ESTUDIO HIDROLOGICO SALITRAL

MEJORAMIENTO DEL DREN PLUVIAL Y CALLES COLECTORAS DEL BARRIO SUR DEL DISTRITO DE SALITRAL – PROVINCIA DE SULLANA-PIURA

ESTUDIO HIDROLOGICO

PROYECTO:

MEJORAMIENTO DEL DREN PLUVIAL Y CALLES COLECTORAS DEL BARRIO SUR DEL DISTRITO DE SALITRAL –SULLANA –PIURA.

ING. ORLANDO V SUAREZ ELIAS

ENERO 2013.

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE SALITRAL ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO


1.0 INTRODUCCION

En el PERU, a lo largo de su historia, ha sufrido los embates de la naturaleza, específicamente la ocurrencia de fenómenos, denominados “El Niño”, por su presencia en el mes de diciembre. Durante los últimos 30 años, se han producido dos eventos de esta naturaleza, que por su gran magnitud, han dejado como secuelas graves daños, saldos de pérdidas de vidas humanas y, grandes pérdidas económicas en los distintos sectores. La provincia de Sullana, por estar enmarcada dentro de la costa norte del Perú, no ha sido ajena a estos desastres, sin duda ha sido una de las ciudades que mayores perjuicios ha sufrido; dentro de los rubros, que mayores efectos negativos presenta, a raíz de los fenómenos, se encuentra el sector transporte que presenta la destrucción de carreteras y puentes.

Durante la ocurrencia del fenómeno El Niño, en el año 1983 y 1998, se formó el cauce de nuevas quebradas y Drenes, producto de las medidas de prevención tomadas en los años siguientes, se construyó muchas obras de protección, como el dren del barrio Sur de Salitral - Sullana en terreno natural, desvío de las agua a lo que es hoy esta escorrentía va paralela a la carretera asfaltada principal 1NN, va hacia zona de depresión aguas arriba.

La Municipalidad Distrital de Salitral de Sullana, a través de la Alcaldía en coordinación con sus diferentes oficinas, viene ejecutando el plan de apertura, con la Inversión del Expediente Técnico del Proyecto” Mejoramiento del dren pluvial y calles colectoras del Barrio Sur de Salitral -Sullana en el presente ejercicio presupuestal., para luego, buscar el financiamiento en entidades nacionales, como el Ministerio de Vivienda y Construcción.

Posterior a la ocurrencia del fenómeno de El Niño en el año 1998 y, de acuerdo a determinadas investigaciones se concluyó que, un gran número de las estructuras de drenaje menor, en las carreteras de la costa norte del país, fallaron o colapsaron porque el análisis hidrológico no tuvo una cobertura apropiada o, en el peor de los casos no se efectuó. La mayor parte de los drenajes resultaron rebasados por el considerable volumen de agua que transportaban las escorrentías superficiales, indicador que señala el sub dimensionamiento de las obras de arte.



En las zonas donde se realizaron estudios hidrológicos y, el caudal de la quebrada desbordó sobre la pista, el sub dimensionamiento obedecía a un manejo inadecuado de la información pluviométrica, relacionado al análisis de frecuencia y al desconocimiento del concepto del riesgo permisible que la estructura falle en cualquier momento.

2.0 EVALUACIÓN DE ESTUDIOS SIMILARES

Se ha investigado en las distintas instituciones públicas como la Municipalidad de Salitral, Municipalidad de Sullana y la Gerencia Sub Regional Luciano Castillo Colonna, y se ha obtenido información de varios estudios de esta naturaleza en la zona del proyecto, que ha permitido realizar un análisis de la información histórica de precipitaciones y tormentas que será de gran utilidad para el presente estudio.

En Sullana se realizaron importantes estudios hidrológicos después de producidos los Fenómenos El Niño 1983 y 1998, el primero previo a la construcción del Canal Vía de Sullana (1984), y el segundo, el año 2000 elaborado en la Gerencia Sub Regional Luciano Castillo Colonna, que confirma que la avenida de agua en el año 1998 fue muy superior al dimensionamiento del Canal Vía.

En ambos estudios se utilizó información pluviométrica de las estaciones: Mallares, Chilaco, La Esperanza (Cuenca Chira), Miraflores (Cuenca Piura) y pluviográfica de la estación Miraflores.

Se ha podido recopilar en los archivos, de la Dirección Ejecutiva del Proyecto Especial Chira Piura, información pluviográfica de la estación Chilaco, que ha sido procesada para utilizar en el presente estudio.

En los estudios previos, se utilizó información pluviográfica de la Estación Miraflores, perteneciente a otra cuenca.

3.0 VISITA DE CAMPO Y RECONOCIMIENTO DE ZONA DEL PROYECTO

Se ha efectuado un trabajo de reconocimiento del Tramo del Dren que va paralelo a la Carretera Principal Calle Tacna en una longitud de 1404.70 m que comprende desde Calle 28 de Julio y Alcantarilla ubicada en progresiva 12 km de desvío de la Carreta Sullana Talara

Las Calles Colectoras son las siguientes:



La Mar, Calle Salaverry, Calle José Gálvez, Calle Leoncio Prado, Calle Paita, Calle Arica, Calle Libertad y Calle Grau.

METAS A CONSIDERAR:

- 10,478.27 m2 construcción de pavimento de losa de concreto.

- 4,711.85 m2 de construcción de veredas y martillos con cemento pulido.

- 1,404.70 ml de construcción de dren pluvial de concreto.- 54.12 ml de construcción de canal de regadillo de concreto

Se ha recabado información sobre la naturaleza vegetal, las principales depresiones naturales, la relación del suelo con su impermeabilidad, siendo de gran utilidad para la determinación de los parámetros morfológicos de las micro cuencas y mini cuencas.

Se han efectuado investigaciones, en instituciones públicas y/o privadas: Dirección Ejecutiva del Proyecto Especial Chira Piura, Ministerio de Agricultura, Oficina de Defensa Civil y de Infraestructura de la Municipalidad de Sullana, Gerencia Sub Regional Luciano Castillo Colonna, Servicio Nacional de Meteorología e Hidrológica, Instituto Geográfico Nacional, y EPS GRAU SA donde se ubican las dos principales escorrentías superficiales que atraviesa el tramo carretero en estudio; que contribuyan con el desarrollo del presente trabajo.

Es necesario indicar, que por esta vía se trasladan diversos tipos de usuarios: los residentes de la zona y, que por diferentes motivos (estudio, trabajo, salud, comercio, producción etc.), precisan trasladarse por ésta vía; así también están los conductores, trabajadores de las diferentes instancias públicas, privadas, empresarios, comerciantes, productores, transportistas, etc.

El ingreso a esta zona del Proyecto se efectúa partiendo de la Ciudad de Sullana, por la Carretera Sullana Talara luego se desvía por el ingreso a Marcavelica a 13 Km se ubica el Barrio Sur de Salitral..

El distrito de Salitral de encuentra a 60 m.s.n.m. y tiene una ubicación geográfica de latitud sur 04º51’18’’ y una longitud oeste de 80º39’01’’. Salitral se encuentra en la margen derecha del río Chira, a medio camino entre Marcavelica y Querecotillo, unidos por una carretera que parte desde Sullana y llega hasta Lancones. Tiene 28.27 kms2 y una población de aproximadamente 7,000 Habitantes. Sus centros poblados son: Pueblo:



Salitral (capital). Caseríos Miraflores, Puerto Rico. Unidad agropecuaria: Cabo Verde Bajo, Dian, El Cortijo, Garay, La Hidráulica, Vista Florida.

Los límites del distrito de Salitral son:

Norte : Con el Distrito de Querecotillo

Sur : Distrito de Marcavelica

Este : Con el Rio Chira

Oeste : Distrito de Marcavelica

Para efectuar una correcta delimitación de las cuencas, se ha contado con información cartográfica de los archivos de la Dirección Ejecutiva del Proyecto Especial Chira Piura (plano topográfico de parcelación 1/10,000); información del Instituto Geográfico Nacional consistente en cartas topográficas en escala 1/100000 y 1/25000; plano de redes de alcantarillado 1/5000 (topográfico) de EPS GRAU SA y visitas de campo, para una precisa ubicación del divortium acuarum en los planos antes mencionados.

4.0 RECOLECCIÓN Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN METEOROLÓGICA

Del Departamento de Hidrometeorología de la DEPECHP se ha obtenido información sobre precipitaciones máximas diarias anuales y bandas pluviográficas de la estaciones de Chilaco y Mallares respectivamente, siendo las más representativas para la realización del presente estudio.

Con la finalidad de verificar la consistencia de la información de precipitaciones máximas diarias anuales, de las estaciones mencionadas, se ha realizado un Análisis Doble Masa Regional entre las estaciones Mallares y Chilaco, resultando consistente la información de las dos estaciones; se tomó como estación patrón la estación Mallares.

El cuadro siguiente muestra el registro histórico de 27 años de información de precipitaciones máximas anuales diarias de la estación Chilaco y, en la sección de anexos del presente estudio, se adjunta copia de la información fuente.

En el cuadro N° 01 se aprecia que el registro máximo diario de precipitación en Chilaco, se dio en el año 1993 (140 mm/dia), año donde no ocurrió el fenómeno El



Niño, sin embargo, en el año 1983 y 1998 otros año con FEN, el registro llegó al orden de 136 mm., debajo del registro de los años 1987, 1992 y 2002, años de alta pluviosidad para la sierra de Piurana sin Fenómeno El Niño.

CUADRO N ° 01

PRECIPITACIONES MAXIMAS ANUALES DE 24 HORAS (mm)

ESTACION PLUVIOMETRICA DE MALLARES Y CHILACO

Mallares: Lat.Sur 04°51.53” Long. Oeste 80°43’53” Altitud: 45 msnm Chilaco: Lat.Sur 04°41’44” Long. Oeste 80°30’18” Altitud: 90 msnm

ORDEN AÑOESTACION ESTACION

MALLARES CHILACO

1 1972 50.5 1172 1973 31.2 57.93 1974 3.5 94 1975 10.9 59.85 1976 67.3 36.46 1977 10.7 527 1978 25.6 51.78 1979 2.7 109 1980 27.5 34.6

10 1981 9.6 24.611 1982 11.5 6.112 1983 148.4 136.213 1984 47.3 60.714 1985 5.1 41.715 1986 6.1 11.416 1987 63.9 108.117 1988 15.7 28.918 1989 31.2 43.719 1990 2.6 7.820 1991 15.4 41.721 1992 100.4 7122 1993 76.6 14023 1994 33 72.324 1995 6.1 12.225 1996 7 1426 1997 21.8 117.5



27 1998 201 136.3

La estación Chilaco registra también información pluviográfica dentro de la cuenca del río Chira; con un registro histórico de 1975-1987, se han determinado las tormentas más significativas en este periodo de tiempo, tal como la apreciamos en el cuadro N° 02.

CUADRO N° 02TORMENTAS MAS SIGNIFICATIVAS PARA DIFERENTES DURACIONES

ESTACION : CHILACOINTENSIDADES MÁXIMAS: mm./h.

Lat.Sur 05°10’00’’ Long. Oeste 80°36’51’’ Altitud: 30 msnm

AÑO FECHADURACIÓN

05' 10' 15' 30' 60' 120’

1975 Marzo 44.1 44.1 44.1 31.4 24.98 24.66

1976 Enero 57.6 45.12 45.12 37.8 24.25 12.39

Febrero 36 28.2 20.93 13.88 9.11 4.59

Marzo 32.88 32.88 32.88 28.73 17.4 10.86

Marzo 19.2 16.6 16.6 16.6 12.18 10.2

1977 Marzo 44.4 27.74 22.18 16.63 13.7 8.95

Marzo 42.6 42.6 35.6 25 18.45 11.32

1978 Febrero 18.96 18.96 18.96 17.01 12.2 9.02

1980 Marzo 49.5 49.5 49.5 33.88 18 2.4

1981 06 de Febrero 28.2 28.2 20.93 14.87 14.02 9.9

1983 04 y 05 de Enero 52.8 40.8 40.8 32.6 20.23 19.57

Febrero 146.4 90.75 72.2 50.9 36.2 18.98

15 de Febrero 124.2 124.2 91.2 52.6 27.8 14.42

04 de Abril 48 30.6 24.8 16.67 12.7 7.15

06 de Mayo 37.6 37.6 37.6 37.6 37.6 22.75

07 y 08 de Mayo 54 54 40 24.13 21.8 15.86

1984 05 de Febrero 23.4 23.4 17 13.53 9.1 4.96

07 de Marzo 11.4 11.4 11.4 8.8 6.2 5.75

1985 Marzo 22.2 22.2 20.1 17 14.4 9.48

1987 08 de Febrero 37.8 37.8 29.6 21.4 15.7 9.88

01 de Marzo 33.6 18.2 15 11.7 10.3 7.7

Abril 67.8 67.8 53.6 39.4 23 15.26

Abril 65.4 65.4 65.4 48.3 27.59 14.14

1975 Marzo 44.1 44.1 44.1 31.4 24.98 24.66





5.0 CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA DE LAS SUB CUENCAS Y MICROCUENCAS

En el área del proyecto existen dos microcuencas. A continuación detallaremos las características hidrológicas de estas, y el orden en que se presentan obedece a la extensión de la superficie de cada una de ellas:

Microcuenca escorrentía superficial N° 01 presenta los siguientes parámetros geomorfológicos:

PARAMETROS GEOMORFOLOGICOUNIDAD

DE MEDIDA

MAGNITUD

Área de la cuenca m2 252891.58Perímetro m 3,336.23Longitud Mayor de la Escorrentía m 1759Ancho promedio de la microcuenca m 150Pendiente del cauce principal m/m 0.005Índice de compacidad 1.06

Es preciso indicar que, por lo general, se presentan algunos inconvenientes en la obtención de la escorrentía directa que corresponde a una determinada lluvia, en un espacio determinado. Para la determinación de la escorrentía se emplean diversos métodos; el método racional, el hidrograma triangular, el hidrograma sintético, etc.

El método para obtener el escurrimiento, está en función de la aplicabilidad del área en cuestión; la cantidad y naturaleza de los datos disponibles; los detalles necesarios en la respuesta final y, la exactitud requerida. La aplicabilidad está acorde con las características de la zona específica y, las suposiciones con las cuales se trabaja el método. El número y naturaleza de los datos disponibles se refiere a la extensión, detalle y cobertura de los registros hidrológicos, que pueden ser de precipitación o caudal. Para efectos de la determinación de inundaciones, puede considerarse un ejemplo de la variación de los detalles sobre el resultado final. En determinados métodos sólo se menciona el escurrimiento máximo, en tanto otros alcanzan el hidrograma completo. La exactitud está determinada por el costo y, suposiciones planteadas en el desarrollo del método.



En el presente estudio hidrológico desarrollaremos el primero de ellos, por su simplicidad, fácil aplicación, pero principalmente por contar con información pluviométrica y pluviográfica específica disponible para el desarrollo de este método.

Es importante precisar que el registro histórico de precipitaciones presenta 27 años y de tormentas 13 años con 23 registros de intensidades para diferentes tiempos de duración.

El método racional, normalmente está limitada su aplicación para cuencas pequeñas y el límite máximo establecido por bibliografía especializada es de 1300 Ha. Para el caso que nos ocupa en el presente estudio, existe una microcuenca significativa de: 25.3 Ha., respectivamente.

6.0 SELECCIÓN DE MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DEL CAUDAL MÁXIMO DE DISEÑO

Método Racional

Para efectos del diseño de estructuras hidráulicas menores, la fórmula racional, es una de las más recomendadas; está fórmula expresa el escurrimiento como fracción de la precipitación pluvial.

Entiéndase como estructura hidráulica menor, la que presenta un costo reducido y, un potencial pequeño para daños agua abajo, como es el caso del presente estudio.

Para efectos del diseño de una estructura de control de agua, se tomará en consideración los siguientes factores básicos:

1.- Características de la zona.

2.- Topografía

3.- Intensidad - duración y frecuencia de las lluvias.

4.- Tiempo de concentración de las aguas de escorrentía en un determinado punto.

5.- Estimación del caudal.



Fórmula Racional

Q=CIA3 .6

Donde:

Q : gasto pico, en lts/s o m3/s

C : coeficiente de escurrimiento (porcentaje de lluvia que aparece como escurrimiento directo)

I : intensidad de la lluvia, en mm/h

A : Área de la cuenca hidrológica o área de drenaje en Km2

Es preciso considerar las siguientes suposiciones, para efectos de la aplicación de la fórmula racional:

1. Para una intensidad particular de lluvia, el porcentaje máximo de escurrimiento se da, si el lapso de la lluvia es igual o mayor al tiempo de concentración. Entiéndase este último, como el tiempo necesario para que escurra el agua desde el punto más distante de la cuenca hasta el punto de medición del flujo o caudal.

2. El porcentaje de escurrimiento para una intensidad específica de lluvia con un lapso igual o mayor que el de concentración, es directamente proporcional a la intensidad de la lluvia.

3. La frecuencia de ocurrencia del escurrimiento máximo, es igual a la de la intensidad de la lluvia empleada en el cálculo.

4. El escurrimiento permanece constante para todas las tormentas en una cuenca hidrológica.

5. El escurrimiento máximo por área unitaria, disminuye en tanto aumenta el área de drenaje y, la intensidad de la lluvia disminuye en tanto aumenta su duración.



7.0 ESTIMACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS POR EL MÉTODO RACIONAL

7.1 Estimación de la Frecuencia de Recurrencia

La frecuencia promedio de ocurrencia de lluvias, que se empleará en el diseño, señalará el nivel de protección que se puede proporcionar al sistema proyectado.

A continuación mostraremos ciertos criterios de diseño generalizados, para estructuras de control de agua:

PUENTES DE CARRETERA PERIODO RETORNO (AÑOS)

Sistema secundario

Sistema Primario

10 - 50

50 – 100

ALCANTARILLAS DE CARRETERA PERIODO RETORNO (AÑOS)

Volúmenes de trafico bajo

Volúmenes de trafico intermedios

Volúmenes de trafico alto

5 - 10

10 - 25

50 – 100

CARRETERA BAJO VOLUMEN DE TRANSITO (MTC-PERU)

PERIODO RETORNO (AÑOS)

Puentes y pontones

Alcantarillas de paso y badenes

Alcantarillas de alivio

Drenaje de la plataforma

100

50

10 - 20

10



La norma peruana, conservadoramente, ha optado por valores de frecuencia de recurrencia correspondientes a sistemas primarios y/o volúmenes de tráfico alto en el caso de puentes y pontones, en ese sentido, asumiremos para el presente estudio periodos de retorno de 10, 25 y 50 años para los análisis correspondientes

Es preciso anotar que, la aplicación del análisis de riesgo en estructuras para el control de agua, puede presentar anomalías si la magnitud correspondiente al periodo de retorno, se excede durante la vida útil de la estructura.

Se puede recurrir al uso de la siguiente fórmula, para efectos del cálculo del riesgo hidrológico natural o inherente de falla:

R=1−(1−1

T)n

Donde

R : Riesgo de fallaT : Periodo de retornon : Vida útil de la estructura

El periodo de vida útil de un drenaje de plataforma en razón a sus activos fijos de mayor vida útil es de 20 años o más, por lo tanto, asumiremos un riesgo de falla de 33.23% para 50 años y de 87.84% para 10 años.

En el caso de 10 años, el riesgo de falla será de 88% o el 12% de probabilidad de no excedencia.

En el caso de 50 años el riesgo de falla será de 33% o el 67 % de probabilidad de no excedencia durante el mismo periodo

7.2 Estimación de la Intensidad de la Precipitación

Para fines de la determinación, de la intensidad de las precipitaciones, se precisa de un manejo apropiado de los registros históricos de precipitaciones y, de las tormentas más significativas que se han registrado (ver cuadro N° 02).

El uso apropiado de la información pluviométrica, debe dar la certeza de resultados fidedignos, para ser aplicados en el cálculo de caudales de cuencas no aforadas, empleando independientemente cualquier metodología de cálculo.

Para verificar la consistencia de la información de la estación Chilaco, aplicamos el análisis de doble masa, teniendo como estaciones patrón a Mallares, para el



periodo de medición común de las tres estaciones 1972-1998, se concluye que la información de la estación Chilaco es consistente.



CUADRO N ° 03

PRECIPITACIONES MAXIMAS ANUALES DE 24 HORAS (mm)ESTACION PLUVIOMETRICA DE MALLARES Y CHILACO


INFORMACIÓN CONSISTENTE

ORDEN AÑOESTACION ESTACION

MALLARES CHILACO

1 1972 50.5 1172 1973 31.2 57.93 1974 3.5 94 1975 10.9 59.85 1976 67.3 36.46 1977 10.7 527 1978 25.6 51.78 1979 2.7 109 1980 27.5 34.610 1981 9.6 24.611 1982 11.5 6.112 1983 148.4 136.213 1984 47.3 60.714 1985 5.1 41.715 1986 6.1 11.416 1987 63.9 108.117 1988 15.7 28.918 1989 31.2 43.719 1990 2.6 7.820 1991 15.4 41.721 1992 100.4 7122 1993 76.6 14023 1994 33 72.324 1995 6.1 12.225 1996 7 1426 1997 21.8 117.5

27 1998 201 136.3



7.3 Estimación de la Intensidad por el Método Factor Frecuencia

Distribución Log Pearson Tipo III

Este método, determina la intensidad de la precipitación, a partir de un registro histórico de precipitaciones, a través de relaciones y análisis estadísticos de lluvia.

Antes de proceder a desarrollar este ítem, se ha realizado la prueba de ajuste chi cuadrado de los diferentes métodos de distribución de probabilidades, obteniendo mejores indicadores de adaptación, la distribución LOG PEARSON TIPO III, (ver anexos), por la tanto, se procederá a aplicar la metodología propuesta.

En esta distribución, el primer paso es tomar los logaritmos de la información hidrológica, y = log x. Calculando la media y, la desviación estándar s, y el coeficiente de asimetría Cs para los logaritmos del registro histórico, cuando Cs 0

Media: log x = log x /n log x=∑ log x

n

Desviación Estándar: σ log x=√∑ ( log x− log x )

n−1

Coeficiente de asimetría:CS=

n∑ ( log x−log x )(n−1)(n−2)(ϖ log x )

El valor de x para cualquier nivel de probabilidad se puede calcular según la ecuación

log x=log x ´+σk

Donde K es un valor tabulado que se obtiene sabiendo el valor del coeficiente de asimetría o desarrollando el siguiente procedimiento.

KT=z+( z2−1 )k+13( z3−6 z )k2−( z2−1 )k3−zk 4+1

3k5



Donde:

k=CS6

z=w− 2.515517+0.802853w+0 .010328w2

1+1. 432788w+0 .189269w2+0 .001308w3

w=( ln(1p2

))12

para 0< p 0.5 , cuando p > 0.5 se sustituye p por 1- p

YT = y + KT sy

ANÁLISIS ETADÍSTICO DE PRECIPITACIONES ANUALES MÁXIMAS EN 24 HORAS



CUADRO N ° 04

PRECIPITACIONES MAXIMAS ANUALES DE 24 HORAS (mm)ESTACION PLUVIOMETRICA DE MALLARES Y CHILACO


AÑOEvento de mayor a menor

ni Log X

1993 140 1 2.1461998 136.3 2 2.1341983 136.2 3 2.1341997 117.5 4 2.0701972 117 5 2.0681987 108.1 6 2.0341994 72.3 7 1.8591992 71 8 1.8511984 60.7 9 1.7831975 59.8 10 1.7771973 57.9 11 1.7631977 52 12 1.7161978 51.7 13 1.7131989 43.7 14 1.6401985 41.7 15 1.6201991 41.7 16 1.6201976 36.4 17 1.5611980 34.6 18 1.5391988 28.9 19 1.4611981 24.6 20 1.3911996 14 21 1.1461995 12.2 22 1.0861986 11.4 23 1.0571979 10 24 1.0001974 9 25 0.9541990 7.8 26 0.8921982 6.1 27 0.785

Total 42.803Media 1.585

Desviación Estándar

0.417

Coeficiente de Asimetría -0.444



-0.07402732

T p W Z K kt Y Precipitación5 0.200 1.794122578 0.841413871 -0.07402732 0.854753241 1.94 8710 0.100 2.145966026 1.281728756 -0.07402732 1.224161934 2.10 12525 0.040 2.537272482 1.751076531 -0.07402732 1.58951707 2.25 17750 0.020 2.797149623 2.054188589 -0.07402732 1.810406881 2.34 219

100 0.010 3.034854259 2.326785333 -0.07402732 1.999262949 2.42 262

6SCK

5.0)1(

1ln

5.001ln(

21

21

2

2

pp

W

psip

W

)001308.0189269.0432798.11(

)010329.0802853.0515517.2(32

2

WWW

WWWZ

TppT 2.05

5432232

31163

1)1( KZKKZKZZKZZkt

YtT SkYY

Análisis de Tormentas Registradas en Bandas Pluviográficas.

Para esta parte del estudio, es preciso evaluar los datos registrados de las bandas pluviográficas y, a partir de allí, realizar el análisis de tormenta por cada suceso lluvioso y por consiguiente determinar la intensidad para 5, 10, 30, 60, 120 y180. En base a los valores obtenidos, se construye la curva Intensidad vs Período de Retorno.

Para este tipo de estudios, es necesario que la información se aproxime lo más cerca posible al área en cuestión; de acuerdo al registro históricos que se dispone,



se tiene catorce años de data en bandas pluviográficas, habiéndose obtenido un registro de máximas tormentas de 23 datos para las duraciones antes señalados; con esta importante información se procedió a realizar el análisis estadístico correspondiente.

En los cuadros Nº 07 al Nº 13 se presenta los resultados del análisis de frecuencias para cada período de duración y en el cuadro Nº 14 el resumen para distintos períodos de retorno

El análisis estadístico de frecuencias de intensidades máximas horarias se realizarán mediante la distribución de probabilidad la Log-Pearson Tipo III por haber pasado la prueba de ajuste chi cuadrado, (para realizar el test de adaptación se tomaron los valores de intensidades para una duración de cinco minutos).

CUADRO N° 05TORMENTAS MAS SIGNIFICATIVAS PARA DIFERENTES DURACIONES



ESTACION : CHILACOINTENSIDADES MÁXIMAS: mm./h.

Lat.Sur 05°10’00’’ Long. Oeste 80°36’51’’ Altitud: 30 msnm

AÑO FECHADURACIÓN

05' 10' 15' 30' 60' 120’

1975 Marzo 44.1 44.1 44.1 31.4 24.98 24.66

1976 Enero 57.6 45.12 45.12 37.8 24.25 12.39

Febrero 36 28.2 20.93 13.88 9.11 4.59

Marzo 32.88 32.88 32.88 28.73 17.4 10.86

Marzo 19.2 16.6 16.6 16.6 12.18 10.2

1977 Marzo 44.4 27.74 22.18 16.63 13.7 8.95

Marzo 42.6 42.6 35.6 25 18.45 11.32

1978 Febrero 18.96 18.96 18.96 17.01 12.2 9.02

1980 Marzo 49.5 49.5 49.5 33.88 18 2.4

1981 06 de Febrero 28.2 28.2 20.93 14.87 14.02 9.9

1983 04 y 05 de Enero 52.8 40.8 40.8 32.6 20.23 19.57

Febrero 146.4 90.75 72.2 50.9 36.2 18.98

15 de Febrero 124.2 124.2 91.2 52.6 27.8 14.42

04 de Abril 48 30.6 24.8 16.67 12.7 7.15

06 de Mayo 37.6 37.6 37.6 37.6 37.6 22.75

07 y 08 de Mayo 54 54 40 24.13 21.8 15.86

1984 05 de Febrero 23.4 23.4 17 13.53 9.1 4.96

07 de Marzo 11.4 11.4 11.4 8.8 6.2 5.75

1985 Marzo 22.2 22.2 20.1 17 14.4 9.48

1987 08 de Febrero 37.8 37.8 29.6 21.4 15.7 9.88

01 de Marzo 33.6 18.2 15 11.7 10.3 7.7

Abril 67.8 67.8 53.6 39.4 23 15.26

Abril 65.4 65.4 65.4 48.3 27.59 14.14

1975 Marzo 44.1 44.1 44.1 31.4 24.98 24.66



ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE INTENSIDADES MÁXIMAS

ESTACION METEOROLOGICA CHILACO (Td= 5min)

CUADRO Nº 7

niEvento de mayor a

menorLog X

1 146.4 2.1662 124.2 2.0943 67.8 1.8314 65.4 1.8165 57.6 1.7606 54.0 1.7327 52.8 1.7238 49.5 1.6959 48.0 1.681

10 44.4 1.64711 44.1 1.64412 42.6 1.62913 37.8 1.57714 37.6 1.57515 36.0 1.55616 33.6 1.52617 32.9 1.51718 28.2 1.45019 23.4 1.36920 22.2 1.34621 19.2 1.28322 19.0 1.27823 11.4 1.057


Desviación Estandar 0.251924

Coeficiente de Asimetria

0.146672



0.024445364

T p W Z K kt Y Precipitación5 0.200 1.794122578 0.841413871 0.024445364 0.833392281 1.82 6610 0.100 2.145966026 1.281728756 0.024445364 1.296320661 1.93 8625 0.040 2.537272482 1.751076531 0.024445364 1.800533136 2.06 11550 0.020 2.797149623 2.054188589 0.024445364 2.132118875 2.14 139

100 0.010 3.034854259 2.326785333 0.024445364 2.434348521 2.22 166

6SCK

5.0)1(

1ln

5.001ln(

21

21

2

2

pp

W

psip

W

)001308.0189269.0432798.11(

)010329.0802853.0515517.2(32

2

WWW

WWWZ

TppT 2.05

5432232

31163

1)1( KZKKZKZZKZZkt

YtT SkYY



CUADRO Nº 8

CHILACO (TD = 10 MIN.)

niEvento de mayor a

menorLog X

1 124.2 2.0942 90.8 1.9583 67.8 1.8314 65.4 1.8165 54.0 1.7326 49.5 1.6957 45.1 1.6548 44.1 1.6449 42.6 1.629

10 40.8 1.61111 37.8 1.57712 37.6 1.57513 32.9 1.51714 30.6 1.48615 28.2 1.45016 28.2 1.45017 27.7 1.44318 23.4 1.36919 22.2 1.34620 19.0 1.27821 18.2 1.26022 16.6 1.22023 11.4 1.057




0.190020



0.031670017


100 0.010 3.034854259 2.326785333 0.031670017 2.46597612 2.16 143

6SCK

5.0)1(

1ln

5.001ln(

21

21

2

2

pp

W

psip

W

)001308.0189269.0432798.11(

)010329.0802853.0515517.2(32

2

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TppT 2.05

5432232

31163

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YtT SkYY



CUADRO Nº 09

CHILACO (Td = 15 MIN.)

niEvento de mayor a

menorLog X

1 91.2 1.9602 72.2 1.8593 65.4 1.8164 53.6 1.7295 49.5 1.6956 45.1 1.6547 44.1 1.6448 40.8 1.6119 40.0 1.602

10 37.6 1.57511 35.6 1.55112 32.9 1.51713 29.6 1.47114 24.8 1.39415 22.2 1.34616 20.9 1.32117 20.9 1.32118 20.1 1.30319 19.0 1.27820 17.0 1.23021 16.6 1.22022 15.0 1.17623 11.4 1.057




0.125612



0.02093537


100 0.010 3.034854259 2.326785333 0.02093537 2.418952417 2.07 117

6SCK

5.0)1(

1ln

5.001ln(

21

21

2

2

pp

W

psip

W

)001308.0189269.0432798.11(

)010329.0802853.0515517.2(32

2

WWW

WWWZ

TppT 2.05

5432232

31163

1)1( KZKKZKZZKZZkt

YtT SkYY



CUADRO Nº 10


niEvento de mayor a

menorLog X

1 52.6 1.7212 50.9 1.7073 48.3 1.6844 39.4 1.5955 37.8 1.5776 37.6 1.5757 33.9 1.5308 32.6 1.5139 31.4 1.497

10 28.7 1.45811 25.0 1.39812 24.1 1.38313 21.4 1.33014 17.0 1.23115 17.0 1.23016 16.7 1.22217 16.6 1.22118 16.6 1.22019 14.9 1.17220 13.9 1.14221 13.5 1.13122 11.7 1.06823 8.8 0.944


Desviación Estandar 0.220443Coeficiente de

Asimetria-

0.035927



-0.00598787


100 0.010 3.034854259 2.326785333 -0.00598787 2.300339941 1.88 76

6SCK

5.0)1(

1ln

5.001ln(

21

21

2

2

pp

W

psip

W

)001308.0189269.0432798.11(

)010329.0802853.0515517.2(32

2

WWW

WWWZ

TppT 2.05

5432232

31163

1)1( KZKKZKZZKZZkt

YtT SkYY



CUADRO Nº 11


niEvento de mayor a

menorLog X

1 37.6 1.5752 36.2 1.5593 27.8 1.4444 27.6 1.4415 25.0 1.3986 24.3 1.3857 23.0 1.3628 21.8 1.3389 20.2 1.306

10 18.5 1.26611 18.0 1.25512 17.4 1.24113 15.7 1.19614 14.4 1.15815 14.0 1.14716 13.7 1.13717 12.7 1.10418 12.2 1.08619 12.2 1.08620 10.3 1.01321 9.1 0.96022 9.1 0.95923 6.2 0.792



Asimetria-

0.162576



-0.02709594


6SCK

5.0)1(

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5.001ln(

21

21

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W

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W

)001308.0189269.0432798.11(

)010329.0802853.0515517.2(32

2

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TppT 2.05

5432232

31163

1)1( KZKKZKZZKZZkt

YtT SkYY



CUADRO Nº 12

(Td = 120 MIN.)

niEvento de mayor a

menorLog X

1 24.7 1.3922 22.8 1.3573 19.6 1.2924 19.0 1.2785 15.9 1.2006 15.3 1.1847 14.4 1.1598 14.1 1.1509 12.4 1.093

10 11.3 1.05411 10.9 1.03612 10.2 1.00913 9.9 0.99614 9.9 0.99515 9.5 0.97716 9.0 0.95517 9.0 0.95218 7.7 0.88619 7.2 0.85420 5.8 0.76021 5.0 0.69522 4.6 0.66223 2.4 0.380



Asimetria-

0.728229



-0.12137152


100 0.010 3.034854259 2.326785333 -0.12137152 1.791741996 1.44 28

6SCK

5.0)1(

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21

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pp

W

psip

W

)001308.0189269.0432798.11(

)010329.0802853.0515517.2(32

2

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TppT 2.05

5432232

31163

1)1( KZKKZKZZKZZkt

YtT SkYY

CUADRO N° 13

INTENSIDADES MAXIMAS HORARIAS

PERIODO DE DURACION (td) EN MINUTOS 5 10 15 30 60 120

PERIODO RETORNO INTENSIDAD DE LLUVIA EN mm./h.

5 66 57 49 36 25 1710 86 74 63 45 30 20

30 115 99 83 57 37 23

50 139 120 99 66 41 26100 166 143 117 76 46 28



7.4 Estimación de las Ecuaciones I = F[Td], Intensidad- Frecuencia - Duración .

Para el análisis y determinación de la función frecuencia intensidad - duración, se ha utilizado la ecuación paramétrica:

I= a

( td+c )b

Donde:

I : Intensidad en mm./horatd : Duración en minutos.

Para obtener a, b y c se toman tres puntos representativos, los dos primeros son obtenidos del cuadro N° 14 perteneciente a la intensidad máxima y, el tercer punto representativo corresponde a la máxima precipitación diaria, los tres puntos corresponden al mismo período de retorno esto es:

Para T = 5 años

CUADRO N° 14

td (min) I (mm/h)Pto 1 10 57Pto 2 60 25Pto 3 1440 4

Tabulando la función I = f(td) por los puntos 1, 2 y 3

Tomando logaritmos a la ecuación paramétrica se tiene:

Resolviendo el sistema de ecuaciones se obtuvieron los siguientes valores para los parámetros:


log I 1=log a−b log( td1+c )log I 2=log a−b log( td 2+c )log I 3=log a−b log( td 3+c )

(1440+C60+C )0.3127

=(60+C10+C )


a = 1547.900974b = 0.930687479c = 24.78

La tormenta de diseño tendrá una función intensidad duración I = f(td) dada por:

De manera similar se obtienen las funciones Intensidad – Duración – Frecuencia para 10, 25, 50 y 100 años de período de retorno respectivamente:

Para tales períodos de retorno el gráfico Nº 01 presenta los resultados obtenidos.


I=1547 .9010( td+24 .780 )0.9307

I=754 .6022( td+11.624 )0 .755

I=406.6421( td+1 .1475 )0 .5855

I=292 .1685( td−3.7321 )0.4846

I=225 .2029( td−68784 ). 0. 3982


GRAFICO N° 01INTENSIDAD PERIODO DE RETORNO

050

100

150

200

250

300

5 10 15 30 60 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420

INTE

NSID

AD M

M/H

TIEMPO MINUTOS

Potencial (5)

Potencial (10)

Potencial (25)

Potencial (50)

Potencial (100)



7.5 Estimación del Área de la Cuenca

Para efectos de la determinación de la superficie de las microcuencas, se ha utilizado cartografía del COFOPRI, correspondiente a la lotización del Distrito de Salitral, plano a escala 1/1,000 así como a la topografía realizada en la zona.

La delimitación de la cuenca, se basa en las cotas de máxima altitud (divortiun acuarum), las cuales han sido unidas a través de una curva poligonal perpendicular a las curvas de nivel, cerrando hacia el punto de descarga o de interés, en el curso principal de la cuenca.

En cuadro N° 15 se consigna datos de magnitudes de las principales variable geomorfológicas de las cuencas en estudio.

7.6 Estimación del Tiempo de Concentración

Una de las definiciones del tiempo de concentración, señala a este como el tiempo máximo que tarda la partícula más alejada del área, en ser drenada hasta el punto de recolección, medición o entrada de una estructura hidráulica menor.

Otra definición del tiempo de concentración de la cuenca es, el tiempo de recorrido del agua del punto hidráulicamente más distante de la cuenca hasta el punto de interés.

El cálculo del tiempo de concentración se realiza a través de la siguiente relación:

Tcmin = 0.0195 (L3/H)0.385

Donde:

Tc : Tiempo de concentración mínimo de la cuenca en minutos

L : Longitud más larga del cauce

H : Diferencia entre la máxima y mínima cota.

CUADRO N°15

RESUMEN DE MAGNITUDES MORFOLOGICAS DE LAS CUENCAS



CUENCA ÁREA PERÍMETROLONGITUD DEL CURSO DE AGUA MÁS LARGO

COTA MIN. COTA MAX tc

(m2) M (m) (msnm) (msnm) ( min)

Escorrentía N° 01 252891.58 3,336.225 1812 100.67 100.87134 209.50

7.7 Estimación de la Intensidad de Diseño

Conocido el tiempo de concentración, procedemos a calcular la intensidad de la lluvia, para diferentes períodos de retorno, empleando las ecuaciones perimétricas determinadas en el ítem 7.4, bajo el supuesto que el tiempo de concentración es el mismo tiempo de duración de la intensidad.

CUADRO N° 16

NTENSIDADES DE DISEÑO EN FUNCION DEL PERIODO DE RETORNO

QUEBRADA PERIODO DE RETORNO DURACION INTENSIDAD

Escorrentía N° 01

10 años 5.7 87.67 mm/h

25 años 5.7 131.83 mm/h

50 años 5.7 210.46 mm/h

7.8 Estimación del Coeficiente de Escorrentía

El coeficiente de escorrentía o coeficiente de escurrimiento, es el porcentaje de lluvia que aparece como escurrimiento directo y, que depende del tipo de suelo o componente del área; que es afectado por la duración de las tormentas de lluvia, por la evaporación, el almacenamiento en depresiones, humedecimiento del suelo, la pendiente del terreno antes de empezar a escurrir.

El valor del coeficiente de escorrentía, se ha establecido desde tablas definidas en el Manual de Diseño de Carreteras no Pavimentadas de Bajo Volumen de Transito del MTC.

CUADRO N° 17

VALORES PARA LA DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA



CONDICIÓN VALORES

1. Relieve del terreno

K1 = 40 K1 = 30 K1 = 20 K1 = 10

Muy Accidentado Ondulado Llano

accidentado pendiente entre

pendiente entre pendiente

pendiente 10% y 30% 5% y 10% inferior al 5%

superior al 30%

2. Permeabilidad del Suelo

K2 = 20 K2 =15 K2 = 10 K2 = 5

Muy Bastante Permeable Muy

impermeable impermeable permeable

roca sana arcilla

3. Vegetación

K1 = 20 K1 = 15 K1 = 10 K1 = 5Sin vegetación Poca Bastante Mucha Hasta

Menos del 10% de

Hasta el 50% de el 90% de la

la superficie la superficie superficie

4. Capacidad de retención

K4 = 20 K4 = 15 K4 = 10 K4 = 5

Ninguna Poca Bastante Mucha*Manual de Diseño de Carreteras no Pavimentadas de Bajo Volumen de Transito del MTC.

CUADRO N° 18

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA

K = K1+K2+K3+K4 C100 0.8

75 0.65

50 0.530 0.3525 0.2

Para la zona en estudio establecemos los siguientes K

K1 K2 K3 K4 K C

Escorrentía N° 01 10 15 15 15 55 0.53



7.9 Estimación de la Escorrentía Superficial

Formula Racional

Dados los parámetros, para el cálculo del escurrimiento superficial neto, y definida la intensidad de la precipitación de diseño; en función del tiempo de duración (concentración) para un determinado período de retorno, se procede a determinar el caudal de máxima avenida para la quebrada más significativa del sistema de drenaje de las calles del Barrio Sur del Distrito de Salitral

CUADRO N° 18ESCORRENTIA SUPERFICIAL PARA T= 10 AÑOS

CI A Q ACUM. Q

(mm/h) (Km2) m3/s m3/s

0 +000 hasta 0 + 180 0.53 87.67 0.0054 0.069697 0.069700 +180 hasta 0 + 210 0.53 87.67 0.0009 0.01162 0.08131

0 +210 hasta 0 + 240 0.53 87.67 0.00081 0.01045 0.09177

0 +240 hasta 0 + 300 0.53 87.67 0.00126 0.01626 0.10803

0 +300 hasta 0 + 380 0.53 87.67 0.00128 0.01652 0.12455

0 +380 hasta 0 + 600 0.53 87.67 0.18046593 2.32924 2.45379

0 +600 hasta 1 + 404.69 0.53 87.67 0.06277565 0.81023 3.26402

TOTAL 0.25289158 3.264022El área se ha estimado de la pista veredas plantas y techos

ESCORRENTIA SUPERFICIAL PARA T= 30 AÑOS

TRAMO CI A Q ACUM. Q


0 +000 hasta 0 + 180 0.53 131.83 0.0054 0.10481 0.10481

0 +180 hasta 0 + 210 0.53 131.83 0.0009 0.01747 0.12228

0 +210 hasta 0 + 240 0.53 131.83 0.00081 0.01572 0.13800

0 +240 hasta 0 + 300 0.53 131.83 0.00126 0.0244 0.16245



6

0 +300 hasta 0 + 380 0.53 131.83 0.00128 0.02484 0.18730

0 +380 hasta 0 + 600 0.53 131.83 0.18046593 3.50266 3.68995

0 +600 hasta 1 + 404.69 0.53 131.83 0.06277565 1.21841 4.90837

TOTAL 0.25289158 4.90837

El área se ha estimado de la pista veredas plantas y techos



8.0 EVALUACIÓN DE LA ESTIMACIÓN DEL CAUDAL MÁXIMO











11.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el área de influencia, del proyecto, existe una microcuenca que tiene superficies de 25.3 hectáreas respectivamente; y presentan descargas de relativa importancia (0.10 a 4.91 m3/s). Dadas las características del terreno, se recomienda que proyecte el dren con las dimensiones consideradas en el estudio hidráulico.

Las descargas máximas, para cada una de las escorrentías estudiadas para TR de 10, 25 y 50 años son los siguientes:


CI A Q ACUM. Q


0 +000 hasta 0 + 180 0.53 87.67 0.0054 0.069697 0.069700 +180 hasta 0 + 210 0.53 87.67 0.0009 0.01162 0.08131

0 +210 hasta 0 + 240 0.53 87.67 0.00081 0.01045 0.09177

0 +240 hasta 0 + 300 0.53 87.67 0.00126 0.01626 0.10803

0 +300 hasta 0 + 380 0.53 87.67 0.00128 0.01652 0.12455

0 +380 hasta 0 + 600 0.53 87.67 0.18046593 2.32924 2.45379

0 +600 hasta 1 + 404.69 0.53 87.67 0.06277565 0.81023 3.26402

TOTAL 0.25289158 3.264022El área se ha estimado de la pista veredas plantas y techos




0 +000 hasta 0 + 180 0.53 131.83 0.0054 0.10481 0.10481

0 +180 hasta 0 + 210 0.53 131.83 0.0009 0.01747 0.12228

0 +210 hasta 0 + 240 0.53 131.83 0.00081 0.01572 0.13800

0 +240 hasta 0 + 300 0.53 131.83 0.00126 0.02446 0.16245

0 +300 hasta 0 + 380 0.53 131.83 0.00128 0.02484 0.18730

0 +380 hasta 0 + 600 0.53 131.83 0.18046593 3.50266 3.68995

0 +600 hasta 1 + 404.69 0.53 131.83 0.06277565 1.21841 4.90837

TOTAL 0.25289158 4.9083



7El área se ha estimado de la pista veredas plantas y techos




0 +000 hasta 0 + 1800.53 210.46 0.0054 0.16731 0.16731

0 +180 hasta 0 + 2100.53 210.46 0.0009 0.02789 0.19520

0 +210 hasta 0 + 2400.53 210.46 0.00081 0.02510 0.22030

0 +240 hasta 0 + 3000.53 210.46 0.00126 0.03904 0.25934

0 +300 hasta 0 + 3800.53 210.46 0.00128 0.03966 0.29900

0 +380 hasta 0 + 6000.53 210.46 0.1804659

3 5.59157 5.89057

0 +600 hasta 1 + 404.690.53 210.46 0.0627756

5 1.94505 7.83561

TOTAL 0.25289158 7.83561

El área se ha estimado de la pista veredas plantas y techos

Para la estimación de los parámetros hidráulicos, de los cursos de agua, en las secciones de pase de la futura vía, recomendamos usar las magnitudes de mayor descarga de acuerdo al tipo de obra de arte a realizar, con la finalidad de incrementar la seguridad de las obras de arte a edificar.

En la progresiva 0 + 000 hasta progresiva 0 + 180 del Dren se debe considerar un canal rectangular con ancho de solera de 3.175 y altura 0.10m. con concreto 175 Kg/cm2 y espesor 0.10m.






En la progresiva 0 + 380 hasta progresiva 0 + 600 del Dren se debe considerar una caja trapezoidal con ancho de solera de 0.60, Z = 0.80 y altura 1.20m. con concreto 175 Kg/cm2 y espesor 0.10m.

En la progresiva 0 + 600 hasta progresiva 1 + 396 del Dren se debe considerar una caja trapezoidal con ancho de solera de 0.75, Z = 0.75 y altura 1.20m. con concreto 175 Kg/cm2 y espesor 0.10m.

En la progresiva 1 + 396 hasta progresiva 1 + 404 del Dren se debe considerar una rápida con caja cuadrada con ancho de base 0.75m y la poza de amortiguación será de ancho 1.65m. con concreto armado 175 Kg/cm2 y 0.15m de espesor.


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ESTUDIO HIDROLOGICO SALITRAL