ESTUDIO HIDROLÓGICO, HIDRÁULICO Y DE DRENAJE

ESTUDIO HIDROLÓGICO, HIDRÁULICO Y DE DRENAJE

INTRODUCCIÓN

Para que una carretera se mantenga en buen estado, es necesario que encuentre con un adecuado sistema de drenaje, que permita la oportuna y rápida evacuación de las aguas provenientes de las precipitaciones pluviales y/o subterráneas sin que ellas causen daño vial.

Asimismo, es fundamental el mantenimiento rutinario y periódico de estas estructuras de modo que mantengan su capacidad hidráulica y estructural.

A fin de establecer las características generales que requerirá el mejoramiento de la carretera en estudio, hemos analizado la información hidrológica de la estaciones ubicadas en el área de influencia del proyecto, (Jayanca), de tal forma que nos permita definir algunos parámetros de diseño, es decir, precipitaciones, cuencas y caudales de escorrentías.

La presencia del agua, aun en pequeñas cantidades, presenta un peligro para el tráfico y la estructura del pavimento. Por esta razón y otras más, se hace necesario el estudio de Hidrología y Drenaje como parte esencial de un buen proyecto, el cual en muchas ocasiones influye en la variación del trazo de la vía.

OBJETIVOS DE ESTUDIO

El estudio de hidrología y drenaje del presente proyecto tiene los siguientes objetivos:

Determinar los parámetros geomorfológicos de la cuenca o micro cuencas que tiene influencia directa sobre la vía en estudio.

Evaluar las características hidrológicas y geomorfológica de las micro cuencas que intersectan la vía proyectada.

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

En el presente proyecto, se ha tomado en cuenta investigaciones y trabajos de campo realizados anteriormente por diferentes profesionales e instituciones, relacionadas con el manejo de cuencas: “Estudio de Encauzamiento y Defensas Ribereñas de la Margen Izquierda del Río La Leche” Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo – Tesis de la FICSA, Escuela Profesional de Ingeniería Civil – Año 1998. Entonces para el presente proyecto se ha utilizado como base fundamental dicho estudios ya que la información con la que se cuenta actualmente en diversas entidades no es muy accesible.

CONSIDERACIONES GENERALES:

DRENAJE SUPERFICIAL.

El drenaje superficial tiene como finalidad alejar las aguas de la carretera para evitar el impacto negativo de las mismas sobre su estabilidad, durabilidad y transpirabilidad.

El adecuado drenaje es escanciar para evitar la destrucción total o parcial de una carretera y reducir los impactos indeseables al ambiente debido a la modificación de la escorrentía a lo largo de este.

El drenaje superficial comprende:

La recolección de las aguas recolectadas hacia cauces naturales.

La evacuación de las aguas recolectadas hacia cauces naturales.

La restitución de la continuidad de los cauces de la continuidad de los cauces naturales interceptados por la carretera

Criterios funcionales.

Los elementos de drenaje superficial se elegirán teniendo en cuenta criterios funcionales, según se mencionan a continuación.

Las soluciones técnicas disponibles.

La facilidad de su obtención así como los costos de construcción y mantenimiento.

Los daños que, eventualmente, producirán los caudales de agua correspondientes al periodo de retorno, es decir, los máximos del periodo de diseño

PERIODO DE RETORNO

La selección del caudal de diseño para el cual debe proyectarse un drenaje superficial, está relacionada con la probabilidad o riesgo que ese caudal sea excedido durante el periodo para el cual se diseña la carretera. En general, se aceptan riesgos más altos cuando los daños probables que se produzcan, en caso de que discurra un caudal mayor al de diseño, sean menores y los riesgos aceptables deberán ser muy pequeños cuando los daños probables sean mayores.

El riesgo o probabilidad de excedencia de un caudal en un intervalo de años, está relacionado con la frecuencia historia de su aparición o con el periodo de retorno.

En el cuadro 3.19, se indican periodos de retorno aconsejables, según el tipo de obra de drenaje.

CUADRO N° 3.18: PERIODOS DE RETORNO PARA DISEÑOS DE OBRAS DE DRENAJE EN CARRETERAS DE BAJO VOLUMEN DE TRANSITO

TIPO DE OBRA PERIODO DE RETORNO EN AÑOS

Puentes y pontones 100(mínimo)

Alcantarillas de paso y badenes 50

Alcantarillas de alivio 10 – 20

Drenaje de la plataforma 10

Con base a estudios realizados por expertos en la materia, se han desarrollado algunos criterios generalizados de diseño para estructuras de control de agua, tal como se resume en la siguiente tabla (Tomada de la tabla 13.1.1, Capitulo 13, Chow, David R. Maidment. Larry W. Mays):

CUADRO N° 3,19: CRITERIOS DE DISEÑO GENERALIZADOS PARA ESTRUCTURAS DE CONTROL DE AGUA

Tipo de estructura Periodo de retorno en años (T)

Alcantarillas de carreteras

Volúmenes de trafico bajos 5 – 10

Volúmenes de trafico intermedios 10 – 25

Volúmenes de trafico altos 50 – 100

Puentes de carreteras

Sistema secundario 10 – 50

Sistema primario 50 - 100

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (TC)

Se denomina tiempo de concentración, al tiempo transcurrido, desde que una gota de agua cae, en el punto más alejado de la cuenca hasta que llega a la salida de esta (estación de aforo). Este tiempo es la función de ciertas características geográficas y topográficas de la cuenca.

El tiempo de concentración de incluir los escurrimientos sobre terrenos, canales, cunetas y los recorridos sobre la misma estructura que se diseña.

Todas aquellas características de la cuenca tributarias, tales como dimensiones, pendientes, vegetación y otras de menor grado, hacen variar el tiempo de concentración.

El tiempo de concentración real depende de muchos factores, entre otros dela cuenca, de su pendiente, del área, de la características del suelo, de la cobertura vegetal, etc. Las fórmulas más comunes solo incluyen la pendiente, la longitud del cauce mayor desde la divisoria y el área. Se considera 10 minutos como mínimo el tiempo de concentración.

Para su determinación se utilizaran:

Para el caso de badenes, alcantarillas de paso y alivio: formula de KIRPICH.

Para el caso de la cuentas: formula de HATHAWAY

Formula de Kirpich (1940): la fórmula para el cálculo del tiempo de concentración viene expresada por:

t_c=0.0078[(3.2808*L)/S^0.5 ]^0.77;Minutos

Donde:

L:m

S=∆H/L

Donde:

TC = tiempo de concentración, en minutos.

L = máxima longitud del recorrido, en metros.

S = pendiente, en m/m.

HIDROLOGÍA ESTADÍSTICA

ANALISIS DE LA INFORMACION PLUVIOMETRICA

Para la les estimación de la precipitación máxima externa se ha efectuado un análisis de frecuencia de eventos hidrológicos máximos, aplicables a caudales de avenida y precipitación máxima. Como la cuenca en la cual se encuentra el proyecto cuenta con información de la estación de Jayanca , se ha considerado el siguiente procedimiento.

Uso de registros de precipitación máxima en 24 horas de la estación ubicada en el ámbito del proyecto

Evaluación de las distribuciones de frecuencia más usuales para la definición de mejor ajuste a los registros históricos, para la estación.

Análisis estadístico de las precipitaciones extremas para periodos de retorno de 5,10, 25, 50 y 100 años mediante la asimilación de los registros a la distribución de mejor ajuste.

Aplicación de la del modelo precipitación - escorrentía, para la generación de caudales, considerando el método racional, aplicado a cuencas de extencion menor o igual a 5km2.

PRECIPITACION MAXIMA EN 24 HORAS

Se cuenta con datos de precipitaciones máximas en 24 horas de la estación pluviométrica de jayanca .

El método probabilísticos que mejor se ajustan a los valores máximos extremos es la de : Distribucion Gumbel.

PRUEBA DE SMIMOV KOLMOQOROV

El análisis de frecuencia referido a precipitaciones máximas diarias, tiene la finalidad de estimar precipitaciones máximas para diferentes periodos de retorno, mediante la aplicación de modelos probabilísticos, los cuales pueden ser discretos o continuos.

Para determinar cuál de las distribuciones estudiadas se adapta mejor a la información histórica se utilizó el método de Smimov Kolmogorov.

El estadístico Smimov Kolmogorov ∆ considera la deviación de la función de distribución de probabilidades de la muestra P(X) de la función de probabilidades teórica, escoge P0(x), tal que:

∆=máx(P(X)-P_0 (0))

La prueba requiere que el valor ∆ calculado con la expresión anterior sea menor que el valor tabulado ∆para un nivel de probabilidad requerido.

Las etapas de esta prueba son las siguientes:

El estadístico ∆ es la máxima diferencia entre la función de distribución acumulada de la muestra y la función de distribución acumulada teórica escogida.

Se fija el nivel de probabilidad cero, valores de 0.05 y 0.01 son los más usuales.

El valor critico ∆ de la prueba debe ser escogido en función del nivel de significancia 0 y el tamaño de la muestra n.

Si ∆

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