.9 68.6 36.5 21.8 13.440 4.4 87.7 65.3 34.7 20.7 12.550 3.4 83.4 62.2 33.2 19.7 11.860 2.7 79.2 60.0 31.8 18.8 11.170 2.2 75.4 57.5 30.4 17.9 10.580 1.8 71.3 54.9 29.0 17.0 9.890 1.5 69.7 52.1 27.5 16.0 9.1100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

5

1 498.0 156.9 109.6 58.9 36.3 23.82 248.0 147.0 103.2 55.4 34.1 22.25 98.0 133.7 94.7 50.8 31.1 20.010 48.0 123.4 88.2 47.2 28.7 18.415 31.3 117.2 84.2 45.0 27.4 17.320 22.9 112.7 81.3 43.4 26.3 16.625 17.9 109.1 79.0 42.2 25.5 16.030 14.5 106.0 77.0 41.1 24.8 15.540 10.3 100.9 73.8 39.3 23.6 14.750 7.7 96.4 71.0 37.8 22.7 13.960 6.0 92.6 68.5 36.4 21.8 13.370 4.7 88.7 66.0 35.1 20.1 12.780 3.6 84.3 63.2 33.5 19.9 12.090 2.7 79.3 60.0 31.8 18.8 11.1100 1.0 - - - - -





00 ¥ - - - - -

10

1 995.5 165.5 115.9 62.4 38.6 25.52 495.4 156.8 109.5 58.9 36.3 23.85 195.5 143.6 101.0 54.2 33.3 21.610 95.4 133.3 94.5 50.6 31.0 20.015 62.0 127.1 90.5 48.5 29.6 19.020 45.3 122.6 87.6 46.9 28.6 18.225 35.3 119.0 85.3 45.6 27.7 17.630 28.5 115.8 83.3 44.6 27.0 17.140 20.1 110.8 80.1 42.8 25.9 16.350 14.9 106.4 77.3 41.2 24.9 15.660 11.4 102.4 74.7 39.8 24.0 14.970 8.8 98.5 72.2 38.5 23.1 14.380 6.7 94.3 69.6 37.0 22.2 13.690 4.9 89.4 66.4 25.3 21.1 12.8100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

15

1 1493.0 172.6 119.6 64.4 39.9 26.42 743.0 162.6 113.6 60.9 37.6 24.85 293.0 149.3 104.7 56.2 34.6 22.610 142.9 139.1 98.2 52.7 32.3 20.915 92.8 132.9 94.2 50.5 30.9 19.920 67.7 128.3 91.3 48.9 29.9 19.225 52.6 124.7 89.0 47.6 29.0 18.630 42.6 121.7 87.6 46.6 28.4 18.140 29.9 116.6 83.8 44.8 27.2 17.250 22.1 112.2 81.0 43.3 26.2 16.560 16.9 108.2 78.5 41.9 25.3 15.970 13.0 104.3 76.0 40.5 24.4 15.280 9.8 100.1 73.3 39.1 23.5 14.590 7.0 95.0 70.0 37.3 22.3 13.7100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

20 1 1990.5 176.7 122.2 65.8 40.8 27.12 990.5 166.7 115.8 62.3 38.6 25.45 390.4 153.4 107.4 57.7 35.5 23.310 190.3 143.2 100.8 54.1 33.2 21.615 123.6 137.0 96.8 51.9 31.8 20.620 90.1 132.4 93.9 50.4 30.8 19.8




25 70.0 128.8 91.6 49.1 30.0 19.230 56.6 125.8 89.7 48.0 29.3 18.740 39.7 120.7 86.4 46.2 28.1 17.950 29.4 116.3 83.6 44.7 27.1 17.260 22.3 112.3 81.1 43.3 26.2 16.570 17.1 108.4 78.6 41.9 25.4 15.980 12.9 104.2 75.9 40.5 24.4 15.290 9.2 99.2 72.6 38.7 23.3 14.4100 1.0 - - - - -


00 ¥ - - - - -

25

1 2488.0 179.9 124.2 66.9 41.5 27.62 1238.0 169.9 117.9 63.4 39.3 26.05 487.9 156.6 109.4 58.8 36.3 23.810 237.8 146.4 102.8 55.2 33.9 22.115 154.3 140.2 98.9 53.1 32.5 21.120 112.5 135.6 96.0 51.5 31.5 20.425 87.4 132.0 93.7 50.2 30.7 19.830 70.6 129.0 91.7 49.1 30.0 19.340 49.4 123.8 88.4 47.3 28.8 18.450 36.6 119.5 85.7 45.8 27.9 17.760 27.8 115.5 83.1 44.4 27.0 17.670 21.3 111.6 80.6 43.1 26.1 16.480 16.0 107.4 78.0 41.6 25.1 15.790 11.4 102.4 74.7 39.8 24.0 14.9100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

30 1 2985.5 182.5 125.9 67.8 42.1 28.02 1485.4 172.5 119.5 64.4 39.9 26.45 585.4 159.2 111.1 59.7 36.9 24.210 285.2 149.0 104.5 56.1 34.5 22.515 185.1 142.8 100.5 54.0 33.1 21.520 134.9 138.2 97.6 52.0 32.1 20.825 104.8 134.6 95.3 51.1 31.3 20.230 84.6 131.6 93.4 50.0 30.6 19.740 59.2 126.4 90.1 48.2 29.4 18.850 43.8 122.1 87.3 46.7 28.4 18.160 33.2 118.1 84.8 45.3 27.5 17.570 25.4 114.2 82.3 44.0 26.7 16.8




80 19.1 110.0 79.6 42.5 25.7 16.290 13.5 104.9 76.3 40.7 24.6 15.3100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

35

1 3483.0 184.7 127.3 68.6 42.6 28.42 1732.9 174.7 121.0 65.1 40.4 26.75 682.9 161.4 112.4 60.5 37.4 24.610 332.7 151.2 105.9 56.9 35.0 22.915 215.9 145.0 101.9 54.7 33.6 21.920 154.4 140.4 99.1 53.1 32.6 21.125 122.2 136.8 96.7 51.9 31.8 20.530 98.6 133.7 94.8 50.8 31.1 20.040 69.0 128.6 93.7 50.2 30.7 19.850 51.0 124.3 88.7 47.5 28.9 18.560 38.7 120.3 86.2 46.1 28.0 17.870 29.6 116.4 83.7 44.7 27.2 17.280 22.3 112.3 81.1 43.3 26.2 16.590 15.7 107.1 77.8 41.5 25.1 15.7100 1.0 - - - - -


00 ¥ - - - - -

40

1 3980.5 186.6 128.5 69.3 43.0 28.72 1980.4 176.6 122.2 65.8 40.8 27.15 780.3 163.3 113.7 61.2 37.8 24.910 380.1 153.0 107.1 57.6 35.5 23.215 246.6 146.9 103.2 55.4 34.1 22.220 180.0 142.4 100.3 53.8 33.0 21.525 139.5 138.7 98.0 52.5 32.2 20.930 112.6 135.6 97.1 52.1 31.9 20.640 78.8 130.5 92.7 49.7 30.4 19.550 58.2 126.2 89.9 48.2 29.4 18.860 44.2 122.2 87.4 46.8 28.5 18.270 33.7 118.3 84.9 45.4 27.6 17.580 25.4 114.2 82.3 44.0 26.7 16.890 17.9 106.1 79.0 42.2 25.5 16.0100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

50 1 4975.5 189.8 130.6 70.4 43.8 29.22 2475.4 179.8 124.2 66.4 14.5 27.65 975.3 166.5 115.7 62.3 38.5 25.4




10 475.1 156.2 109.1 58.7 36.2 23.715 308.2 150.0 105.2 56.5 34.8 22.720 224.6 145.5 102.3 54.9 33.8 22.025 174.3 141.9 100.0 53.7 32.9 21.430 140.7 138.8 98.0 52.6 32.2 20.940 98.4 133.7 94.8 50.8 31.1 20.050 72.6 129.4 92.0 49.3 30.1 19.360 55.1 125.4 89.4 47.9 29.2 18.770 42.0 121.5 86.9 46.5 28.3 18.080 31.6 117.4 84.3 45.1 27.4 17.490 22.2 112.2 81.0 43.3 26.2 16.5100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

60

1 5970.5 192.4 132.2 71.3 44.4 29.62 2970.4 182.4 125.9 67.8 42.1 28.05 1170.2 169.1 117.4 63.2 39.0 25.810 570.0 158.8 110.8 59.6 36.8 24.215 369.7 152.6 106.9 57.4 35.4 23.120 269.4 148.1 104.0 55.8 34.3 22.425 209.1 144.6 101.6 54.6 33.5 21.830 168.7 141.4 99.7 53.5 32.8 21.340 118.0 136.3 96.4 51.7 31.7 20.550 87.1 132.0 93.6 50.2 30.7 19.860 66.0 128.0 91.1 48.8 29.8 19.170 50.3 124.1 88.6 47.4 28.9 18.580 37.8 119.9 86.0 46.0 28.0 17.890 26.6 114.9 82.7 44.2 26.9 17.0100 1.0 - - - - -





00 ¥ - - - - -

70

1 6965.4 194.6 133.6 72.1 4.8 30.02 3465.4 184.6 127.3 68.6 42.6 28.45 1365.2 171.3 120.1 63.9 39.6 26.210 664.9 161.0 112.2 60.4 37.3 24.515 431.2 154.9 108.3 58.2 35.9 23.520 314.2 150.3 105.4 56.6 34.8 22.825 243.8 146.7 103.0 55.3 34.0 22.230 196.8 143.6 101.1 54.3 33.3 21.740 137.5 138.5 97.8 52.5 32.2 20.850 101.5 134.2 95.0 51.0 31.2 20.160 176.9 130.2 92.5 49.6 30.3 19.570 58.6 126.3 90.0 48.2 29.4 18.880 44.0 122.1 87.4 46.8 28.5 18.190 30.9 117.0 84.1 45.0 27.3 17.3100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

80 1 7960.4 196.5 134.8 72.7 45.3 30.3




2 3960.4 186.5 128.5 69.2 43.0 28.75 1560.2 173.2 120.0 64.6 40.0 26.510 759.8 162.9 113.4 61.0 37.7 24.815 492.8 156.8 109.5 58.9 36.3 23.820 359.0 152.2 106.6 57.3 35.3 23.125 278.6 148.6 104.3 56.0 34.4 22.530 224.8 145.5 102.3 55.0 33.8 22.040 157.1 142.5 99.0 53.1 32.6 21.150 115.9 136.1 96.2 51.6 31.6 20.460 87.8 134.0 93.7 50.2 30.7 19.870 66.9 128.2 91.2 48.9 29.8 19.180 50.2 124.0 88.6 47.4 28.9 18.490 35.2 118.9 85.3 45.6 27.7 17.6100 1.0 - - - - -00 ¥ - - - - -

90

1 8955.4 198.2 135.9 73.3 45.7 30.62 4455.3 188.2 129.6 69.8 43.4 29.05 1755.1 174.9 121.1 65.2 40.4 26.810 854.7 164.6 114.5 61.6 38.1 25.115 554.3 158.4 110.6 59.4 36.7 24.120 403.8 153.9 107.7 57.9 35.6 23.325 313.3 150.3 105.3 56.6 34.8 22.830 252.8 147.2 103.4 55.5 34.1 22.240 176.7 142.1 100.1 53.7 33.0 21.450 130.3 137.7 97.3 52.2 32.0 20.760 98.7 138.8 94.8 50.8 31.1 20.070 75.2 129.9 92.3 49.4 30.2 19.480 56.4 125.7 89.6 48.0 29.3 18.790 39.6 120.6 86.4 46.2 28.1 17.9100 1.0 - - - - -


00 ¥ - - - - -100 1 9950.4 199.7 136.9 73.8 46.0 30.8

2 4950.3 189.7 130.5 70.4 43.8 29.25 1950.1 176.4 122.0 65.7 40.7 27.010 949.6 166.1 115.5 62.1 38.4 25.315 615.8 159.9 111.5 60.0 37.0 24.320 448.6 155.4 108.6 58.4 36.0 23.625 348.1 151.8 106.3 57.1 35.2 23.0




30 280.9 148.7 104.4 56.0 34.5 22.540 196.3 143.6 101.1 54.2 33.3 21.650 144.8 139.2 98.3 52.7 32.3 20.960 109.6 135.3 95.7 51.3 31.4 20.370 83.6 131.4 93.3 50.0 30.5 19.680 62.6 127.2 90.6 48.5 29.6 19.090 43.9 122.1 87.3 46.7 28.4 18.1100 1.0 - - - - -

b. Pluviometría

La información pluviométrica de la Estación de origen (Weberbauer) y la obtenida mediante análisis regional de la estación destino simulada (Lluchubamba), han permitido obtener un factor de transferencia de 2.13 utilizando el criterio de “cantidad de agua precipitable”. Factor con el cual se transfiere la información procesada desde la localidad de origen hasta la localidad del proyecto.

2.3. Información Cartográfica

La información cartográfica de la zona de influencia del proyecto está constituida por los mapas cartográficos del Instituto Geográfico Nacional; hoja 15-g, San Marcos; hoja 16-g, Cajabamba; hoja 15-h, Bolívar.

Los datos transferidos hacia estación simulada José Sabogal, serán relativos a la cota de mayor altitud (4 000 msnm), por seguridad en la evaluación hidrológica de todo el proyecto.

De acuerdo con la información cartográfica, la topografía del área drenable del proyecto se caracteriza por ser sumamente quebrada e irregular, con relieves que varían desde muy fuertes hasta muy escarpados, lo que permite clasificar al área colectora como altamente drenable y altamente degradable.

Igualmente, la morfología del sistema hidrológico, permite tipificar a la microcuenca como un sistema hidrológico; de altas concentraciones de flujo donde los hidrogramas de picos instantáneos son muy altos, seguido de recesiones rápidas.

La red hidrográfica del área de influencia que intercepta el proyecto está conformada por quebradas intermitentes, con altas capacidades de transporte de material sólido, con bajas concentraciones de sólidos gruesos por estar ubicado el proyecto en cabeceras de cuencas.




El almacenamiento momentáneo, tanto en el área drenable como en la red hidrográfica es importante lo que contribuye a una disminución importante del caudal de escorrentía directa.

3. HIDROLOGÍA DEL SISTEMA DE DRENAJE

La hidrología concerniente al drenaje de carreteras comprende el sistema interceptor de flujos laterales (cunetas y canales de coronación) y el sistema transversal de evacuación de aguas (alcantarillas, puentes, pontones, badenes). En este caso, la infraestructura del sistema de drenaje del proyecto lo conforman: cunetas, alcantarillas, pontones y badenes.

Tanto las cunetas como los canales de coronación, constituyen las estructuras laterales de intercepción más importantes del sistema de drenaje longitudinal; pues su función es captar las aguas de escorrentía directa, conducirlas y evacuarlas o entregarlas al sistema transversal de drenaje más próximo.

El proyecto, materia del presente estudio, tiene un área de influencia drenable que se desarrolla entre las cotas 1 200 y 4 000 m.s.n.m. Por la topografía muy quebrada del terreno, se estima que el 70% de los flujos de escorrentía directa se concentran en las pequeñas quebradas de las microcuencas y sólo el 30% restante drena directamente hacia la carretera.

3.1. Intensidades de diseño

Teniendo en cuenta la categoría del camino, la seguridad y la economía del proyecto, las intensidades máximas de diseño, para los tramos en consideración, se seleccionan de acuerdo a las condiciones y criterios siguientes:

Del cuadro de intensidades máximas, seleccionamos el evento de diseño de 62 años de tiempo de retorno, correspondiente a una incertidumbre o riesgo de predicción de 15%, en un periodo de 10 años consecutivos. Luego, considerando el tiempo de concentración promedio de 50 minutos y el factor de transferencia de transferencia de 2.13, se concluye que la intensidad máxima de diseño es de 68 mm/h.

3.2. Máxima escorrentía directa en cunetas

Según características topográficas del área colectora, cobertura vegetal, almacenamiento transitorio, distribución espacial y temporal, el coeficiente de escorrentía directa ponderado estima en 0.20.

El caudal máximo de escorrentía directa se estima mediante el Método Racional de la ecuación (7).




Q Max = Gasto máximo de escorrentía directa, m3/s.

I = Intensidad máxima de diseño, mm/h

A = Área colectora, Ha

C = Coeficiente de escorrentía directa

Mediante la aplicación de la ecuación (7), teniendo en cuenta además las longitudes de los elementos interceptores de flujo, se obtienen los gastos de escorrentía directa máxima 0.74 L/s por cada metro longitudinal de trocha (0.74 L/sxm)

3.3. Degradación de la Cuenca y Transporte de Sedimentos

Lo accidentado del relieve de la cuenca (39.6%), escasa cobertura vegetal, alta pluviosidad (1 600 mm/año) e intensas precipitaciones, hace prever una alta capacidad erosiva del área drenable del proyecto.

a. Pérdida de Suelo

La degradación de la cuenca se debe, generalmente, a la erosión hídrica y al transporte de sólidos por la escorrentía directa. El potencial erosivo tiene relación directa con la pendiente de la cuenca y el grado de pluviosidad, esta relación puede expresarse mediante la ecuación (8). Dada la importancia de esta ecuación, se define a continuación las variables y parámetros involucrados.

Degradación: Pérdida de suelo desde el área tributaria.

Módulo Pluviométrico: Lámina de precipitación total anual.

Coeficiente Orográfico: Parámetro adimensional que explica la potencialidad dinámica e hidroenergética del sistema hidrológico, y por tanto el potencial erosivo.

Factor de Entrega: No todo el material removido o erosionado abandona el sistema hidrológico, junto con el agua de escorrentía, sino, que parte del material sólido vuelve a sedimentarse en las depresiones y áreas bajas de menor pendiente de la misma cuenca. El coeficiente por el que hay que multiplicar la degradación potencial, para obtener la cantidad neta de sólidos que abandona el sistema se llama Factor de Entrega, es siempre menor que la unidad y depende del tamaño del área receptora-colectora. Aumenta al disminuir el área y viceversa.




Co = H2 /A

S : Degradación específica, Tn./Ha x añoPm : Precipitación del mes de Máxima pluviosidad, mmP : Módulo pluviométrico, mmCo : Coeficiente orográfico, %H : Altitud media del área colectoraA : Área colectora

El área colectora (8 080 Ha) del proyecto tiene una altitud promedio de 3 300 m.s.n.m, precipitación máxima anual de 1600 mm y una precipitación máxima del mes (Marzo) de 380 mm; con lo cual, mediante la aplicación de la ecuación (8), se determina que el potencial erosivo es de 2.74 Tn / Ha * año. Asumiendo un factor de entrega de 0.18, se determina que el aporte neto de sedimentos es de 0.50 Tn / Ha*año.

b. Transporte de SedimentosSe estima que, de la cantidad total neta de sedimentos (4 040 Tn), el 80% (3 232 Tn) corresponde a sólidos en suspensión; mientras que sólo el 20% (808 Tn) restante son sólidos de arrastre, concentrados en la quebradas de mayor orden.

4. HIDRÁULICA DEL DRENAJE SUPERFICIAL

Uno de los aspectos más importantes en la hidráulica del drenaje transversal (puentes, pontones, alcantarillas, badenes) es, sin lugar a dudas, la modificación que puede sufrir la sección transversal del cauce, debido a la presencia de las estructuras de paso, tanto en su geometría como en sus dimensiones transversales. Es de hacer hincapié que, en lo posible la sección transversal del cauce no debe ser modificada, sobre todo en sus dimensiones naturales, pues los ensanchamientos o estrechamientos modifican completamente el patrón de flujo, cuya distorsión provoca sedimentación o erosión localizada y por lo tanto, daños debido a inundaciones o por socavamientos.

El cálculo hidráulico del sistema de drenaje, por gravedad, se realiza mediante la ecuación (9) de Manning.




Q = Gasto de conducción, m3/sA = Área hidráulica, m2

R = Radio hidráulico, mS = Gradiente hidráulicon = Rugosidad de Manning

4.1. Hidráulica de Cunetas

Las cunetas se han diseñado con un ángulo de reposo de taludes muy superior al ángulo de reposo del material en estado saturado, sin revestimiento, con caudales equivalentes al 30% del flujo drenable total; puesto que el 70% de la escorrentía lo constituye el flujo concentrado en las depresiones de los cauces establecidos.

Teniendo en cuenta la topografía y relieve del terreno, la longitud máxima de desagüe de las cunetas ha sido fijada en 400 m, en promedio. Con esta longitud, el gasto específico calculado de 0.74 L/sxm y asumiendo el criterio que el sistema de coronación intercepta un 35% de las aguas de escorrentía directa, el caudal de diseño se estima en aproximadamente 168 Lts/s.

Mediante la aplicación de la ecuación de Maning (9), se tiene que para una sección de cuneta típica más desfavorable, los datos de entrada y salida son los que se muestran a continuación:

Diseño de Cuneta Típica

Datos de entrada:

Caudal = 0.168 m3/sTalud = 1.00Rugosidad = 0.018 (concreto)Ancho solera = 0.00 m (sección triangular)Pendiente = 0.020 (más desfavorable)

Datos de Salida:

Tirante normal = 0,3067 mPerímetro mojado = 0,8674 mÁrea hidráulica = 0,0940 m2

Radio hidráulico = 0,1080 mPelo de agua = 0,6133 m




Velocidad = 1,7864 m/sNúmero de Froude = 1.4566 (flujo supercrítico)Energía específica = 0,4693 mxKg/Kg

Carpeta 0.60

1 0.30

1

Fig. 01. Sección transversal típica de cunetas

4.2. HIDRÁULICA DE ALCANTARILLAS

En general, la geometría de la sección transversal de las alcantarillas será de la forma circular tipo ARMCO. Habrá dos tipos de alcantarillas, de acuerdo con su ubicación, las que obligadamente se sitúan en las depresiones topográficas o cauces naturales establecidos y las que se ubican en puntos sin cursos establecidos. Ambas, se dimensionarán con los caudales máximos de escorrentía obtenidos en el estudio hidrológico.

a. Alcantarillas ubicadas en depresiones o cauces establecidos

Este tipo de alcantarillas, se proyectarán con capacidad para evacuar rápidamente las descargas máximas concentradas en cada depresión, más el caudal que entrega la cuneta o las cunetas cuando exista contra pendientes con confluencia en el mismo cauce.

Estas alcantarillas, de sección circular, serán metálicas tipo TMC (coeficiente de Manning: n = 0.032). La capacidad será tal, que permita evacuar el caudal máximo obtenido del estudio hidrológico, más el gasto sólido de arrastre. El diseño deberá satisfacer la velocidad crítica de arrastre, a fin de controlar la sedimentación.

b. Alcantarillas ubicadas en puntos sin cursos establecidos (aliviaderos)




Este tipo de alcantarillas se sitúan, necesariamente, en tramos en contra pendiente, y en otros casos, cuando la distancia entre alcantarillas de depresiones sea muy grande, pudiendo en este caso la cuneta exceder su capacidad de conducción y desbordar, deteriorando la vía. En este último caso, se ha previsto colocar alcantarillas intermedias, cuando la distancia entre 2 alcantarillas de depresión consecutivas sea mayor que 300 m. La ubicación de estas alcantarillas deberá hacerse con criterio técnico con el objeto de no provocar cambios debido a fenómenos erosivos. Cuando la evacuación no se hace hacia áreas de pendiente moderada y geológicamente estables, pronto aparecen cárcavas que van progresando con el tiempo, erosionando y arrastrando masas de suelo cada vez más grandes, hasta el punto de deteriorar y desestabilizar la misma vía. La ubicación de este tipo de alcantarillas en relieves fuertes y escarpados, en zonas de alta pluviosidad, provoca serios problemas de impacto ambiental negativo, destruyendo el suelo y el paisaje. Cuando la evacuación tiene que realizarse inevitablemente hacia áreas vulnerables a la erosión, se recomienda que el agua sea conducida hasta los cauces naturales más próximos, ya sea mediante canales revestidos, dotados con sistemas de disipación de energía, o mediante tuberías; pero ello naturalmente implica incrementar los costos del proyecto; incrementos que habría que sopesar con los costos de Impacto Ambiental negativo.

La práctica actual de la Ingeniería de Carreteras, en el afán de reducir los costos a un mínimo valor, se mezquina mucho el sistema de drenaje y la estabilidad de taludes en corte de laderas; hecho que a la larga, el proyecto resulta siendo muchísimo más costoso por la frecuencia con que se realiza el mantenimiento o reposición de la vía.

Al igual que las alcantarillas en depresiones, las alcantarillas aliviaderos tendrán la misma geometría y serán del mismo material, esto es, metálicas tipo TMC (n = 0.032). La capacidad de conducción será tal, que permita evacuar rápidamente el caudal previsto en el estudio hidrológico, más los sólidos de arrastre y en suspensión. En caso de cunetas en contra pendiente, la alcantarilla será capaz de evacuar las descargas, tanto de líquidos como de sólidos, que provienen de ambos lados de las cunetas.

El cálculo hidráulico de alcantarillas, cualquiera que sea el tipo, se realiza también mediante la ecuación (9) de Manning. En concordancia con la topografía del cauce, se ha procurado siempre un diseño en régimen supercrítico, muy cercano al límite crítico; lo cual permitirá una máxima capacidad vertedora de la alcantarilla con auto limpieza hidráulica del probable material sedimentario. De acuerdo a lo anteriormente dicho, todos los Números de Froude del drenaje transversal están comprendidos entre el valor mínimo de 1.002 hasta un máximo 1.21, con lo cual queda demostrado la eficacia del funcionamiento del sistema transversal.




Estructuras transversales de sección circular (alcantarillas)

Las estructuras transversales, de sección circular, están constituidas por las alcantarillas metálicas tipo TMC proyectadas para todos los tres tramos del proyecto; decisión adoptada no sólo por la facilidad de transporte y de colocación, sino también por la escasez de agregados locales para la preparación de concreto armado.

El cálculo hidráulico de alcantarillas se realiza mediante la aplicación de la ecuación de Manning (9), teniendo en cuenta los elementos hidráulicos de la sección circular dadas por las expresiones (10), (11) y (12). Los resultados de tales cálculos se presentan en los cuadros correspondientes,

Fig. 02. Elementos en la sección transversal circular

(10)

(11)




(12)

= Área hidráulica= Diámetro= Perímetro mojado= Radio hidráulico= Tirante hidráulico= Pelo de agua

Estructuras transversales de sección parabólica (badenes)

Fig. 03. Elementos de la sección parabólica

Los elementos de la sección transversal de la forma parabólica se expresan mediante las ecuaciones (13), (14) y (15). También el cálculo hidráulico de esta sección transversal se realiza mediante la ecuación de Manning.

(13)

(14)

(15)

= Área hidráulica= Perímetro mojado




= Radio hidráulico= Pelo de agua= Longitud= Tirante hidráulico

Cálculo hidráulico alcantarilla ubicada en progresiva Km 09 + 545.20

A modo de ejemplo verificamos el cálculo hidráulico de la alcantarilla metálica tipo TMC, ubicada en la progresiva 09+545.20, donde se tienen los datos de entrada y salida que se detallan a continuación:

Datos de entrada:

Caudal = 0.855 m3/sDiámetro = 0.90 mRugosidad = 0.032 (coeficiente n de Manning)Pendiente = 0.030

Datos de Salida:

Tirante normal = 0.5397 mPerímetro mojado = 1.5943 mÁrea hidráulica = 0.3983 m2Radio hidráulico = 0.2498 mPelo de agua = 0.8820 mVelocidad = 2.21469 m/sNúmero de Fraude = 1.2274 (Flujo supercrítico)Energía específica = 0.7572 Kgxm/Kg

Como puede observarse (Froude 1.0599), el régimen supercrítico de flujo se encuentra muy cercano al régimen crítico (Fraude 1.000), con lo cual se asegura que la alcantarilla tendrá una máxima capacidad vertedora con muy escasa probabilidad de sedimentación.

Del mismo modo se han realizado todos los cálculos hidráulicos de otras alcantarillas mostradas en los cuadros correspondientes.

4.3. HIDRÁULICA DE BADENES

Los badenes proyectados serán de concreto y se diseñarán con capacidad para evacuar las máximas descargas obtenidas en el estudio hidrológico.

Estas estructuras se dimensionarán con capacidad suficiente como para evacuar, tanto el gasto máximo de agua de escorrentía así como los sólidos




de arrastre, en situaciones más críticas. La velocidad crítica, para el arrastre de sólidos pétreos de hasta un tamaño de 3 pulgadas, con pendientes de hasta un 3%, se estima que es de 2.40 m/s; por lo que en el diseño hidráulico de badenes se tendrá sumo cuidado en verificar que se cumpla en lo posible la condición de arrastre en los cauces naturales bajos, ya que en los cauces altos y en alcantarillas aliviaderos, el material de transporte está básicamente constituido por sólidos finos en suspensión.

El cálculo hidráulico de Badenes se realiza mediante la ecuación de Manning (9), teniendo en cuenta los elementos de la sección parabólica, dadas por las relaciones (13), (14) y (15).

Cálculo hidráulico badén ubicado en progresiva Km. 09+660

A manera de ejemplo se realiza el cálculo hidráulico del badén ubicado en la progresiva 09+660, cuyos datos de entrada y de salida se detallan a continuación:

Datos de entrada:

Caudal = 7.550 m3/sLongitud = 7.00 mPelo de agua = 6.80 mRugosidad = 0.025 (concreto)Pendiente = 0.05

Datos de Salida:

Tirante normal = 0.4308 mÁrea hidráulica = 1.9530 m2Perímetro mojado = 6.8728 mRadio Hidráulico = 0.2226 mVelocidad = 3.8659 m/sNúmero de Fraude = 2.0308 (Flujo supercrítico)Energía específica = 0.5678 mxKg/Kg

5. COMENTARIOS SOBRE IMPACTO AMBIENTAL DEL DRENAJE DE CARRETERAS

Resulta irónico en esta época que el ingeniero de caminos aún no comprenda que su obra tiene repercusión negativa en la ecología y el paisaje, aún cuando tenga impacto positivo en el orden social y económico. El problema se agrava si se tiene en cuenta que en Perú la evaluación del impacto ambiental en carreteras no tiene todavía el marco legislativo – administrativo específico que permita prever, corregir y valorar los impactos que sobre el entorno puede producir un proyecto de caminos.




La lista de orientación de posibles impactos se puede analizar en dos etapas: fase de construcción y fase de operación

5.1. Impacto en la Fase de Construcción

Se refiere al impacto por erosión y perdida de suelo, desestabilización de taludes, destrucción de vegetación, valores paisajísticos. El problema es aún más acentuado cuando tienen que realizarse cortes en laderas de fuertes pendientes, como es el caso del presente proyecto. Es necesario que en el estudio se tenga en cuenta los lugares propicios para botaderos del desmonte provenientes de los tramos de cortes.

5.2. Impacto en la Fase de Operación

Comprende el impacto debido a erosiones de la escorrentía directa por falta o deficiencias de los sistemas de drenaje superficial y falta o deficiencias en la estabilización de taludes en los tramos de corte. Los problemas de erosión más frecuentes se deben a las incorrectas entregas de los sistemas colectores laterales (canales de coronación, cunetas) a los cauces naturales y más aún cuando estas entregas no se hacen a dichos cursos sino a otras áreas vulnerables a la erosión, dando origen a socavamientos y cárcavas que van progresando con el tiempo. Los drenes transversales o alcantarillas mal planteadas también causan los mismos problemas erosivos que los drenes laterales, con consecuencias aún más graves. La falta de inclinación de la banqueta hacia el talud con pendiente positiva (hacia la cuneta) en las zonas de corte puede provocar daños erosivos por escorrentía en el otro talud de pendiente negativa y aguas abajo.

Los taludes de las zonas de corte, cuando no se les ha dado cuanto menos el ángulo de reposo del material en estado saturado, sufren derrumbes o desprendimientos de grandes masas de suelo aumentando los problemas erosivos y los costos de mantenimiento de la vía.

El impacto ambiental se basa en el diseño de matrices de impactos versus factores ambientales afectados, que será objeto de una valoración cuantitativa y/o cualitativa, cuyo resultado será una valoración global del impacto del proyecto sobre el medio. Con esta base, luego se plantean las medidas correctivas para la mitigación de las alteraciones o impactos.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. Conclusiones




- El gasto específico de diseño del sistema de drenaje lateral (cunetas), es de 0.74 L/s*m.

- La intensidad máxima transferida a la localidad del proyecto, para en

tiempo de concentración promedio de 55 minutos, y para las condiciones probabilísticas adoptadas, ha sido estimada en 68 mm/h.

- La degradación neta promedio en el área de estudio ha sido estimada en 0.50 Tn/Ha x año. Se estima que el 80% constituye material en suspensión y el 20% restante lo constituyen los sólidos de arrastre, por estar localizado el proyecto en cabecera de cuencas.

- Las estructuras más importantes de drenaje proyectadas en el presente estudio, como son los badenes, hacia donde llegan importantes cantidades de material de arrastre, han sido diseñadas con velocidades mayores que la velocidad crítica de arrastre (2.40 m/s), con lo cual se prevé una limpieza automática.

- Todas las alcantarillas proyectadas en el presente estudio son metálicas del tipo TMC y se han diseñado en régimen supercrítico, muy cercano al límite crítico, con lo cual se está garantizando una máxima capacidad vertedora y una muy baja probabilidad de sedimentación del material de arrastre.

- Las cunetas existentes, sin revestimiento, no están funcionando debido a la colmatación prematura por inestabilidad de taludes y falta de mantenimiento.

6.2. Recomendaciones

- Las alcantarillas o drenes transversales ubicados en puntos donde no existan cauces establecidos, deberán drenar hacia sitios poco vulnerables a la erosión, para evitar no sólo la desestabilización de las estructuras, sino también para reducir al mínimo el impacto ambiental negativo.

- Los taludes, en zonas de corte, deberán tener como mínimo el ángulo

de reposo en estado saturado, para garantizar la estabilidad de los mismos. Con ello se evita problemas de degradación, colmatación de cunetas e incrementos sustanciales en los costos de mantenimiento.

- En lo posible, las cunetas deben descargar a las alcantarillas o drenes transversales, de no ser así, deberán hacerlo hacia los cursos naturales más próximos o hacia zonas previamente seleccionadas por




su baja vulnerabilidad a la erosión. Esto ocurre frecuentemente en los tramos en curva.

- En las zonas de corte en laderas, la banqueta debe tener una inclinación transversal suficiente (5%), como para drenar el agua hacia la cuneta interior y evitar así la erosión en el talud opuesto.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. CEPARATA: “Análisis Regional de las Cuencas de los Ríos Cajamarquino y Jequetepeque”, Cajamarca 1996.

2. O. Ortiz Vera: “Pronóstico de Variables Aleatorias en el Diseño de Ingeniería”, UNC, 2003.

3. O. Ortiz Vera: “Metodología de Transferencia de Información Hidrológica”,

UNC, 2004

4. O. Ortiz Vera: “El Número de Oswald, un Aporte a la Ingeniería Hidrológica”, ELPAH, Chile-2005.




5. O. Ortiz Vera: “Evaluación Hidrológica”, HIDRORED, Chile, 2008.


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