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MAXIMAS AVENIDAS (METODO RACIONAL)
ESTUDIO HIDROLOGICO
CONSTRUCCION DE ALCANTARILLADO Y REMODELACION DE BERMAS DE LA AV. TAHUANTINSUYO P.J AMPLIACION PAMPAS DEL CUZCO1. INTRODUCCIN
2. MICRO CUENCA Av. TAHUANTINSUYO3. HIDROMETEOROLOGIA
a) PRECIPITACIN
4.0 ANALISIS DE MAXIMAS DESCARGAESTUDIO HIDROLOGICO DEL PROYECTOCONSTRUCCION DE ALCANTARILLADO Y REMODELACION DE BERMAS DE LA AV. TAHUANTINSUYO P.J AMPLIACION PAMPAS DEL CUZCO1.0 INTRODUCCINEl objetivo del presente estudio Hidrolgico, esta orientado a la determinacin de los caudales de mximos que transitaran en la avenidas Tahuantinsuyo del Pueblo Joven Pampas del Cuzco donde se tiene proyectado la construccin del sistema de Alcantarillado de dicha avenida.
As mismo el presente estudio Hidrolgico nos proporcionara informacin para el dimensionamiento del canal que conducir el agua fluvial. En general la aplicacin de la hidrolgica superficial del diseo, tal como construcciones y operaciones de las obras civiles en hidrulica se reduce a encontrar respuestas a las siguientes preguntas.
1. Qu cantidad de aguas discurre en la corriente, propiedades fsicas?2. Cunto volumen de agua solid se transporta en la corriente?
3. Cual es la magnitud de las Avenidas Crecidas y cuando se produce?En nuestro estudio se determinara la cantidad de agua que discurre en la corriente, as como se dar respuesta ala tercera pregunta que ala ves es la mas difcil de responder, para lo cual se requiere la suficiente informacin esto para ser evaluada, esto es importante en obras estructuras Hidrulicas, cuyo fin es dar paso o controlar el agua proveniente de tales avenidas; estas estructuras son generalmente costosas y su inadecuada utilizacin puede causar graves daos materiales incluso poner en riesgo vidas humanas.
El Origen de las Avenidas de acuerdo a las cuencas que la generan se puede clasificar de la siguiente manera:
Avenidas Mximas producto de precipitaciones lquidas
Avenidas Mximas producto de precipitaciones slidas.
Avenidas Mximas Mixtas producto u originado por otras causas.
Las Avenidas que se presentan en las sub.-cuenca de la quebrada de Pampas del Cuzco, tiene origen en las calles al rededor de 3 4 manzanas de arriba mencionadas que son las ms comunes y tienen su origen en lluvias de Intensidad, duracin y extensin, segn cuadros de informacin proporcionada por SENAMHIPara la estimacin de la Avenida Mxima en una corriente de agua se dispone de varios mtodos de clculo, los mismos que pueden ser agrupados en trminos generales de la siguiente manera:
Mtodos empricos
Mtodos histricos
Mtodos de correlacin hidrolgica de la cuenca
Mtodos directos o hidrulicos
Mtodos estadsticos o probabilsticas
Mtodos hidrolgicos o de relacin lluvia escurrimiento.
La utilizacin de estos mtodos estn en funcin de la informacin suficiente que se tenga; en nuestro caso debido a la escasez de suficiente informacin Hidrolgica en las Sub-cuenca indicada, emplearemos Mtodo Estadstico Probabilstica, as como el mtodo directo o hidrulico, haciendo una comparacin de resultados, ya que la mayora de las veces permite obtener informacin bastante til y garantizada, sobre todo, debido a la posibilidad de fijar con buena precisin las alturas o niveles alcanzados en tiempos pasados y algunas veces remotos, esto por registros que se tengan. A partir de estos datos es posible determinar el gasto mximo instantneo en cualquier momento. En resumen, consiste en la utilizacin de estoes mtodos y fijar, en un tramo del canal de la Avenida bien definido (o donde se va a construir la obra civil) y caracterstico, las elevaciones mximas alcanzadas por las aguas y calcular a partir de ellas, el caudal mximo que las produjo.
2.0 MICRO CUENCA AVENIDA TAHUANTINSUYOUBICACIN La micro cuenca se encuentra ubicada en el Pueblo Joven Pampas del Cuzco, especificadamente en la avenida Tahuantinsuyo, del distrito De J. Hunter, Provincia de Arequipa y Departamento de Arequipa
Geogrficamente la micro cuenca limita por el norte con la prolongacin de la avenida la Merced hasta la Calle Mariscal Ureta, por el este la calle Mariscal Ureta hasta ella altura del cementerio en lneas quebradas, por el sur desde el cementerio a lo largo de la mitad del cerro hasta encontrarse en la Avenida Paisajista, unindose con el Oeste con El carmen y Pampas del Cuzco, en una distancia aproximada de 1,25 Kilmetros de largo de eje de cuencaDESCRIPCIN La micro cuenca tiene un rea de 78,86 hectreas (788 627,63 m), en vas (Calles y Avenidas) se tiene 14,20 hectreas, en rea de Manzanas destinadas a viviendas el resto que es 64,66 hectreas, de estas rea destinadas a viviendas se considera el 20 % que el agua Fluvial se desva a las calles, el resto es Adsorbido por las reas verdes y colectores de desage, por lo que se tiene un rea de cuenca efectiva de 27,13 Hectries.
La caracterstica fsica de la cuenca es de concreto en las veredas y asfalto en las vas (Avenidas y calles), y terreno agrcola en los jardines, por lo que el coeficiente de escorrenta para este caso es de 0.40, siendo este dato para obtener el caudal que escurrir en la cuenca.
CLIMATOLOGA Y ECOLOGA. Las caractersticas climticas generales de la Ciudad de Arequipa es propia de la zona de Sierra Baja, en forma general el clima de la zona del proyecto se caracteriza por ser seco, con cambios de temperatura bien marcados entre el da y la noche.
La poca de lluvia se manifiesta con mayor intensidad en la estacin del verano y en el invierno prcticamente son ausentes. La altitud de la zona es de 2450 m.s.n.m.3.0 HIDROMETEOROLOGIA a) PRECIPITACIN La mayor parte de precipitaciones del Per se originan por el desplazamiento hacia el Sur de la zona de convergencia intertropical, lo que se encuentra durante el verano en la posicin ms favorable para producir precipitacin en la zona sur. Los vientos de Noreste que contienen abundante humedad son elevados por la cordillera de los andes ocasionando alta pluviosidad en la vertiente oriental, pero cuando el aire, originalmente hmedo y caliente traspone el macizo andino y llega a la cuenca de Arequipa, ya no resta mucha humedad. Posteriormente los vientos se dirigen hacia la costa, decreciendo la precipitacin en esa direccin hasta hacerse prcticamente nula. En la zona del proyecto existe una estacin pluviomtrica, en Huasacache, se puede considerar esta para la toma de datos de la zona de estudio, del anexo, en el cuadro N 01 se muestra las precipitaciones mximas en 24 horas (mm) desde el ao 1970 ala fecha.CUADRO 1
PRESIPITACIONES MAXIMAS PARA 24 HORAS (mm)ESTACION: HUASACACHEDEPARTAMENTO: Arequipa
LONGITUD: 713359.32'
PERIODO: 1970 - 2009
PROVINCIA: Arequipa
LATITUD: 1627?27.84CUENCA: Pampas del CuzcoDISTRITO: J. Hunter
ALTITUD: 2 209 m.s.n.m.AOENEFEBMARABRMAYJUNJULAGOSETOCTNOVDICMaximaAO
197011.811.04.40.00.00.00.00.00.00.00.02.411.81970
19715.711.00.03.00.00.00.00.00.00.00.016.016.01971
197213.015.011.00.00.00.00.00.00.02.00.02.015.01972
197330.030.019.00.00.00.00.00.03.00.00.00.030.01973
197412.05.16.30.00.00.00.00.00.00.00.01.612.01974
197520.317.55.30.00.00.00.00.00.00.00.02.020.31975
197610.26.02.00.00.00.00.00.05.00.00.00.010.21976
19770.012.518.30.00.00.00.00.00.00.00.00.018.31977
19780.90.00.30.00.00.00.00.00.00.03.20.03.21978
19791.00.09.00.00.00.00.00.00.00.010.10.010.11979
19800.04.78.20.00.00.00.00.00.00.00.01.38.21980
19813.77.80.43.00.00.00.00.00.00.00.20.07.81981
19820.03.53.23.20.00.00.00.00.00.00.20.03.51982
19830.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.01983
19842.444.03.00.00.00.00.01.50.00.00.00.044.01984
19850.013.030.01.30.00.00.00.00.00.00.06.930.01985
19864.420.10.60.01.40.00.03.50.00.02.36.820.11986
198711.04.50.00.00.00.00.00.00.00.40.00.011.01987
19881.30.03.80.00.00.00.00.00.00.00.00.23.81988
19890.128.80.40.00.00.00.00.00.00.00.00.028.81989
19900.02.712.00.00.02.80.00.00.00.00.04.512.01990
19910.00.06.00.00.00.60.00.00.00.00.00.06.01991
19920.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.02.02.01992
199314.08.50.00.00.00.00.04.00.00.50.00.014.01993
199411.87.60.00.00.00.00.00.00.00.00.00.211.81994
199519.60.010.30.00.00.00.00.00.00.00.00.019.61995
19968.34.70.00.00.00.00.00.00.00.00.00.08.31996
19977.025.533.30.00.00.00.09.21.50.00.05.533.31997
199815.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.815.01998
19992.48.84.30.00.00.00.00.00.00.30.01.08.81999
20007.49.511.10.00.60.20.00.00.00.00.00.011.12000
20014.18.48.20.00.00.00.00.00.00.00.00.08.42001
20022.26.79.00.00.00.04.10.00.00.00.02.69.02002
20036.50.21.50.00.00.00.00.00.00.00.00.06.52003
20044.15.50.00.00.00.04.20.00.00.00.01.05.52004
20055.63.51.20.00.00.00.00.00.20.00.01.35.62005
20065.39.64.00.00.00.00.00.00.00.00.00.09.62006
20078.14.30.00.00.00.00.00.00.00.00.00.08.12007
200822.53.31.10.00.00.00.00.00.00.00.02.322.52008
20093.37.02.80.00.00.00.00.00.00.00.00.07.02009
197011.811.04.40.00.00.00.00.00.00.00.02.411.81970
Fuente segn informe N 091 SENAMHI DR6 2010, se adjunta copias en anexosCUADRO N 02REGISTRO DE PRECIPITACIONES MAXIMAS PARA 24 HORAS (ANUAL) en mm.ESTACION: HUASACACHEDEPARTAMENTO: Arequipa
LONGITUD: 713359.32'
PERIODO: 1970 - 2009
PROVINCIA: Arequipa
LATITUD: 1627?27.84CUENCA: Pampas del CuzcoDISTRITO: J. Hunter
ALTITUD: 2 209 m.s.n.m.aoPRECIPITACIONES MAX. PARA 24 HORAS (ANUAL)
197011.8
197116.0
197215.0
197330.0
197412.0
197520.3
197610.2
197718.3
19783.2
197910.1
19808.2
19817.8
19823.5
19830.0
198444.0
198530.0
198620.1
198711.0
19883.8
198928.8
199012.0
19916.0
19922.0
199314.0
199411.8
199519.6
19968.3
199733.3
199815.0
19998.8
200011.1
20018.4
20029.0
20036.5
20045.5
20055.6
20069.6
20078.1
200822.5
20097.0
4.0 ANALISIS DE MAXIMAS DESCARGAMAXIMAS AVENIDAS (METODO RACIONAL)El mtodo Racional es el mtodo ms conocido y usado en el diseo de estructuras hidrulicas de conduccin de caudales altos. La formula Racional tiene validez nicamente en cuencas pequeas, por que es un modelo que responde bien a lluvias de alta intensidad y de corta duracin y esto generalmente ocurre en cuencas pequeasNecesitamos construir la curva Intensidad Duracin Frecuencia; para ello realizaremos lo siguienteCuadro de precipitaciones para un determinado periodo de duracin
Para ello usaremos la siguiente formula
Donde:
Pd: precipitacin mxima para un periodo de duracin
d: Periodo de duracin (min. 10-15-30..)
P24 horas: precipitacin mxima para 24 horas (Datos del SENAMHI)
Ejemplo
CUADRO N 03PRECIPITACIN MXIMA EN PERIODO DE DURACIN
ESTACION: HUASACACHEDEPARTAMENTO: Arequipa
LONGITUD: 713359.32'
PERIODO: 1970 - 2009
PROVINCIA: Arequipa
LATITUD: 1627?27.84CUENCA: Pampas del CuzcoDISTRITO: J. Hunter
ALTITUD: 2 209 m.s.n.m.AOPRECIPITACIONES MAX. PARA 24 HORAS (ANUAL)PERIODO DE DURACION (min.)
10153060120240
197011.83.413.774.485.336.347.54
197116.04.625.116.087.238.6010.22
197215.04.334.795.706.788.069.58
197330.08.669.5811.4013.5516.1219.17
197412.03.463.834.565.426.457.67
197520.35.866.497.719.1710.9112.97
197610.22.943.263.884.615.486.52
197718.35.285.856.958.279.8311.69
19783.20.921.021.221.451.722.04
197910.12.923.233.844.565.436.45
19808.22.372.623.123.704.415.24
19817.82.252.492.963.524.194.98
19823.51.011.121.331.581.882.24PRECIPITACION MAXIMA EN PERIODO DE DURACION mm
19830.00.000.000.000.000.000.00
198444.012.7014.0616.7219.8823.6428.11
198530.08.669.5811.4013.5516.1219.17
198620.15.806.427.649.0810.8012.84
198711.03.183.514.184.975.917.03
19883.81.101.211.441.722.042.43
198928.88.319.2010.9413.0115.4718.40
199012.03.463.834.565.426.457.67
19916.01.731.922.282.713.223.83
19922.00.580.640.760.901.071.28
199314.04.044.475.326.337.528.95
199411.83.413.774.485.336.347.54
199519.65.666.267.458.8610.5312.52
19968.32.402.653.153.754.465.30
199733.39.6110.6412.6515.0417.8921.28
199815.04.334.795.706.788.069.58
19998.82.542.813.343.984.735.62
200011.13.203.554.225.015.967.09
20018.42.422.683.193.804.515.37
20029.02.602.883.424.074.845.75
20036.51.882.082.472.943.494.15
20045.51.591.762.092.482.963.51
20055.61.621.792.132.533.013.58
20069.62.773.073.654.345.166.13
20078.12.342.593.083.664.355.18
200822.56.507.198.5510.1712.0914.38
20097.02.022.242.663.163.764.47
De la misma manera realizamos el cuadro de Intensidades (mm/hr) para diferentes periodos de duracin, ver cuadro N 04CUADRO N 04INTENSIDAD (mm/hr) PERIODOS DE DURACIONAOPRECIPITACIONES MAX. PARA 24 HORAS (ANUAL)PERIODO DE DURACION (min.)
10153060120240
197011.820.4415.088.975.333.171.88
197116.027.7120.4512.167.234.302.56
197215.025.9819.1711.406.784.032.40
197330.051.9638.3422.8013.558.064.79
197412.020.7815.339.125.423.221.92
197520.335.1625.9415.429.175.453.24
197610.217.6713.037.754.612.741.63
197718.331.7023.3913.908.274.922.92
19783.25.544.092.431.450.860.51
197910.117.4912.917.674.562.711.61
19808.214.2010.486.233.702.201.31
19817.813.519.975.933.522.101.25INTENSIDAD (mm/hr) PERIODOS DE DURACION
19823.56.064.472.661.580.940.56
19830.00.000.000.000.000.000.00
198444.076.2156.2333.4319.8811.827.03
198530.051.9638.3422.8013.558.064.79
198620.134.8125.6915.279.085.403.21
198711.019.0514.068.364.972.961.76
19883.86.584.862.891.721.020.61
198928.849.8836.8021.8813.017.744.60
199012.020.7815.339.125.423.221.92
19916.010.397.674.562.711.610.96
19922.03.462.561.520.900.540.32
199314.024.2517.8910.646.333.762.24
199411.820.4415.088.975.333.171.88
199519.633.9525.0514.898.865.273.13
19968.314.3810.616.313.752.231.33
199733.357.6842.5525.3015.048.955.32
199815.025.9819.1711.406.784.032.40
19998.815.2411.256.693.982.361.41
200011.119.2314.188.435.012.981.77
20018.414.5510.736.383.802.261.34
20029.015.5911.506.844.072.421.44
20036.511.268.314.942.941.751.04
20045.59.537.034.182.481.480.88
20055.69.707.164.262.531.500.89
20069.616.6312.277.294.342.581.53
20078.114.0310.356.153.662.181.29
200822.538.9728.7517.1010.176.043.59
20097.012.128.955.323.161.881.12
Para 1 hora
=60 minutos
X hora =10 minutos
X = (1 hora*10minutos)/60 minutos = 0.1666667 Entonces 10 minutos equivalen 0.1666667 hr Del cuadro anterior de precipitacin para 3.41 mm. Luego para Intensidades en (mm/hr) se tiene (3.41 mm)/(0.1666667hr) = 2044 mm/hr de la misma forma se desarrolla para los de mas casos
Ordenamos en orden decreciente las intensidades para cada periodo de duracin, as como encontramos un determinado Periodo de Retorno (T) con la siguiente expresin
Donde
n: Nmeros de aos considerados
m: Numero de orden que le corresponde
T: Periodo de Retorno
CUADRO N 05INTENSIDAD (mm/hr) PERIODOS DE RETORNONro. Orden (m)PERIODO DE RETORNO T = n+1/mPERIODO DE DURACION (min.)
10153060120240
141.0076.2156.2333.4319.8811.827.03PRECIPITACION mm/hr
220.5057.6842.5525.3015.048.955.32
313.6751.9638.3422.8013.558.064.79
410.2551.9638.3422.8013.558.064.79
58.2049.8836.8021.8813.017.744.60
66.8338.9728.7517.1010.176.043.59
75.8635.1625.9415.429.175.453.24
85.1334.8125.6915.279.085.403.21
94.5633.9525.0514.898.865.273.13
104.1031.7023.3913.908.274.922.92
113.7327.7120.4512.167.234.302.56
123.4225.9819.1711.406.784.032.40
133.1525.9819.1711.406.784.032.40
142.9324.2517.8910.646.333.762.24
152.7320.7815.339.125.423.221.92
162.5620.7815.339.125.423.221.92
172.4120.4415.088.975.333.171.88
182.2820.4415.088.975.333.171.88
192.1619.2314.188.435.012.981.77
202.0519.0514.068.364.972.961.76
211.9517.6713.037.754.612.741.63
221.8617.4912.917.674.562.711.61
231.7816.6312.277.294.342.581.53
241.7115.5911.506.844.072.421.44
251.6415.2411.256.693.982.361.41
261.5814.5510.736.383.802.261.34
271.5214.3810.616.313.752.231.33
281.4614.2010.486.233.702.201.31
291.4114.0310.356.153.662.181.29
301.3713.519.975.933.522.101.25
311.3212.128.955.323.161.881.12
321.2811.268.314.942.941.751.04
331.2410.397.674.562.711.610.96
341.219.707.164.262.531.500.89
351.179.537.034.182.481.480.88
361.146.584.862.891.721.020.61
371.116.064.472.661.580.940.56
381.085.544.092.431.450.860.51
391.053.462.561.520.900.540.32
401.030.000.000.000.000.000.00
De la columna de periodo de retorno se redondea es decir 41.00 ser 41 aos, 20.5 ser 20 aos, 13.64 ser 14 aos., as sucesivamente.
Del cuadro anterior ordenando y redondeando los aos de retorno seleccionamos los aos que se requiere, tal como se muestra en cuadro N 6CUADRO N 06INTENSIDAD (mm/hr) PERIODOS DE RETORNONro. Orden (m)PERIODO DE RETORNO T = n+1/mPERIODO DE DURACION (min.)
10153060120240
14176.2156.2333.4319.8811.827.03PRECIPITACION mm/hr
22057.6842.5525.3015.048.955.32
31451.9638.3422.8013.558.064.79
41051.9638.3422.8013.558.064.79
5849.8836.821.8813.017.744.6
6738.9728.7517.1010.176.043.59
7635.1625.9415.429.175.453.24
8534.8125.6915.279.085.403.21
9431.7023.3913.908.274.922.92
10325.9819.1711.406.784.032.40
11220.4415.088.975.333.171.88
12114.2010.486.233.702.201.31
Plateamos para cada periodo de retorno y construimos la curva IDF (Intensidad Duracin y Frecuencia
Donde
C =Coeficiente de escorrenta
I =Intensidad mxima en mm/hr, para una duracin igual al tiempo de concentracin y un periodo de retorno dado
A =rea de la cuenca en Has.
Q =Escorrenta en m3/seg
Grafico obtenido a partir de cuadro N 06El coeficiente ( C ), asumido para el presente estudio es de 0.50, porque las caractersticas superficiales de la mayor parte de la micro cuenca corresponde a reas de concreto Asfalto jardines y de topografa ondulante y de pendiente que varias menos al 5%, en el cuadro siguiente se aprecia los valores de C para diferentes casos (fuente Blair E. Riegos y Avenamientos)
VALORES DE C
NATURALEZA DE LA SUPERFICIETOPOGRAFIA
Ondulada S= 5 a 10Inclinada S= 10 a 30
Cultivos Generales0.600.72
Cultivos de Pastos0.360.42
Cultivos de Bosques0.180.21
reas Desnudas0.800.90
rea de concreto asfalto jardines0.400.55
En nuestro caso se tiene una cuenca de 27.13 Hectreas que tiene un tiempo de concentracin de 60 minutos y segn las caractersticas fsicas del terreno un coeficiente de escorrenta C = 0.40 para un periodo de retorno de 10 aos, se tiene de grafico I= 13.55 mm/hr; mediante el mtodo Racional obtenemos el caudal mximo
Donde
C =Coeficiente de escorrenta = 0.40I =Intensidad mxima en mm/hr, para una duracin igual al tiempo de concentracin y un periodo de retorno de 10 aos =13.55A=rea de la cuenca en Has (27.13 has)Reemplazando tenemos
VERIFICACIN DE SECCION DE CANALDe la ecuacin de Manning (S.I)
Donde:
R= radio hidrulico
A= rea
P= permetro mojado
S= pendiente
Q= caudal (en metros cbicos sobre segundo)
=Coeficiente MannimgCanales de concreto paredes no alisadas, con marcas dejadas por el encofrado =0.30Se tiene una diferencia de altura desde la progresiva 0+000 hasta la progresiva 1+255.85 , de 66,05 metros de altura, para la distancia de 1255.85, se tiene una pendiente de 5.26%, por lo que se debe considerar que se tiene una pendiente promedio, resolviendo en la ecuacin de mannimg se tiene:
Donde
;
0.818 m, considerando que se tiene un ancho de canal de 0,80 metros se requiere 1,02 metros de altura, como se tiene un canal de 0.80 de ancho y 1.20 de altura libre de agua, por tanto cumple con requerimientos
_1228910200.unknown
_1338625684.unknown
_1338656959.unknown
_1338657005.unknown
_1338655892.unknown
_1337746687.unknown
_1337747308.unknown
_1337746141.unknown
_1205012133.unknown
_1205080245.unknown
_1205011559.unknown