Estudio Hidrologico Puente Padre Abad-Aguaytía

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

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ESTUDIO HIDROLOGICO PARA “MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI” 1. GENERALIDADES El presente estudio se realiza con la finalidad de mejorar y construir el nuevo puente que cruza por el río y que al demarcar la Sub cuenca, a partir de las coordenadas donde se ubica el proyecto de la construcción del puente para mejorar la construcción de un puente viga losa de concreto armado de 25 m de longitud en la progresiva 01+230 con estribos de concreto armado y baranda metálica, observamos que el área de influencia de drenaje es grande por lo que para su cálculo de sus caudales máximos con diferentes períodos de retorno, se ha tenido que utilizar métodos y que mediante comparaciones se ha optado por los resultados que mejor han dado sobre el proyecto especificado. Para ello se ha tenido en cuenta que todo estudio que se relaciona con el recurso hídrico es importante efectuar el análisis hidrológico con la finalidad de evaluar el comportamiento del caudal que recorre en todo el área a través de un dren principal que es la quebrada, ya sea en sus máximas y mínimas descargas y que mediante los parámetros meteorológicos y geomorfológicos sean calculados el dimensionamiento en las obras hidráulicas del Proyecto, dónde el caudal de aguas de lluvia en excesos provocados por el drenaje pluvial será prevenido antes del ingreso a la del proyecto de la construcción del puente mediante estructuras de prevención. Los datos de precipitación son obtenidos de las estaciones cercanas a las coordenadas del Proyecto con la finalidad de evaluar cuantitativamente el caudal que escurre en el punto indicado teniendo en cuenta el área de la sub cuenca de la sub cuenca, con la metodología y datos de precipitación de la estación de Pucallpa (Campo Verde), para luego contar con éstas láminas de agua y ser transformadas en volúmenes de agua, y en escorrentías superficiales durante los doce meses del año, considerando las disponibilidad de agua en la cuenca Alta para su utilización del estudio hidrológico en la

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construcción del Puente en sus máximas avenidas con diferentes períodos de retorno que es necesario conocer para su dimensionamiento de la estructura del Puente. Ubicación del Proyecto DEPARTAMENTO :

UCAYALI

PROVINCIA

:

PADRE ABAD

DISTRITO

:

PADRE ABAD

LUGAR

:

Caserío El Porvenir

ALTITUD

1.2. Objetivos del estudio

: 342.50 M.S.N.M.

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El objetivo del presente Estudio Hidrológico tiene como fin el estudio hidrológico solamente para el puente considerado el “MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI” -

Determinar las características hidrológicas de respuesta lluvia-escorrentía, con intensidades máximas a diferentes períodos de retorno.

-

Estimar el cálculo del caudal Máximo con diferentes períodos de retorno en el Tramo donde se ubica la estructura de la construcción del Puente.

-

Determinar la profundidad de Socavación donde se ubicará los estribos del puente Carrozable en ambas márgenes con datos del especialista de Geotecnia.

2.0

ETAPAS QUE COMPRENDE EL ESTUDIO

Con el fin de concretar los criterios adecuados para conocer las características hidrológicas del sector, se realizó el estudio en las siguientes etapas y con los medios que se contaban: Las características principales de una cuenca son: forma, área, perímetro, pendiente, relieve, altitud, red de drenaje, orientación, a lo que es necesario asociar las características de la Sub cuenca alta de la quebrada, como son su área, perímetro y su pendiente. Cuando se trata de evaluar la cantidad de agua caída sobre una cuenca se tiene que ver la influencia de la disposición de los pluviómetros. En nuestro caso no existe una estación Pluviométrica en el área del estudio. Donde un pluviómetro da información precisa de un solo punto, que es aquel en donde esta instalado, y por consiguiente extender la información de un solo pluviómetro a toda una micro cuenca y/o cuencas que abarca un área de 1.1464 kilómetros cuadrados con terrenos de altitudes variables, como los tipos de vegetación de Selva y altura, temperaturas muy altas templados y bajas en ciertos meses del año, etc., se hizo una

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extrapolación muy usada. Sin embargo en nuestro país no se cuenta con una red de pluviómetros, y en los casos que existen estos ofrecen diversas forma de control y están muy dispersos, además debido a los problemas sociales acaecidos en años anteriores en algunos casos se han desactivado y en otros tienen información incompleta, con datos históricos de pocos años que no establece la consistencia adecuado de los datos, por tal motivo se han tomados estaciones cercanas con características geomorfológicos similares. En la zona del proyecto no ha existido una estación de control pluviométrico, por lo que fueron tomados los datos de la estación Pluviométrica como Pucallpa (Campo verde) por en contrarse dentro y cercanas al área de la subcuenca alta del río con datos de promedios mensuales, máximas de 24 horas y máximas diarias caso de la estación de Pucallpa (Campo verde) del año 1981-2000, en forma incompleta. ETAPA DE PRECAMPO Comprendió la recopilación y ordenamiento de la información disponible referida a planos, perfiles y estudios del proyecto, hidrogramas de precipitaciones pluviales, y otras informaciones metereológicas, etc. En esta etapa se procedió a la delimitación de la Subcuenca, que lo conforman la quebrada y a la elaboración del plano base que fueron delimitadas a escala 1/25,000.Cartografía. Los materiales utilizados han sido obtenidos del Instituto Geográfico Nacional (IGN) y son los siguientes: 

Carta Nacional del Instituto Geográfico Nacional (IGN), a escala 1/100,000.



Planos topográficos a escala 1/25,000



Hojas:



Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).



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Guía Explicativa del Mapa Ecológico del Perú, ex ONERN – 1976.

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

TRABAJOS DE CAMPO: RECOLECCIÓN DE DATOS HIDROMETRICOS Y METEOROLÓGICA. Consiste en un recorrido del camino para su evaluación y observación de las características, relieve y aspectos hidrológicos de las quebradas así como la identificación del río existente como su comportamiento del volumen en las diferentes épocas del año de la cuenca alta de la quebrada con:

Reconocimiento de la zona (Tramo del río) -

Recopilación de información metereológica complementaria.

-

Reconocimiento de fuentes de agua

-

Reconocimiento del clima del Área de Influencia.

-

Informaciones verbales de parte de las comunidades beneficiarias zona (sub.

cuencas Utilizadas en el estudio) 

FASE DE GABINETE: ANALISIS DE LAS INFORMACIONES.

-

Demarcación de la Cuenca Alta de la quebrada, a partir del punto del proyecto Construcción del Puente para el cálculo de su área y luego tomar en cuenta su escurrimiento de las aguas proveniente de las precipitaciones pluviales de las partes altas, con la finalidad de conocer los parámetros fisiográficos, para su desarrollo del estudio hidrológico.

-

Procesamiento, análisis, determinación de los parámetros hidrológicos, para su diseño y cálculo del caudal superficial en el punto del Proyecto indicado.

-

Determinación de las intensidades de lluvia dentro del área de estudio, luego los caudales máximos con la finalidad de tener en cuenta su diseño en las estructuras de la construcción del puente que se plantearía.

-

Determinación y generación de precipitaciones máximas, y efectivas mediante métodos empíricos más apropiados para la zona.

-

Determinación y Generación de las Descargas máximas, para diferentes períodos de retorno en la cuenca de la quebrada que componen las quebradas de la cuenca, con

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cargas máximas en época de invierno de los ríos que se encuentran dentro de la sub cuenca que forman la quebrada hasta el punto del proyecto. -

Con los datos de laboratorio de la especialidad de Geotecnia, su cálculo de la profundidad de Socavación en los estribos en ambos márgenes del Puente Carrozable.

Las informaciones que se han utilizado son: a.

Pluviométrica La escorrentía existente producida en el área de estudio donde proviene exclusivamente de las precipitaciones pluviales caídas en la zona, especialmente de las partes altas de la cuenca alta de la quebrada, son tomadas en relación a las características fisiográficas, datos climatológicos y otras variables influyentes dentro de la similitud de precipitación como son: Las estaciones pluviométricas, localizadas en la zona de estudio o cercanas a ellas, para poder tener una mayor consistencia en los datos tomados son la que se anotan a continuación.

Estación Pluviométrica

b. Campo Verde

Ubicación Latitud Sur

Longitud Oeste

8º23’

74º32’

Provincia

Altitud m.s.n.m.

Coronel Portillo

154

Hidrometría Las áreas del punto de escurrimiento de la cuenca alta de la quebrada para el estudio indicado se encuentra a la altitud de 342.50 msnm. Aguas que escurren en todo el área de drenaje para luego formar un solo dren cuyos datos, proveniente de los micros cuencas que conforma la quebrada, para ello se ha generado las precipitaciones totales y efectivas en el punto del área de influencia del proyecto con el objetivo de obtener el escurrimiento producido en dicho dren del Yuracyacu.

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c.

COMPLEMENTACIÓN DE REGISTROS Las estaciones anteriormente mencionadas, cuentan con distintos periodos de registro y/o actualmente se encuentran paralizadas. En algunos casos fue necesario completar períodos faltantes para lo cual se recurrió a análisis de regresión a nivel anual. Luego los valores mensuales fueron determinados mediante una repartición porcentual tomando como base el promedio mensual y el valor anual determinado. De esta manera se cuenta hasta con 20 años de registro continuo para el periodo 1981-2000, de la Estación mas cercana Pucallpa, que permite caracterizar el comportamiento de la micro cuenca haciendo posible la generación de caudales en la sub. Cuenca de la quebrada en la parte alta, así mismo se trabajó con todas las estaciones que componen cada uno de las sub cuencas de la quebrada desde la parte más alta.(nacimiento del río) hasta el tramo del estudio, del Proyecto del Puente Carrozable sobre la quebrada.

d.

ANÁLISIS GRÁFICO Este primer análisis se realizó en base a los datos de precipitación registrados en las estaciones anteriormente indicadas. Se confeccionaron histogramas de precipitación total mensual para un periodo común de análisis (1981-2000), con el fin de comparar el comportamiento del parámetro. Los histogramas se muestran en los gráficos Nº 1 y Nº 2 del anexo Recurso Hídrico, correspondientes a la estación de Pucallpa. Se realizó un análisis visual por estación para detectar saltos y valores extremos pronunciados que no podrían ser de ocurrencia en un periodo determinado y luego verificado su estado de consistencia se determinó los valores para cada uno de las sub cuencas ó áreas donde se producen los escurrimientos superficiales que llegan al cauce principal de la quebrada. En esta evaluación se observó buena correspondencia entre los histogramas en algunos casos los datos se cambiaron por la poca consistencia, donde se supone

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podría ser por mala lectura, desconocimiento de datos del parte del lector, anotación al azar y otros motivos que pudieran existir.

3.0.-CLIMA DEL AREA DE INFLUENCIA

Este aspecto se ha analizado de acuerdo al mapa ecológico Nacional (ONER-1976),y según la clasificación climática de Leslie R.Holdrigde, el área de influencia de donde provenía las avenidas en la Quebrada que se ubica en la región altitudinal Tropical, lo que se clasifica en forma general dentro de la sub cuenca demarcada para su estudio de las máximas avenidas en sus respectivos punto de control, presentándose las siguientes formaciones ecológicas, en lo que se consiguieron datos en el mapa expuesto faltando algunos qué es necesario para su calculo de su coeficiente de escurrimiento dentro del área considerado y su recorrido del río en máximas avenidas donde se interpone con todo los obstáculos considerando para el cálculo del caudal su coeficiente de rugosidad considerado 0.065 a) Estepa Espinosa- Montano Bajo tropical (ee-MBT).-donde ésta zona de vida se encuentra entre los 2000 y 3100 m.s.n.m., donde sus características climáticas son: precipitación promedio anual que varía entre 532.8 a 226.6 mm. Con una temperatura promedio anual de 18.8 °C a 24.5 °C,ubicada en la provincia Humedad Semiárida, donde se cuenta con una evapotranspiración potencial total por año entre 2 y 4 veces el valor promedio anual de la precipitación.

b) Bosque Seco-Premontano Tropical (bs- PT).- Donde ésta zona se encuentra ubicado entre los 1000 a 2250 m.s.n.m., donde sus características climáticas posee una temperatura promedio anual entre los 17.4 °C á 10.9°C. ubicado en la provincia de Humedad Sub-Húmedo, donde la precipitación promedio total anual es de 972.9 a 449.3 mm.

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c) Bosque muy Húmedo-Montano Tropical (bmh –MBT).- Esta zona se distribuye desde los 2800 a 3800 m.s.n.m.cuya característica climática se cuenta con una precipitación promedio anual que varía entre los 1722 a 838.4 mm.y una temperatura media anual variable entre los 10.9°C a 6.5°C, donde la provincia se ubica en humedad-perhúmedo y con una evapotranspiración potencial total por año variable entre los 0.25 y 0.5 del promedio de la precipitación total por año.

d) Páramo Muy Húmedo-Sub Alpino Tropical (pmh – SAT ).- se extiende desde los 3900 y 4500 m.s.n.m.donde sus características climáticas son: precipitación promedio anual entre los 1254.8 á 584.2 mm. Y una temperatura anual variable de 6°C a 3.8°C, donde se ubica en la provincia de húmedo-perhúmedo contando con una evapotranspiración promedio anual de 0.25 a 0.5 veces de la precipitación media anual.

4.-PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LA SUBCUENCA QUEBRADA. La cuenca Alta de la quebrada, como unidad dinámica y natural refleja las acciones recíprocas entre el suelo, factores geológicos, agua y vegetación, proporcionando un resultado de efecto común: escurrimiento o corriente de agua, por medio del cual los efectos netos de estas acciones recíprocas sobre este resultado pueden ser apreciadas y valoradas. De allí que una de las premisas básicas del manejo de cuencas considera que la cantidad y velocidad de la corriente de agua representan las características naturales de cultivo de la cuenca que las origina. Numerosos son los estudios que tratan de establecer relaciones entre el comportamiento del régimen hidrológico de una cuenca y las características físicogeográficas de la misma. Casi todos los elementos de un régimen fluvial están relacionados directa o indirectamente con las características físicas de las áreas de drenaje de una cuenca siendo las más sensibles a las variaciones fisiográficas

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aquellas relativas a las crecientes. Estos factores físicos – llamados también geomorfológicos son considerados generalmente en forma aislada sin tener en cuenta la posible interdependencia entre ellos y se representan en forma numérica. La descripción sistemática de la geometría de una cuenca y de su red hidrográfica requiere mediciones de aspecto lineales de la red de drenaje, del área de la cuenca y del relieve, teniendo una mayor incidencia la distribución de pendientes en el primero de los aspectos mencionados. Las dos primeras categorías de medición son planimétricas, es decir, tratan de propiedades proyectadas sobre un plano horizontal. La tercera categoría, trata de desigualdad vertical de la forma de la cuenca.

4.1.-Objetivo y Alcance del aspecto Geomorfológico en La Hidrología El propósito del presente estudio técnico, es el de presentar una descripción breve de las características geomorfológicos más importantes del complejo físico de una cuenca y de su determinación matemática, a fin de que puedan ser usadas en conjunción con ciertos índices hidrológicos, llámese estos caudal medio, caudal máximo absoluto et. De esta manera se puede contar con un elemento de juicio adicional en el estudio de la geometría y los aspectos mecánicos de una cuenca, teniendo en toda la recolección de los datos informativos en el campo.

4.2.-Parámetros Geomorfológicos de una cuenca Diversos son los parámetros geomorfológicos que se pueden determinar en una cuenca, sin embargo, los más estudiados son las siguientes:

Superficie.- Dentro de esta característica de la cuenca se tiene los siguientes conceptos.

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-

Área total de la cuenca (A) Se considera así a todo el área de terreno cuyas precipitaciones son evacuadas por un sistema común de causes de agua, estando comprendida desde el punto donde se inicia esta evacuación hasta su desembocadura u otro punto elegido por interés. Puede considerarse en su delimitación el divisor topográfico por ser prácticamente fijo. A = 1.1464 Km2.

Perímetro (P).- Esta característica tiene influencia en el tiempo de concentración -

de

una cuenca, es el mismo que será menor cuando esta se asemeje a una

forma circular. Se expresa en Km. P = 4.7815 KM.

CUENCA CUENCA QUEBRADA

-

AREAS

PERIMETRO

(Km2)

(Kms)

1.1416

4.7815

ALTA

Cálculo de los parámetros de forma: a) Coeficiente de compacidad.- A partir de la relación:

Kc  0.28

P A

Se obtiene: Kc H   0.28 x

4.7815 1.1416

 1.1727

De acuerdo a éste resultado la cuenca tiene la forma casi redondeada porque se aproxima más a la unidad, por lo que este tipo de formas es erosionable en tramos estrechos debido a que la concentración de las precipitaciones pluviales aumenta su caudal en tiempos iguales para ello es necesario

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prevenir, esto no solamente es para la obra que vamos ha realizar sino también para todas las estructuras que se encuentran dentro del área de la cuenca.

b) Factor de Forma.- Teniendo en consideración que:

Ff 

A L2

Se tiene que: Ff RM  

1.1464

 1.264 

2

 0.7175

Pese a que los parámetros de forma de la sub cuenca alta de la quebrada, puede afirmarse que los valores obtenidos, nos indican que ésta tendrá mayores oportunidades de creciente en las partes bajas, en razón de la mejor distribución de sus áreas tanto en el largo como en el ancho. Sin embargo, la cuenca es de forma semi redonda e irregular. -

Cálculo de los parámetros relativos al sistema de Drenaje: a) Grado de Ramificación: Del planos No 1 y mediante el uso de la computadora se han obtenido los siguientes valores:

CUENCA ALTA QUEBRADA

Cuadro No 1 QUEBRADA PUENTE Orden

CARROZABLE No de Longitud(m)

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Ríos y/o 1er

riachuelos 04

234.87

2do

01

489.13

TOTAL

05

Li = 724.00

b) Densidad de drenaje: sabiendo que:

Dd 

Li A

Se tiene que:

Dd RM  

0.724  0.6315Km / Km 2 1.1464

c) Extensión media de escurrimiento superficial: De la relación:

Es  Es RM  

A 4Li

1.1464  0.3958Km 4  0.724 

d) Frecuencia de Ríos: De la relación:

F

N totaldecursosdeagua Areatotaldelacuenca

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F RM  

-

2  1.7445Riachuelos / Km 2 1.1464

Los valores obtenidos en el cálculo de los parámetros relativos al sistema de drenaje indicarán:

-

Que el grado de ramificación alcanzado por la cuenca alta de la quebrada es de quinto orden.

-

La densidad de drenaje de la Cuenca es relativo, lo cual indica que los tiempos de concentración serían cortos. Esto puede corroborarse con los valores obtenidos para la “extensión media de escurrimiento superficial” los que indican cuantitativamente, pero sin embargo la cuenca alta estudiada posee una diferencia entre las micro cuencas de cada uno de los que lo componen obtenidos en promedio para la sub cuenca Alta de la quebrada, que es necesario prevención en todas las obras hidráulicas.

-

Cálculo de los parámetros relativos a las variaciones altitudinales de la cuenca: Altitud media de la cuenca:

Del Plano Lámina H-01, se obtienen los siguientes valores: Para ello es necesario tener en cuenta la altitud media de la subcuenca, ya que varía de la altitud que se encuentra en la divisoria de las aguas mas altas que escurren al punto de la obra (más bajo) teniendo una cota alta de 1560.12 msnm. y el punto mas bajo es 300.12 msnm.

-

Polígono de frecuencia de altitudes: Del plano No H-01 se obtienen los siguientes valores:

CUENCA ALTA QUEBRADA

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CUADRO No 2

ESQUEMESQUEMA DE RAMIFICACION DE UN CURSO PRINCIPAL

-

Altitud media de la Cuenca (A): Este parámetro se obtiene mediante la siguiente relación:

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H

 (hi  Si ) A

Siendo: hi

=

Altitud media de cada área parcial comprendida entre las curvas de nivel. Es tomada con respecto a la desembocadura.

-

Si =

Área parcial entre curvas de nivel.

A =

Área total de la cuenca.

Polígono de frecuencia de Altitudes: Es un diagrama de relación entre las superficies parciales de una cuenca expresadas en porcentaje y las alturas relativas a dichas áreas comprendidas entre las curvas a nivel.

-

Curva Hipsométrica: Representa las superficies dominadas por encima o por debajo de cada altitud considerada y por lo tanto caracteriza en cierto modo el relieve.

GRAFICO Nº 1 POLIGONOS DE FRECUENCIA DE ALTITUDES CUENCA ALTA DEL RIO YARUCYACU

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CURVAS HIPSOMETRICAS DE LA CUENCA QUEBRADA Del plano, por planimetría, se ha obtenido los valores que aparecen en los gráficos No 1 y No 2

DISTRIBUCION ALTIMTETRICA DEL AREA DE LA CUENCA DE RECEPCION QUEBRADA Gráfico No 02

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El valor de la altitud media de la cuenca Alta de la quebrada resulta encontrarse a una cota de 1150 msnm, debido a que la distribución de sus áreas parciales con mayor valor corresponden igualmente a las menores altitudes tomadas con respecto al nivel del mar. Esto puede ser apreciado gráficamente a través de los “polígono de frecuencia de altitudes”, como en las correspondientes curvas hipsométricas (Graf. No 1, 2,). Es de anotar que la altitud mediana (llamada también altitud de frecuencia media) difiere del valor hallado de la “altitud media”, en razón de que es un concepto de tipo geométrico ponderado.

resultando del cálculo de un promedio

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5. PRECIPITACION

Se cuenta con valores de precipitación total mensual, registradas en la estación Pucallpa para un periodo de registro de 20 años, estación de Pucallpa (Campo verde) con precipitación máxima de 24 horas, y promedio mensual. Los registros de la precipitación mensual se muestran en el cuadro Nº 1, a partir de la cuál se tabularon y se calcularon los parámetros requeridos para su disponibilidad de agua escurrida en la cuenca alta de la quebrada y un resumen de sus valores característicos que se presentan a continuación, en donde se puede observar que el valor medio anual es de 1817.98 mm.para la estación de Pucallpa. Variación de la lluvia en la estación de Pucallpa

Máx. Prom. Mín. D. Est.

Ene.

Feb.

Mar.

Abr.

May.

Jun.

Jul.

Ago.

Set.

Oct.

Nov.

Dic.

Tot.

440.00

502.00

438.50

382.80

295.10

215.80

112.00

104.10

189.50

254.60

390.50

293.00

2,330.50

230.48

211.46

238.12

223.42

149.17

78.78

36.37

46.50

97.80

143.56

198.48

163.86

1,817.98

112.00

110.70

134.50

125.00

60.00

11.00

0.00

0.00

0.00

37.80

92.00

34.00

1,446.00

97.14

99.95

79.71

71.73

70.53

54.14

27.71

24.72

64.09

56.01

77.90

66.52

280.36

Sin embargo es necesario determinar y generar datos de precipitación en la cuenca alta de la quebrada, teniendo presente la altitud en que se encuentran la estación de Pucallpa (Campo verde)(153 msnm) y el punto donde se va ha generar ,utilizando la metodología empírica apropiada mas ajustable en la región donde los resultado se muestra en el cuadro No 2, contando éstos datos se tabularon la precipitación efectiva mensual en la zona cuyo resultado se muestra en el cuadro No 3, dichos resultados

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mostrados en los cuadros sirvieron para los cálculos de la escorrentía promedio mensual, cuyas descargas se muestran en el cuadro No 4, de la cuál podemos analizar lo siguiente: que en los meses de enero a marzo se tiene un mayor caudal. NOMBRE DE LA ESTACIÓN

TIPO

ENTIDAD OPERADORA

LATITUD

UBICACIÓN LONGITUD

ALTITUD msnm

PROVINCIA

DPTO.

PERIODO DE REGISTRO

Campo Verde

PLU

SENAMHI

8° 23’00” S

74° 32’00” W

154

Coronel Portillo

Ucayali

1981-2000

EVALUACION DE LA CUENCA ALTA QUEBRADA.

Los cursos de agua que escurren en la zona de estudio corresponden a sub cuencas y micro cuencas que conforma la cuenca alta de la quebrada desde el área del Proyecto de la construcción del Puente Carrozable aguas arriba con un área de 1.1464 km2, un perímetro de 4.7815 Kms y cuya longitud del río es de 1.264 kms.los cuales nacen de varios riachuelos, Tazo que viene desde las alturas del centros poblados de la divisoria linderos con el departamento de Huanuco y otros pueblos que se encuentran dentro de la sub cuenca demarcada. 5.2. CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO PARA LAS OBRAS HIDRAÚLICAS Y SU CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA.

 Precipitaciones Máximas en 24 Horas Con los datos de precipitaciones máximas diarias mensuales de la estación Campo verde que se encuentra dentro de la provincia de Coronel Portillo Pucallpa, para diferentes periodos de retorno.

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CUADRO N° 03 SERIE HISTÓRICA DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN 24 HORAS (mm) – ESTACIÓN DE CAMPO VERDE AÑO

MAX

1981

113.00

1982

85.00

1983

111.00

1984

104.00

1985

140.00

1986

125.00

1987

104.00

1988

70.00

1989

76.00

1990

120.00

1991

71.00

1992

88.00

1993

79.00

1994

140.00

1995

78.60

1996

137.50

1997

147.70

1998

120.20

1999

156.60

2000

103.00

FUENTE SENAMHI..

3.01.01

INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA

Se han identificado numerosas quebradas que interceptan el trazo del tramo en estudio, de las cuales no cuenta con estaciones de aforo o medición de caudales, referente a los niveles medios, requeridos de la información por lo que mediante el estudio hidrológico se tendrá que calcular

los diseños de las obras de arte mediante el

modelamiento hidráulico.

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 22 -

3.01.00

HIDROLOGÍA ESTADÍSTICA

El análisis de frecuencias referido a precipitaciones máximas diarias, tiene la finalidad de estimar precipitaciones máximas para diferentes períodos

de

retorno,

mediante

la

aplicación

de

modelos

probabilísticas, los cuales pueden ser discretos o continuos, cuya estimación de parámetros se ha realizado mediante el Método de Momentos. Los métodos probabilísticas que mejor se ajustan a valores extremos máximos, utilizados en la formulación del presente Estudio son:  Distribución Normal  Distribución Log Normal de 2 parámetros  Distribución Log Normal de 3 parámetros  Distribución Valor Extremo Tipo I o Ley de Gumbel  Distribución Log – Pearson Tipo III DISTRIBUCIÓN LOG NORMAL

La función de distribución de probabilidad es:

1 P  x  xi   S  2 

xi

e





  x  X  2 

 

2 S 2 

dx



Donde X y S son los parámetros de la distribución.

(1)

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 23 -

Si la variable x de la ecuación (1) se reemplaza por una función y = f(x), tal que y = log(x), la función puede normalizarse, transformándose en una ley de probabilidades denominada log – normal, N (Y, Sy). Los valores originales de la variable aleatoria x, deben ser transformados a y = log x, de tal manera que: n

Y   log xi / n

(2)

i 1

Donde Y es la media de los datos de la muestra transformada. n

Sy 

Donde

Sy

 y  Y  i 1

2

(3)

i

n 1

es la desviación estándar de los datos de la muestra

transformada. Asimismo; se tiene las siguientes relaciones: Cs  a / S 3 y

a

n n  yi  Y  3   n  1 n  2 i1

(4) (5)

Donde Cs es el coeficiente de oblicuidad de los datos de la muestra transformada. (Monsalve, 1999).  El análisis para la distribución Log Normal de la Estación Campo Verde-Pucallpa calculado con el apoyo de la del programa Smada.

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 24 -

 Con las precipitaciones correspondientes a periodos de retorno de 2, 3, 5, 10, 25, 50, 100, y 200

años se muestran a

continuación.  El análisis para la distribución Normal, Log Normal de 2 parámetros y Log Normal de 3 Parámetros de la Estación Campo Verde-Pucallpa

ESTACION DE PUCALLPA (Campo Verde) Distribution Analysis: Normal Distribution ------------------Summary of Data ----------------------First Moment (mean) = 108.480 Second Moment = 7.366e02 Skew = 1.213e-01 --------------------------------------------------------Point Weibull Actual Predicted Standard Number Probability Value Value Deviation --------------------------------------------------------1 0.0476 70.0000 63.1883 11.8067 2 0.0952 71.0000 72.9425 9.9989 3 0.1429 76.0000 79.5044 8.8775 4 0.1905 78.6000 84.7042 8.0682 5 0.2381 79.0000 89.1508 7.4506 6 0.2857 85.0000 93.1296 6.9723 7 0.3333 88.0000 96.8013 6.6069 8 0.3810 103.0000 100.2685 6.3406 9 0.4286 104.0000 103.6037 6.1661 10 0.4762 104.0000 106.8632 6.0796 11 0.5238 111.0000 110.0968 6.0796 12 0.5714 113.0000 113.3563 6.1661 13 0.6190 120.0000 116.6915 6.3406 14 0.6667 120.2000 120.1587 6.6069 15 0.7143 125.0000 123.8304 6.9723 16 0.7619 137.5000 127.8092 7.4506 17 0.8095 140.0000 132.2558 8.0682 18 0.8571 140.0000 137.4556 8.8775 19 0.9048 147.7000 144.0175 9.9989 20 0.9524 156.6000 153.7717 11.8067 ------------------------------------------------------------------------- Predictions -------------------------Exceedence Return Calculated Standard Probability Period Value Deviation

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 25 --------------------------------------------------------0.9950 200.0 178.4015 16.7715 0.9900 100.0 171.6311 15.3699 0.9800 50.0 164.2327 13.8654 0.9600 25.0 156.0059 12.2379 0.9000 10.0 143.2674 9.8661 0.8000 5.0 131.3181 7.9316 0.6670 3.0 120.1836 6.6091 0.5000 2.0 108.4802 6.0689 ---------------------------------------------------------

Normal Distribution 200

150

Value

Actual Data 100

50 Distribution 0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Distribution Analysis: 2 Parameter Log Normal Weibull Probability ------------------Summary of Data ----------------------First Moment (mean) = 108.480 Second Moment = 7.366e02 Skew = 1.213e-01 --------------------------------------------------------Point Weibull Actual Predicted Standard Number Probability Value Value Deviation --------------------------------------------------------1 0.0476 70.0000 69.7570 7.3454 2 0.0952 71.0000 76.2161 6.5668 3 0.1429 76.0000 80.8946 6.1050 4 0.1905 78.6000 84.8050 5.8022 5 0.2381 79.0000 88.2986 5.6066 6 0.2857 85.0000 91.5465 5.4953 7 0.3333 88.0000 94.6495 5.4563 8 0.3810 103.0000 97.6762 5.4831 9 0.4286 104.0000 100.6790 5.5721 10 0.4762 104.0000 103.7029 5.7217 11 0.5238 111.0000 106.7924 5.9317 12 0.5714 113.0000 109.9999 6.2048 13 0.6190 120.0000 113.3815 6.5458 14 0.6667 120.2000 117.0072 6.9628 15 0.7143 125.0000 120.9733 7.4697

1.0

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 26 16 0.7619 137.5000 125.4230 8.0892 17 0.8095 140.0000 130.5900 8.8618 18 0.8571 140.0000 136.9026 9.8643 19 0.9048 147.7000 145.3063 11.2707 20 0.9524 156.6000 158.7609 13.6335 ------------------------------------------------------------------------- Predictions -------------------------Exceedence Return Calculated Standard Probability Period Value Deviation --------------------------------------------------------0.9950 200.0 198.5431 20.9981 0.9900 100.0 186.7070 18.7718 0.9800 50.0 174.5779 16.5158 0.9600 25.0 162.0140 14.2191 0.9000 10.0 144.3201 11.1022 0.8000 5.0 129.4829 8.6921 0.6670 3.0 117.0337 6.9660 0.5000 2.0 105.2365 5.8190 ---------------------------------------------------------

2 Parameter Log Normal 200

150

Value

Actual Data 100

50 Distribution 0 0.0 0.2 0.6 0.8 Distribution Analysis: 30.4 Parameter Log Normal ------------------Summary of Data ----------------------Weibull First Moment (mean)Probability = 108.480 Second Moment = 7.366e02 Skew = 1.213e-01 --------------------------------------------------------Point Weibull Actual Predicted Standard Number Probability Value Value Deviation --------------------------------------------------------1 0.0476 70.0000 64.1871 9.7032 2 0.0952 71.0000 73.3606 8.0055 3 0.1429 76.0000 79.6073 7.2793 4 0.1905 78.6000 84.6008 6.9103 5 0.2381 79.0000 88.9018 6.7122 6 0.2857 85.0000 92.7745 6.6059 7 0.3333 88.0000 96.3686 6.5525 8 0.3810 103.0000 99.7806 6.5311 9 0.4286 104.0000 103.0795 6.5304 10 0.4762 104.0000 106.3194 6.5447

1.0

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 27 11 0.5238 111.0000 109.5489 6.5718 12 0.5714 113.0000 112.8203 6.6130 13 0.6190 120.0000 116.1840 6.6728 14 0.6667 120.2000 119.6986 6.7598 15 0.7143 125.0000 123.4403 6.8894 16 0.7619 137.5000 127.5181 7.0887 17 0.8095 140.0000 132.1041 7.4066 18 0.8571 140.0000 137.5055 7.9411 19 0.9048 147.7000 144.3818 8.9223 20 0.9524 156.6000 154.7282 11.1100 ------------------------------------------------------------------------- Predictions -------------------------Exceedence Return Calculated Standard Probability Period Value Deviation --------------------------------------------------------0.9950 200.0 181.5319 20.7136 0.9900 100.0 174.0658 17.4991 0.9800 50.0 165.9925 14.4802 0.9600 25.0 157.1193 11.7404 0.9000 10.0 143.5924 8.7911 0.8000 5.0 131.1345 7.3299 0.6670 3.0 119.7239 6.7605 0.5000 2.0 107.9324 6.5566 ---------------------------------------------------------

3 Parameter Log Normal 200

150

Value

Actual Data 100

50 Distribution 0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

 El análisis para la distribución Gumbel de la Estación

Weibull Probability

Campo Verde-Pucallpa calculado con el apoyo de la del programa Smada. DISTRIBUCIÓN GUMBEL

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 28 -

La distribución de Valores Tipo I conocida como Distribución Gumbel o Doble Exponencial, tiene como función de distribución de probabilidades la siguiente expresión: F ( x)  e  e

 ( x   )

(6)

Siendo: 

1.2825 

(7)

    0.45

(8)

Donde:

: 

Parámetro de concentración. :

Parámetro de localización.

Según Ven Te Chow, la distribución puede expresarse de la siguiente forma: x  x  k x

(9) Donde:

x :Valor con una probabilidad dada. x

: k

Media de la serie. :Factor de frecuencia.

 El análisis para la Distribución Gumbel de la Estación de Campo Verde-Pucallpa que se presenta:  Con el apoyo del programa Smada.  Con las precipitaciones correspondientes a periodos de retorno de 2, 3, 5, 10, 25, 50, 100, y 200 continuación.

años se muestran a

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 29 Distribution Analysis: Gumbel Extremal Type I ------------------Summary of Data ----------------------First Moment (mean) = 108.480 Second Moment = 7.366e02 Skew = 1.213e-01 --------------------------------------------------------Point Weibull Actual Predicted Standard Number Probability Value Value Deviation --------------------------------------------------------1 0.0476 70.0000 69.1501 7.3043 2 0.0952 71.0000 75.3573 6.3613 3 0.1429 76.0000 79.9050 5.7852 4 0.1905 78.6000 83.7488 5.4008 5 0.2381 79.0000 87.2214 5.1530 6 0.2857 85.0000 90.4860 5.0194 7 0.3333 88.0000 93.6409 4.9894 8 0.3810 103.0000 96.7546 5.0570 9 0.4286 104.0000 99.8819 5.2184 10 0.4762 104.0000 103.0724 5.4709 11 0.5238 111.0000 106.3760 5.8137 12 0.5714 113.0000 109.8484 6.2483 13 0.6190 120.0000 113.5571 6.7802 14 0.6667 120.2000 117.5903 7.4209 15 0.7143 125.0000 122.0719 8.1907 16 0.7619 137.5000 127.1886 9.1249 17 0.8095 140.0000 133.2491 10.2864 18 0.8571 140.0000 140.8271 11.7970 19 0.9048 147.7000 151.2050 13.9346 20 0.9524 156.6000 168.4680 17.5933 ------------------------------------------------------------------------- Predictions -------------------------Exceedence Return Calculated Standard Probability Period Value Deviation --------------------------------------------------------0.9950 200.0 223.1438 29.5218 0.9900 100.0 206.4290 25.8457 0.9800 50.0 189.6530 22.1768 0.9600 25.0 172.7522 18.5140 0.9000 10.0 149.9704 13.6772 0.8000 5.0 131.9398 10.0314 0.6670 3.0 117.6200 7.4258 0.5000 2.0 104.7068 5.6310 ---------------------------------------------------------

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 30 -

Gumbel Extremal Type I 200

150

Value

Actual Data 100

50 Distribution 0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Weibull Probability

DISTRIBUCIÓN LOG PEARSON TIPO III

Esta distribución es una de las series derivadas por Pearson. La función de distribución de probabilidades es: F ( x) 

 1 e   (  )

( Lnx  ) 

( Lnx   )  1 dx  (10)

Asimismo; se tiene las siguientes relaciones adicionales: μ = αβ +



(11)

 2   2

(12)

2   

(13) Siendo



el sesgo.

El análisis para la Distribución Log Pearson III de la Estación de Campo Verde-Pucallpa y las precipitaciones correspondientes a diferentes periodos de retorno se presentan en los Cuadros Nº 09 y 10 respectivamente. El análisis para la distribución Log Pearson Tipo III de la Estación de Campo Verde-Pucallpa calculado con mediante la ecuación propuesta.

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 31 -

Con las precipitaciones correspondientes a periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50, 100, y 200 años se muestran a continuación. Distribution Analysis: Log Pearson Type III ------------------Summary of Data ----------------------First Moment (mean) = 108.480 Second Moment = 7.366e02 Skew = 1.213e-01 --------------------------------------------------------Point Weibull Actual Predicted Standard Number Probability Value Value Deviation --------------------------------------------------------1 0.0476 70.0000 65.8812 7.7123 2 0.0952 71.0000 73.3749 6.8180 3 0.1429 76.0000 78.7712 6.4471 4 0.1905 78.6000 83.2569 6.3026 5 0.2381 79.0000 87.2431 6.2810 6 0.2857 85.0000 90.9295 6.3327 7 0.3333 88.0000 94.4331 6.4307 8 0.3810 103.0000 97.8325 6.5591 9 0.4286 104.0000 101.1867 6.7085 10 0.4762 104.0000 104.5457 6.8741 11 0.5238 111.0000 107.9575 7.0539 12 0.5714 113.0000 111.4780 7.2498 13 0.6190 120.0000 115.1653 7.4667 14 0.6667 120.2000 119.0906 7.7149 15 0.7143 125.0000 123.3507 8.0132 16 0.7619 137.5000 128.0883 8.3971 17 0.8095 140.0000 133.5332 8.9354 18 0.8571 140.0000 140.1036 9.7763 19 0.9048 147.7000 148.7107 11.2962 20 0.9524 156.6000 162.1627 14.8468 ------------------------------------------------------------------------- Predictions -------------------------Exceedence Return Calculated Standard Probability Period Value Deviation --------------------------------------------------------0.9950 200.0 199.6736 33.1549 0.9900 100.0 188.8542 26.6003 0.9800 50.0 177.4720 20.8149 0.9600 25.0 165.3554 15.9193 0.9000 10.0 147.7088 11.0914 0.8000 5.0 132.3717 8.8100 0.6670 3.0 119.1191 7.7167 0.5000 2.0 106.2418 6.9622 ---------------------------------------------------------

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 32 -

Log Pearson Type III 200

150

Value

Actual Data 100

50 Distribution 0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Weibull Probability 6.2.-

CAUDALES MÁXIMOS GENERADOS.

LA DESCARGA MÁXIMA PARA LA CUENCA ALTA DE LA QUEBRADA, SE DETERMINÓ EL CAUDAL MÁXIMO MEDIANTE LA FÓRMULA DE MAC MATH, MÉTODO EMPÍRICO, CUYA EXPRESIÓN ES.

En la teoría estadística, las pruebas de bondad del ajuste más conocidas son 2 la  y la Kolmogorov – Smirnov. A continuación se describen brevemente. El análisis de la prueba de ajuste según Kolmogorov - Smirnov para la Estación Pluviométricas utilizada en el presente Estudio se muestra a continuación. De la Estación de Campo Verde-Pucallpa observamos: Con apoyo del programa Hidroesta fuerón calculados los ∆máx. * Distribución Gumbel

teorico=0.0399< tab= 0.3041

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

- 33 -

Se dice que se ajusta a la distribución Gumbel Tipo I * Distribución Log Normal

teórico=0.0278 < tab= 0.3041

Se dice que se ajusta a la distribución Normal *Distribución Log Normal 2 parámetros teórico=0.0277 < tab= 0.3041 Se dice que se ajusta a la distribución Log Normal 2 parámetros. * Distribución Log Pearson Tipo III, teórico=0.02852 < tab= 0.0.3041 Se dice que se ajusta a un nivel de significación del 5% la distribución lóg. Pearson tipo III 0.02770.0278 0.02854 0.0399< 0.3041 teórico  tabular Se aceptan las cuatro, Distribuciones Podemos concluir que los datos se ajustan mejor es la Distribución Log Normal 2 parámetros, por tener el menor mín.=0.0277, comparado con los demás distribuciones. Para la formulación del presente Estudio, se ha elegido los resultados de la Distribución Log Normal 2 parámetros, dado que según la prueba de bondad Kolmogorov – Smirnov dicha distribución de probabilidades se ajusta satisfactoriamente a los datos de la muestra. ----------------- Predictions -------------------------Exceedence Return Calculated Standard Probability Period Value Deviation --------------------------------------------------------0.9950 200.0 198.5431 20.9981 0.9900 100.0 186.7070 18.7718 0.9800 50.0 174.5779 16.5158 0.9600 25.0 162.0140 14.2191 0.9000 10.0 144.3201 11.1022 0.8000 5.0 129.4829 8.6921 0.6670 3.0 117.0337 6.9660 0.5000 2.0 105.2365 5.8190

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- 34 ---------------------------------------------------------

Probabilidad

Períodos de

Valores

Desviación

de

Retorno(Años)

Calculado

Estándar

Excedencia 0.9950

200

198.54

20.99

0.9900

100

186.70

18.77

0.9800

50

174.57

16.51

0.9600

25

162.01

14.21

0.9000

10

144.32

11.10

0.8000

5

129.48

8.69

0.6670

3

117.03

6.96

0.5000

2

105.23

5.81

la siguiente:

Q max 

C * P * Ac 0.58 * I 0.42 1000

Donde: Q max

-

Descarga máxima para un tiempo de retorno T,

(m3/s) P

-

Precipitación máxima para un tiempo de retorno T,

(mm.) C

-

Coeficiente de escorrentía.

Ac

-

Área de la Sub cuenca ( ha.)

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- 35 -

I

-

Pendiente media del cauce (m/km.)

Esta fórmula considera la precipitación como la causa directa de la máxima avenida y toma en cuenta las características físicas de la cuenca que tienen decisiva influencia en la magnitud de las descargas como el área y al pendiente media del cause principal. Asimismo involucra un coeficiente de escorrentía máximo que para el presente caso se obtuvo en función de las características ecológicas. La precipitación máxima para un periodo de retorno T, fue calculada mediante un análisis de frecuencia de las Precipitaciones Máximas en diarias estación de Campo Verde-Pucallpa y promedios mensuales de la estación de Pucallpa, para el caso de la cuenca del Yuracyacu y las quebradas que lo componen dicha área de la cuenca. Datos utilizados nos arrojan muestras casi semejantes durante los meses del año cuyo ajuste son aceptables para el cálculo de los caudales máximos con diferentes períodos de retorno como se observa en el cuadro No 20. PARAMETROS ESTADISTICOS DE LAS DESCARGAS GENERADAS (M3/Seg) Cuadro No 20

CAUDALES MAXIMOS - PUENTE CARROZABLE LOCALIDAD PORVENIR PERIODO DE

COEFICIENTE

RETORNO

DE

2

Pmax 24 hr

AREA

PENDIENTE

CAUDAL

ESCORRENTIA

mm

Ha

m/km

m3/seg

0.54

105.2

114.64

34.67

3.94

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- 36 5

0.54

129.5

114.64

34.67

10

0.54

144.3

114.64

34.67

25

0.54

162.0

114.64

34.67

50

0.54

174.6

114.64

34.67

100

0.54

186.7

114.64

34.67

200

0.54

198.5

114.64

34.67

4.85 5.41 6.07 6.54 6.99 7.44

Las descargas máximas calculadas por el Método de Mac Math, se muestran: Sabemos que éste tipo de caudales de diseños es muy importante para estructuras de regulación,estructuras de diseño del puente Carrozable sobre el río de maratón , estructuras de derivación, donde es necesario tener en cuenta con la finalidad de atenuar los caudales picos, haciendo decrecer los picos de elevación de la creciente aguas abajo, por lo que el diseño en estructuras tratará de tomar el caudal máxima con un período de retorno apropiado, recomendando de acuerdo a la geomorfología de la cuenca, precipitaciones muy variadas y vegetación normal con provincias de humedad propias de las partes altas, sugiero tomar en cuenta un caudal de 7.44 m3/seg. Para un período de retorno de 200 años. Cuyas características Hidráulicas son: Caudal

Luz

M3/s

m.

n

s

7.44 25.00 0.052 0.00027 Tipo de flujo: Suscritico.

Tirante

Área

Perímetro

Radio

Velocidad

No

Energía

Hidráulico

Hidráulico

Mojado

Hidráulico

m/s.

Froud

Especif.

m.

M2.

m.

m.

1.09

27.287

27.183

1.003

0.2727

0.083

K-k/m

Para la selva se tiene que considerar un galibo mayor de 2.00 metros, asi mismo como se indican sus características morfológicas.

7.0. HIDRAULICA FLUVIAL 7.1. Generalidades El tramo en estudio de la quebrada en los tramos que se han analizado un cauce semi inestable donde la pendiente del río esta entre 0.0036 a 0.0012, donde en las pendientes bajas presenta acumulación de materiales de agregado colmatándose especialmente en el tramo a la entrada de los meandros. Debido a su configuración de la quebrada y con la necesidad de asegurar y proteger con cantos rodados las zapatas y muros del sector Puente ha reconstruirse especialmente, así mismo de la inundación causado por fenómenos de máximas precipitaciones pluviales y

1.095

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- 37 -

su incremento de los caudales en máximas avenidas especialmente afecta tramos del margen derecha é Izquierda, para lo cuál es necesario prevenir y mitigar las zonas vulnerables en las áreas urbanas que se encuentran cercanas al cause de la quebrada. la quebrada tramo identificado a determinado variables tirantes, ancho, pendiente y otras, a lo largo de varios años. Cuando se impone un ancho de río, este reacciona, produciéndose en su cauce erosión (degradación) o sedimentación (agradación), por eso es necesario determinar teóricamente el ancho de equilibrio para el cual no se produzcan sedimentos, donde el ancho de equilibrio será determinado para la descarga crítica de período de retorno de 200 años es decir de 7.44 m3/seg. Que para la protección de las zonas ribereñas especialmente del margen Izquierda, es necesario la construcción de un sistema de defensa ribereña que garantice la protección de las zonas de las vías de comunicación Tingo María –Pucallpa y obras de Infraestructura pública y privada asentadas en el margen. Objetivo Realizar la inversión Pública a nivel de perfil del proyecto 7.2.1. ANALISIS DE MAXIMAS AVENIDAS. En base a los resultados del estudio Hidrológico, se tiene el cuadro del análisis de los caudales máximas avenidas para los períodos de retorno de 50 y 100 años, que nos ha servido para realizar su modelamiento hidráulico mediante el programa Hec-Ras.

PERIODOS DE RETORNO (Años)

CAUDALES MAXIMAS (M3/SEG)

100

6.99

200

7.44

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7.2.1.1.

- 38 DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD, n DE MANNING

En los cálculos hidráulicos, la mayor dificultad reside en la determinación del coeficiente de rugosidad; que en buena cuenta significa estimar la resistencia al escogimiento en un cauce. Para ello es necesario tener presente los factores que afectan el valor de n, encontrándose los parámetros siguientes:  Rugosidad de la superficie  Vegetación  Irregularidad del cauce  Depósitos y Socavaciones  Alineamiento del Cauce  Tamaño y forma del canal  Nivel y Caudal  Transporte de material

CALCULO DE LA RUGOSIDAD Todos los parámetros mencionados participan en la conformación de la rugosidad, sin embargo unos inciden mayormente más que otros, en éste caso la rugosidad para un tramo determinado está dado por la siguiente expresión:

N = ( no + n1 + n2 + n3 + n4 ) m5

Donde: n = Coeficiente de rugosidad a determinar no = valor básico de n para un cauce recto, uniforme y liso en los materiales. n1 = Valor agregado para corregir el efecto de irregularidades de superficie,

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- 39 -

n2 = Valor que depende de la variación de la forma y tamaño de la sección, n3 = Valor que depende de las obstrucciones, n4 = Valor que depende de la vegetación y condiciones de flujo, m5 = Factor de corrección por efecto de los meandros del canal, Para la determinación de la rugosidad en la quebrada, se uso los valores del siguiente Cuadro.

CALCULO DE COEFICIENTE DE RUGOSIDAD CAUCE CON TALUDES NATURALES (Material Aluvial) CONDICIONES DEL CAUSE DEL

VALORES ESTIMADOS

RIO 1Material

Grava arenosa

no

0.024

Considerado 2 Grado de

Menor o

n1

0.004

Irregularidad moderado 3 variaciones Sección alternante

n2

0.002

Transversal 4 Efectivo Relativo

menor

n3

0.000

5 Vegetación

Nula

n4

0.000

4 cantidad de

menor

m5

1

meandros n=

CALCULO DE COEFICIENTE DE RUGOSIDAD CAUCE CON TALUDES NATURALES

0.030

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- 40 -

(Afloramiento Rocoso) CONDICIONES DEL CAUSE DEL

VALORES ESTIMADOS

RIO 1Material

Afloram.Rocoso no

Considerado 2 Grado

0.045

de Moderado

n1

0.015

Irregularidad 3 variaciones Sección alternante

n2

0.000

Transversal 4 Efectivo Relativo

menor

n3

0.000

5 Vegetación

Poca

n4

0.000

m5

1

4

cantidad

de menor

meandros n=

0.052

Tomando para el Quebrada de acuerdo a las condiciones observadas en el terreno los siguientes valores: Quebrada Cause Principal

: n = 0.030

Quebrada Cause Secundario

: n = 0.055

8.0.0 SOCAVACIÓN GENERAL DEL CAUCE QUEBRADA MARGEN DERECHA TRAMO: PUENTE TINGO-MARCOS DURAN MARTEL-VILLA HERMOSA-URBANIZACION HUAYOPAMPA.

Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidráulico de un estrechamiento de la sección; la degradación del fondo de cauce se detiene cuando se alcanza nuevas condiciones de equilibrio por disminución de la velocidad a causa del aumento de la sección transversal debido al proceso de erosión. Para la determinación de la socavación general se empleará el criterio de Lischtva-Levediev.

La velocidad erosiva media que se requiere para degradar el fondo está dado por las siguientes expresiones:

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- 41 -

Ve == 0.60 gd1.18bH.xs m/s, suelos cohesivos Ve == 0.68 bd.0.28H.xs m/s, suelos no cohesivos En donde:

Ve

= Velocidad media suficiente para degradar el cause

en m/s Gd

= Peso volumétrico del material seco que se

encuentra a una profundidad Hs, medida desde la superficie del agua (Ton/m3) b

= Coeficiente que depende de la frecuencia con que

se repite la avenida que se estudia. Ver tabla Nº 3 x

= Es un exponente variable que está en función del

peso volumétrico gs del material Seco (Ton/m3) Hs

= Tirante considerado, a cuya profundidad se desea

conocer

que valor de Ve se

requiere para arrastrar y

levantar en material (m) dm

= Es el diámetro medio en (mm) de los granos

obtenidos del fondo calculado con la expresión =0.01 ∑ di pi En el cual:

dm

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- 42 -

di

= Diámetro medio, en mm, de una fracción en la

curva granulométrica de la muestra total que se analiza. pi

= Peso de esa misma porción, comparada respecto al

peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben ser iguales entre si. Para el cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos se usará las siguientes expresiones. Suelos cohesivos:



aH o5 / 3  Hs   1.18   0.60bg d 

1 /( 1 x )

Suelos no cohesivos:



aH o5 / 3  Hs   0.28   0.68bg m  a

1 /( 1 x )

Qd H Be m 5/ 3 m

Donde: Qd = caudal de diseño (m3/s) Be = ancho efectivo de la superficie del agua en la sección transversal m

= coeficiente de contracción Ver tabla Nº 1

Hm = profundidad media de la sección = Área / Be

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- 43 -

x = exponente variable que depende del diámetro del material y se encuentra en la tabla Nº 2 dm = diámetro medio (mm) TABLA Nº 1 COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN Velocidad media en la sección en m/s Menor de 1

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

0.96

0.97

0.98

0.99

0.99

0.99

1.00

1.00

1.00

1.50

0.94

0.96

0.97

0.97

0.97

0.98

0.99

0.99

0.99

2.00

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

0.97

0.98

0.98

0.99

2.50

0.90

0.93

0.94

0.95

0.96

0.96

0.97

0.98

0.98

3.00

0.89

0.91

0.93

0.94

0.95

0.96

0.96

0.97

0.98

3.50

0.87

0.90

0.92

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

0.98

4.00 o mayor

0.85

0.89

0.91

0.92

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

10

13

16

Longitud libre entre dos márgenes 18 21 25 30 42

52

63

106

124

200

1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 1.00 0.99 0.99 0.99 0.99 0.98 0.99 0.98 0.99 0.98 0.99

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 1.00 0.99 1.00 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99

TABLA Nº 2 VALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS SUELOS COHESIVOS P. especifico X 0.80 0.52 0.83 0.51 0.86 0.50 0.88 0.49 0.90 0.48 0.93 0.47 0.96 0.46 0.98 0.45 1.00 0.44 1.04 0.43 1.08 0.42 1.12 0.41 1.16 0.40 1.20 0.39 1.24 0.38

SUELOS NO COHESIVOS dm (mm) X 0.05 0.43 0.15 0.42 0.50 0.41 1.00 0.40 1.50 0.39 2.50 0.38 4.00 0.37 6.00 0.36 8.00 0.35 10.00 0.34 15.00 0.33 20.00 0.32 25.00 0.31 40.00 0.30 60.00 0.29

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- 44 1.28 1.34 1.40 1.46 1.52 1.58 1.64 1.71 1.80 1.89 2.00

0.37 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27

90.00 140.00 190.00 250.00 310.00 370.00 450.00 570.00 750.00 1 000.00

0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 0.20 0.19

TABLA Nº 3 VALORES DEL COEFICIENTE b Periodo de Retorno del gasto de diseño (años) 2 5 10 20 50 100 500

Coeficiente b 0.82 0.86 0.90 0.94 0.97 1.00 1.05

El método que será expuesto se debe a K, F, Artamonov y permite estimar la profundidad de socavación al pie de la estructura. Esta erosión depende del gasto que teóricamente es interceptado por el margen, relacionando con el gasto total que escurre por el río, del talud que tiene los lados de la defensa y del ángulo que el eje longitudinal que la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre de la corriente, está dado por:

St = Pa Pq Pr Ho Donde: Pa

= coeficiente que depende del ángulo a que forma el eje de

estructura con la corriente, como se indica en la figura siguiente; su valor se puede encontrar en la tabla Nº 4 Pq

= coeficiente que de pende de la relación Q1/Q en que Q1 es el

gasto que Teóricamente pararía por el lugar ocupado por el estribo si éste no

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- 45 -

existiera y Q, es el gasto total que escurre por el río. El valor de Pq puede encontrarse en la tabla Nº 5 Pr

= coeficiente que depende del talud que tienen los lados del río, su

valor puede obtenerse en al tabla Nº 6 Ho

= tirante que se tiene en la zona antes de la erosión TABLA Nº 4 VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pa EN FUNCIÓN DE a 30º

a

60º

0.84

Pa

0.94

150º 1.19

90º

120º

1.00

1.07

TABLA Nº 5 VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pq EN FUNCIÓN DE Q1/Q Q1/Q Pq

0.10

0.20

0.30

2.00

2.65

3.22

0.40 0.80 3.45 4.20

0.50

0.60

0.70

3.67

3.87

4.06

TABLA Nº 6 VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pr EN FUNCIÓN DE R TALUD r Pr

0

0.50

1.00

0.91

1.00 3.00 0.85 0.50

1.50

2.00

0.83

0.61

Características del material del lecho de cauce Las características del suelo y tipo de material con se cuenta en los distintos Tramos de la quebrada del Margen Derecha é Izquierda Ver análisis de suelo y roca por parte del Geólogo y geotecnia, en el estudio de Geotecnia, como Granulometría de suelo y el Peso específico. De acuerdo a su estructura y las especificaciones del especialista en Análisis granulométrico y rocas no existe socavación Local y general ya que el manto descansa sobre rocas duras.

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- 48 -

9.0.0. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De acuerdo al análisis de la información de las estaciones hidrometeorológicas y los sucesos ocurridos, se puede concluir lo siguiente: 1. Hidrológicamente diciembre, enero ,febrero y marzo fueron los meses de transición donde se presenta el período de precipitaciones intensas y máximos caudales 2. Para la delimitación de la cuenca se han usado las siguientes cartas Nacionales. 3. Los parámetros geomorfológicos de la Sub Cuenca es:

SUB CUENCA: PARAMETROS RIO YURACYACU Área (km2) 1.1464 Longitud (km) 4.7815 Pendiente (%) 3.80 Cota Media (msnm) 567

4. En la zona de estudio no existe en la actualidad estación meteorológica y/o hidrométrica en servicio por lo que para el análisis de las precipitaciones de máximas avenidas se utilizaron la estación de Campo Verde -Pucallpa y mejor correlacionadas entre si.

5. Las precipitaciones para diferentes periodos de retorno se han desarrollado a partir de las precipitaciones de máximas de 24 horas, se usaron las técnicas de las probabilidades de los siguientes métodos Distribución Normal Estándar. Distribución Gumbel (Distribución extrema Tipo I). Distribución Log Pearson Tipo III. Distribución Log Normal II Parámetros. Distribución Log Normal III Parámetros. Distribución Pearson tipo III.

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6. Para las pruebas de ajuste o la selección del método apropiado de las distribuciones de las probabilidades se usan los siguientes 3 métodos. . Smirnov – Kolmogorow. De estos resultados se concluye que la función que mejor se ajusta a los datos es la DISTRIBUCION LOG NORMAL de 2 parámetros. 7. Para determinar los caudales máximos se utiliza el método de MAG Math y los resultados se muestran en el siguiente cuadro PERIODO DE

CAUDAL

RETORNO m3/seg 2 5 10 25 50 100 200

3.94 4.85 5.41 6.07 6.54 6.99 7.44

8. Las profundidades de Socavación general fueron calculados de acuerdo a los criterios de Lischtva -L evediev obteniendo los siguientes resultados: ds= Profundidad de socavación general TRAMO: Socavación General ds= 0.15 metros.(Puente ) PUENTE: Socavación Local : 1.63 metros Socavación Total : 1.78 metros. Se trabajó con datos hidrológicos y resultados geotécnicos (Diámetro medio de la granulometría de suelos y el peso específico), se tomara en cuenta para las cimentaciones la profundidad Total. 9. El tirante máximo de la defensa Ribereña margen derecha de la quebrada con datos de máximas avenidas de un período de retorno de 200 años (Q = 7.44 m3/s.) a partir del fondo máximo del cause es de 1.09 metros, para un período de retorno de 200 años, teniendo en cuenta un ancho efectivo de 25 metros, ya que el cause es variable. 10. Se recomienda que la actualización, recopilación y disponibilidad de datos hidrológicos sea permanente por lo que debe implementarse en la micro cuenca un sistema de monitoreo tanto de variables de entrada como de estado del sistema, y con ello actualizar las series sintéticas generadas en el presente estudio en base a información nueva. Además, la recopilación de datos de caudales diarios o semanales y su accesibilidad, para posterior modelamiento aportaría nuevas e importantes

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conclusiones acerca de una nueva operación más oportuna y real para la defensa ribereña 11. Se recomienda que el borde libre y/o galibo para la construcción del puente carrozable sobre la quebrada, debe ser mayor a 2.00 metros, debido a que la forma de la cuenca y el resultado del índice de graveluis se acerca a la unidad, por tener la forma semi redonda, esto trae como consecuencia que la concentración de las escorrentías superficiales producto de las precipitaciones máximas en el área de la sub cuenca es uniforme llegando al punto más bajo todas esta agua al mismo tiempo, produciéndose un tipo de erosión y/o desbordes que en la selva podría traer embalsamientos. 12. Por lo que la altura del puente a partir del fondo del cauce será: 1.09 + 2.00 = 3.09. Considerar 3.50 metros.

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

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ANEXOS

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

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MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE PADRE ABAD-AGUAYTIA

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO: MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

AÑO - 2013

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL PROYECTO

“MEJORAMIENTO DE TROCHA CARROZABLE AL INTERIOR DEL CASERIO EL PORVENIR, CENTRO POBLADO DE HUIPOCA, PROVINCIA DE PADRE ABAD - UCAYALI”

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PLANO DE LA DEMARCACIÓN DE LA SUB CUENCA