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ESTUDIO DE DISEÑO TECNICO DE PREINVERSION PARA LA CONSTRUCCIONDEL PUENTE VEHICULAR SIGUANI GRANDE
ESTUDIO HIDROLOGICO
PUENTE EL TIGRE
ÍNDICE
1. DESCRIPCION DEL PROYECTO.......................................................1
2. UBICACIÓN.......................................................................................1
3. OBJETIVO DEL ESTUDIO HIDROLOGICO......................................3
3.1. Objeti! "e#e$%&...........................................................................3
3.2. Objeti!' e'(e)*+i)!' ,e& e't-,i! i,$!&/"i)!..........................30. ETODOLOGIA DE ANALISIS.........................................................4
0.1. Re)!(i&%)i/# ,e i#+!$%)i/#.......................................................5
0.2. Dete$i#%)i/# ,e (%$et$!' !$+!et$i)!' ,e &%' )-e#)%'5
0.2.1. 4$e% 5 Pe$*et$! ,e &% C-e#)%................................................6
0.2.2. L!#"it-, ,e& )%-)e ($i#)i(%&....................................................8
0.2.3. C!t% '-(e$i!$ 5 )!t% i#+e$i!$....................................................8
0.2.0. Pe#,ie#te ,e& C%-)e..................................................................8
0.2.6. Pe#,ie#te ,e &% )-e#)%...........................................................10
0.2.7. C!be$t-$% e"et%& 5 ti(! ,e '-e&!.........................................10
0.2.8. C&%'i+i)%)i/# ,e &!' )%-)e' ! $*!'..........................................11
0.2.9. Ti(! ,e +&-j! e# &!' )%-)e' ! $*!'..........................................11
0.2.:. !,e&! 5 ,e#'i,%, ,e ,$e#%je...............................................11
0.2.1;. Í#,i)e ,e )!(%)i,%, ! Í#,i)e ,e G$%e&i-'......................12
0.2.11. Re)t#"-&! E
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6.2. H-e,%, ,e& Abie#te.............................................................17
6.3. Vie#t!'.........................................................................................17
6.0. P$e)i(it%)i!#e'............................................................................18
6.6. V%$i%)i/# te(!$%& ,e &%' ($e)i(it%)i!#e'..............................18
6.6.1. V%$i%)i/# e'(%)i%& ,e &%' ($e)i(it%)i!#e'............................20
6.6.2. C!#'i'te#)i% 5 !!"e#ei,%, ,e &!' ,%t!'.........................21
6.6.3. C!#'i'te#)i% ,e &!' D%t!'......................................................21
6.6.0. H!!"e#ei,%, ,e &!' D%t!' ,e L&-i%.................................21
6.6.0.1. Aj-'te % +-#)i!#e' ,e ,i't$ib-)i/# ,e ($!b%bi&i,%,........23
6.6.0.2. Re&%)i!#e' ($e)i(it%)i/# = ,-$%)i/# = (e$i!,! ,e $et!$#!
P>D>? 266.6.0.3. T!$e#t%' ,e ,i'e@!...........................................................39
6.6.0.0. P%t$/# ,e T!$e#t% C$*ti)%.................................................39
6.6.0.6. B&!HS.....................................................................54
9. CONCLUSIONES..............................................................................56
:. RECOENDACIONES......................................................................56
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INDICE DE ?IGURAS
?i"-$% 1. Ubi)%)i/# ,e& P$!5e)t! P-e#te e& Ti"$e................................2?i"-$% 2. et!,!&!"*% ,e A#&i'i'......................................................4?i"-$% 3. %"#it-,e' ,e &% Ve&!)i,%, ,e& Vie#t! e,i! A#-%&............17
?i"-$% 0. P$e)i(it%)i!#e' i%' Di%$i%' e# &% e't%)i/# (&-i!Ft$i)%,e &% A'-#t%...................................................................................19
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INDICE DE TABLAS
T%b&% 1. Ubi)%)i/# ,e& P-e#te e& Ti"$e...............................................2T%b&% 2. Ubi)%)i/# ,e &%' e't%)i!#e' (&-i!Ft$i)%' )e$)%#%' %&($!5e)t!........................................................................................18T%b&% 3. V)$it (%$% ,i+e$e#te' #ie&e' ,e 'i"#i+i)%)i/# ....................23T%b&% 0. Aj-'te % ?-#)i!#e' ,e Di't$ib-)i/# ,e P$!b%bi&i,%,.............24T%b&% 6. P$e)i(it%)i!#e' ,e Di'e@!..................................................27T%b&% 7. Í#,i)e' ,e De'%"$e"%)i/# AASANA.....................................28T%b&% 8. V%&!$e' ,e P>D>?................................................................29T%b&% 9. V%&!$e' ,e I>D>?................................................................29T%b&% :. Re&%)i!#e' P>D>T$ (%$% &% E't%)i/# ,e &% A'-#t% ,!#,e P e# D e# i#-t!' 5 T$ e# %@!' $2K;:9 e# t!,!' &!' )%'!'...........30T%b&% 1;. Hiet!"$%% 16; %@!'.......................................................40T%b&% 11. Ne$!' ,e )-$% CN (%$% )!(&ej!' i,$!&/"i)!' ,e '-e&!)!be$t-$% > C!#,i)i!#e' %#te)e,e#te' ,e -e,%, II......................49T%b&% 17. C!#,i)i/# Hi,$!&/"i)%......................................................50T%b&% 13. C&%'i+i)%)i/# i,$!&/"i)% ,e &!' '-e&!'..............................51
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ESTUDIO HIDROLOGICO
PUENTE EL TIGRE
1. DESCRIPCION DEL PROYECTO
La falta de puentes vehiculares en el rio BOPI, hacen muy difícil la
transitabilidad durante todo el año entre las localidades adyacentes, además
que ocasiona que se pierda un gran porcentae de inmenso potencial
productivo de esta !ona, ya que los beneficiarios solo producen lo que pueden
transportar" La !ona de influencia tiene un gran potencial agropecuario"
#l proyecto consiste en la construcci$n del Puente el Tigre sobre el rio BOPI,
permitiendo de esta manera el desarrollo e impulsi$n de la actividad
productiva y comercial de la regi$n"
2. UBICACIÓN
#l Puente %ehicular &iguani 'rande está ubicado en la comunidad de &iguani
'rande de la (entral &iguani 'rande en el )unicipio de La *sunta, provincia
&ud +ungas del epartamento de La Pa!"
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epartamento de- L* P*.
Provincia- &ud +ungas
)unicipio- e la *sunta
(omunidad- &iguani 'rande
(entral- &iguani 'rande
?i"-$% 1. Ubi)%)i/# ,e& P$!5e)t! P-e#te e& Ti"$e
#specíficamente el puente se encuentra en las siguientes coordenadas-
T%b&% 1. Ubi)%)i/# ,e& P-e#te e& Ti"$e
PUNTO ESTE NORTE ALTURADESCRIPCIO
N
/012/3/"43
5145561/"/2
0 736"65 'P&
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4012/05"4/
71455658"61
4 736"76 'P&
3. OBJETIVO DEL ESTUDIO HIDROLOGICO
3.1. Objeti! "e#e$%&
#l obetivo general de este #studio es la determinaci$n de caudales má9imos
de diseño de los cursos de agua, caracteri!ando el comportamiento de los
mismos correspondientes a distintos períodos de retorno para conocer el efecto
del agua sobre los puentes en particular poder determinar los niveles má9imos
e9traordinarios para el diseño de los puentes sobre los ríos"
3.2. Objeti!' e'(e)*+i)!' ,e& e't-,i! i,$!&/"i)!
Los obetivos específicos que se pretenden alcan!ar, son los siguientes-
elimitaci$n de las cuencas hidrográficas
eterminaci$n de las características morfom:tricas de las cuencasestudiadas
#laboraci$n de )apas temáticos en base a imágenes satelitales y
cartas I')"
*nálisis estadístico de los datos climatol$gicos"
eterminaci$n de tormentas de diseño para diferentes intervalos de
recurrencia"
(uantificaci$n del caudal de aguas ;crecidas< generado dentro las
diferentes cuencas, seg=n las características de las mismas"
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eterminaci$n de la acci$n de la erosi$n y socavaci$n"
0. ETODOLOGIA DE ANALISIS
#l estudio se divide en dos etapas> la primera el estudio hidrol$gico y la
segunda el estudio hidráulico del rio BOPI"
#l estudio hidrol$gico se reali!ara siguiendo la siguiente secuencia-
?i"-$% 2. et!,!&!"*% ,e A#&i'i'
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0.1. Re)!(i&%)i/# ,e i#+!$%)i/#
La informaci$n recopilada para el estudio es la siguiente- Informaci$n meteorol$gica, de la estaci$n de la *sunta
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Informaci$n cartográfica, que incluye- cartografía digital a escala
/-76,666, modelos digitales de terreno *&?#@ y L*A&*?, imágenes
satelitales, mapas de suelos, mapas de cobertura vegetal"
Informaci$n de campo, correspondiente a la cobertura de las
cuencas, tipo de suelos, grado de conservaci$n, y coeficientes de
rugosidad y marcas de crecidas en cursos mayores"
0.2. Dete$i#%)i/# ,e (%$et$!' !$+!et$i)!' ,e &%' )-e#)%'
Los parámetros geomorfol$gicos de la cuenca determinan las características de
escurrimiento superficial de las aguas que provienen de eventos lluviosos son
los siguientes-
rea y Perímetro de la (uenca
Longitud del cauce principal
(ota superior e inferior del cauce principal
Pendiente del cauce principal
Pendiente de la (uenca
(obertura vegetal y tipo de suelo ;(A, (oeficiente de escurrimiento<
Otras características que pueden determinarse de las cuencas hidrográficas y
sus elementos son los siguientes-
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(lasificaci$n de los cauces
?ipo de Cluo
)odelo y densidad de red de drenae
(urva hipsom:trica
Cactor de forma
Dndice de (ompacidad
@ectángulo #quivalente y otros
&in embargo> los anteriores parámetros geomorfol$gicos no son datos
necesarios para la determinaci$n de caudales de crecida necesarios para el
diseño de estructuras hidráulicas> sin no más bien, para una caracteri!aci$n
cualitativa de las cuencas"
0.2.1.4$e% 5 Pe$*et$! ,e &% C-e#)%
Para iniciar el estudio hidrol$gico se ha procedido a recopilar informaci$n
climatol$gica y geográfica de la !ona" Para el efecto se ha estudiado las cartas
geográficas a escala /-76"666 que cubre la cuenca del río BOPI"
Para la delimitaci$n de las cuencas en primer lugar se estableci$ la ubicaci$n
del puente y posteriormente se determinaron las áreas de aporte a cada punto
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utili!ados las imágenes satelitales *&?#@ que tienen la propiedad es estar
georeferenciada ;E?)FG'&15< y de poseer elevaciones"
*&?#@ '#), es un proyecto desarrollado por el )inisterio de #conomía,
(omercio e Industria de Hap$n ;)#?I< y la *dministraci$n Aacional de
*eronáutica y del #spacio ;A*&* las propiedades
de las imágenes *&?#@ son las siguientes-
• @esoluci$n ori!ontal- 86 m• Locali!aci$n vertical- /6 m
Las delimitaciones de las cuencas y las redes de drenae correspondientes se
reali!aron en base a las imágenes satelitales *&?#@ y utili!ando el*@('I&v/6> dichas delimitaciones y redes de drenae fueron verificadas y
validadas con las cartas I') a escala /-76"666"
0.2.2.L!#"it-, ,e& )%-)e ($i#)i(%&.
La longitud del cauce principal se determina en base al inicio y final del cauce
principal ;intersecci$n con la vía< que recibe el aporte de todas las subcuencas"
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#ste valor fue determinado en base cartas geográficas e imágenes satelitales y
se encuentran en la ?abla de parámetros )orfom:tricos del presente informe"
0.2.3.C!t% '-(e$i!$ 5 )!t% i#+e$i!$
Las cotas superior e inferior de los cauces son valores necesarios para
determinar la pendiente de la cuenca yJo del cauce principal los cuales se
determinan en base a cartas geográficas yJo modelos digitales del terreno"
#stos valores fueron determinados en base a cartas geográficas e imágenes
satelitales y se encuentra en la ?abla de parámetros morfom:tricos del
presente informe"
0.2.0.Pe#,ie#te ,e& C%-)e
#l conocimiento de la pendiente del cauce principal de la cuenca, es un
parámetro importante, en el estudio del comportamiento del recurso hídrico,
como por eemplo, la determinaci$n de las características $ptimas de su
aprovechamiento hidroel:ctrico, o en la soluci$n de problemas de
inundaciones, niveles o tirantes má9imos como es el caso del presente
proyecto"
#n general la pendiente de un tramo de un cauce de un río, se puede
considerar como el cociente, que resulta de dividir, el desnivel de los e9tremos
del tramo, entre la longitud hori!ontal de dicho tramo"
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#9isten varios m:todos para obtener la pendiente de un cauce, el m:todo de
?aylor y &chKars es el más utili!ado en diferentes obras por lo cual se aplicara
en el presente proyecto"
#ste m:todo considera que un río está formado por n tramos de diferentes
longitudes, cada uno de ellos con pendiente uniforme la cual se e9presa en la
siguiente ecuaci$n-
2
n
i i
i
n
i i
S
L
L
S
∑
∑=
$nde- S- Pendiente media del cauce
Li- longitud del tramo i
Si- Pendiente del tramo
0.2.6.Pe#,ie#te ,e &% )-e#)%
La pendiente de una cuenca, es un parámetro muy importante en el estudio de
toda cuenca, tiene una relaci$n importante y complea con la infiltraci$n, la
escorrentía superficial, la humedad del suelo y la contribuci$n del agua
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La pendiente de la mayor parte de la superficie de escurrimiento varía entre 4
al /6N
#n base a las anteriores características se determina que el coeficiente de
escurrimiento varía entre 6,8 a 6,5 y el n=mero de curva entre 32 a 10"
0.2.8.C&%'i+i)%)i/# ,e &!' )%-)e' ! $*!'
Los cauces y ríos que atraviesan el tramo vial se caracteri!an por ser rectos
en las cuencas menores y sinuosos y tren!ados en las cuencas mayores" La
clasificaci$n de los cauces para cada cuenca se indica en las tablas a
continuaci$n"
0.2.9.Ti(! ,e +&-j! e# &!' )%-)e' ! $*!'
Los cauces y ríos que atraviesan el tramo vial por lo general se caracteri!an
por ser intermitentes y efímeros con presencia de agua solamente en la :poca
de lluvias yJo inmediatamente ocurridas las mismas> sin embargo, e9isten
algunos cauces que tienen un fluo base proveniente del deshielo de las partes
altas de las cuencas mayores y bofedales de las mismas" #l tipo de fluo para
cada cuenca se indica en las tablas de parámetros morfom:tricos más
adelante"
0.2.:.!,e&! 5 ,e#'i,%, ,e ,$e#%je.
Las cuencas identificadas son en general del tipo subparalelo, algunas y en
especial las cuencas mayores son del tipo pinado y subdentrítico" La densidad
de drenae es baa a regular o media"
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#l modelo y densidad de drenae para cada cuenca se indica en las tablas de
parámetros morfom:tricos más adelante"
0.2.1;. Í#,i)e ,e )!(%)i,%, ! Í#,i)e ,e G$%e&i-'.
#ste Dndice e9presa la relaci$n entre el perímetro de la cuenca y el perímetro
equivalente de una circunferencia que tiene la misma área de la cuenca y está
definida por la siguiente relaci$n"
c A
c P 0.28 K =
1
D/#,eM M- Dndice de la (uenca
Pc- Perímetro de la (uenca
*c- rea de la (uenca
0.2.11. Re)t#"-&! E
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este rectángulo las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado
menor, siendo estos lados, la primera y =ltima curva de nivel"
Los lados del rectángulo equivalente se calculan con las siguientes formulas-
−+=2
K
1.12 11
1.12
c AK L
2
−−=
2
K
1.12 11
1.12
c AK l
3
donde- LM Longitud del lado mayor del rectángulo"
&M Longitud del lado menor del rectángulo"
MDndice de compacidad"
A)M área de la cuenca"
0.2.12. O$ie#t%)i/# ,e &% )-e#)%
Por orientaci$n de la cuenca, seg=n LLamas ;/228
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#l n=mero de horas que está soleada la cuenca" #ste es un elemento
bastante importante en la medida que aumenta la latitud de la cuenca"
Puede ser el factor principal en el cálculo de la evaporaci$n y la
evapotranspiraci$n"
Las horas en a las que incide el sol sobre la ladera de la cuenca"
La direcci$n de los vientos dominantes
La direcci$n del movimiento de los frentes de lluvia
Los fluos de humedad
La orientaci$n de cuencas es una herramienta muy importante para balances
hidrol$gicos y no así para eventos e9tremos, sin embargo para el diseño y el
análisis se determin$ la pendiente de todas las cuencas"
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0.2.13. Tie(! ,e C!#)e#t$%)i/#
#l tiempo de concentraci$n es el tiempo que tarda una gota de agua en llegar
desde la parte más alta de la cuenca hasta el punto de control y depende de
los parámetros morfo m:tricos" Para la estimaci$n del tiempo de
concentraci$n, e9isten las siguientes formulas empíricas-
Formula de “California highways and Public Works” (Kirpich
385,03
*95,0
=
H
Ltc
onde-
tc ?iempo de concentraci$n en horas"
L Longitud del cauce principal, en Mm
iferencia de elevaci$n en m entre el comien!o del
cauce principal y el punto estudiado"
F!rmula de "oogetc= 21.88 (A0.41 / S0.17 )/ 60
onde-
tc ?iempo de concentraci$n en horas"
* &uperficie de la cuenca, en Mm4
& pendiente del cauce principal mJm"
F!rmula de #iandotti$
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H
LS t c
*8,0
*5,1*4 +=
onde-
tc ?iempo de concentraci$n en horas
& &uperficie de la cuenca en Mm4
L Longitud del cauce principal, en Mm
*ltura media de la cuenca sobre el punto estudiado,
en metros
Para cálculo hidrol$gico, para el cálculo del tiempo de concentraci$n se
consideraron los m:todos de Mirpich y ooge"
#n ane9os se presentan mapas de cobertura vegetal, geomorfol$gica,
pendientes, red de drenae y otros en base a los cuales se determinaron los
parámetros morfometricos de las cuencas"
6. CLIA
6.1. Te(e$%t-$%'
#sta !ona del altiplano boliviano que se encuentra entre los 8766 a 5666
msnm, se caracteri!a por tener un clima de estepa con invierno seco y frio con
una temperatura media anual de /4"4( en el mes de enero y temperaturas
baas hasta 0"7( en el mes de unio"
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6.2. H-e,%, ,e& Abie#te
La humedad relativa má9ima media mensual registrada en la estaci$n de
*&EA?* es de 26"8N que corresponde al mes de )ar!o> la humedad relativa
mínima media mensual es de 51"/ que se registra normalmente en el mes de
Cebrero"
6.3. Vie#t!'
#n la !ona del proyecto las direcciones predominantes del viento son de este a
oeste con magnitudes que pueden llegar a /66 MmJhora> sin embargo, la
velocidad media anual del viento es de 44 MmJhora"
?i"-$% 3. %"#it-,e' ,e &% Ve&!)i,%, ,e& Vie#t! e,i! A#-%&
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6.0. P$e)i(it%)i!#e'
Las estaciones pluviom:tricas más cercanas a la !ona del proyecto son-
T%b&% 2. Ubi)%)i/# ,e &%' e't%)i!#e' (&-i!Ft$i)%' )e$)%#%' %& ($!5e)t!
DATOS ESTACIÓN PLUVIOMÉTRICA
Esta!"#$LA
ASUNTA C%%&'(#a'asUTM
ESTE 692846.56 C%ta)
65
3D(#%*!#a!"#$
NORTE
8216210.2
2
6.6. V%$i%)i/# te(!$%& ,e &%' ($e)i(it%)i!#e'
Las siguientes figuras nos muestran la variaci$n temporal de la precipitaci$n en
la estaci$n de la *sunta que es la más representativa de la !ona del proyecto
como se e9plicará más adelante-
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?i"-$% 0. P$e)i(it%)i!#e' i%' Di%$i%' e# &% e't%)i/# (&-i!Ft$i)% ,e &% A'-#t%
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La precipitaci$n má9ima diaria se dio en 46/5 en la estaci$n fue de /55"86"
6.6.1.V%$i%)i/# e'(%)i%& ,e &%' ($e)i(it%)i!#e'
(on el obeto de evaluar la variaci$n espacial de las lluvias se han elaborado
las isoyetas y los polígonos de ?hiesen en base a las estaciones pluviom:trricas
de la *sunta que se muestran en mapas a continuaci$n-
#l mapa de isoyetas muestra una tendencia de incremento de la magnitud de
lluvias en direcci$n AO@ O#&?# con mayores valores hacia la estaci$n de
*&EA?*> lo cual tambi:n confirma la conveniencia de adoptar los valores de
lluvia de la estaci$n de *&EA?* por presentar mayores valores respecta a las
estaciones vecinas"
e la evaluaci$n de la anterior informaci$n se puede concluir que el periodo
más conveniente para la construcci$n de los puentes son los meses de agosto,
septiembre y octubre debido a que en este periodo no se tienen lluvias y las
temperaturas no son las más baas que impidan el hormigonado de las
estructuras> sobre todo, conviene hormigonar despu:s de mediodía cuando las
temperaturas han ascendido" ebido a los vientos y la poca humedad en la
!ona es conveniente proteger el hormig$n vaciado durante el periodo de
endurecimiento y fraguado a obeto de evitar fisuras y grietas por cambios
bruscos de temperatura y humedad"
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6.6.2.C!#'i'te#)i% 5 !!"e#ei,%, ,e &!' ,%t!'
&e ha evaluado la calidad de los datos mediante las pruebas de consistencia y
homogeneidad"
6.6.3.C!#'i'te#)i% ,e &!' D%t!'
La verificaci$n de la homogeneidad fue reali!ada con datos de precipitaciones
anuales considerando las estaciones de *&EA?* cercana al proyecto" Para
verificar la consistencia de los datos de lluvia de la estaci$n de la *sunta"
6.6.0.H!!"e#ei,%, ,e &!' D%t!' ,e L&-i%
#sta evaluaci$n consideramos que es más relevante que el análisis de la
consistencia de datos anuales> debido a que se anali!an datos de lluvias
má9imas diarias en base a las cuales se determinan los caudales má9imosobeto del presente estudio" Para la verificaci$n de la homogeneidad de los
datos de lluvias fue reali!ado mediante la prueba de homogeneidad de %ann
Kendall "
La prueba de omogeneidad de )annFMendall es un test no param:trico, tiene
una hip$tesis nula que satisfacer" #ste test detecta cualquier forma de
tendencia, ya sean lineales o en forma de saltos, siempre que den una
tendencia global"
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La prueba de omogeneidad de )annFMendall es en realidad un test
estadístico que conduce a elegir alguna de las siguientes respuestas-
Hi(/te'i' #-&%- ?odos los valores de la serie son datos aleatorios de una
sola poblaci$n ;#s una serie omog:nea
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si A=mero de valores de 9Q9i para iR Rn
ti A=mero de valores de 9R9i para iR Rn
Luego se elige un nivel de significancia S o valor de confiabilidad en funci$n al
cual se definirá la condici$n de homogeneidad de la serie" #ste índice se
relaciona con un valor de & crit , que se muestra en el cuadro siguiente-
T%b&% 3. V)$it (%$% ,i+e$e#te' #ie&e' ,e 'i"#i+i)%)i/#
' )*+ ,)+ -)*+ *)+ ,)+
. & crit . 4"71 4"88 /"20 /"05 /"41
Luego de calcular % se compara con %crit > si % es menor que %crit se acepta la
hip$tesis nula, es decir que la serie es homog:nea con un nivel de significancia
de S N, de lo contrario se asume la hip$tesis alternativa"
Para la verificaci$n de la homogeneidad de los datos se ha adoptado un nivel
de significancia de 6,7 se obtiene un valor de %/,41> como % es menor a
%cr4,71 significa que la serie de valores e9tremos de precipitaci$n es
homog:nea"
6.6.0.1. Aj-'te % +-#)i!#e' ,e ,i't$ib-)i/# ,e ($!b%bi&i,%,
La serie hist$rica de precipitaciones má9imas diarias fueron austadas a
funciones de distribuci$n de probabilidad de e9cedencia utili!ando el programa
&& ;&istema de &imulaci$n idrol$gica las funciones que meor se austan a
valores e9tremos consideradas fueron las siguientes-
• Log Aormal• Aormal• 'umbel• 'amma
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ESTUDIO DE DISEÑO TECNICO DE PREINVERSION PARA LA CONSTRUCCIONDEL PUENTE VEHICULAR SIGUANI GRANDE
Las precipitaciones má9imas diarias consideradas para el diseño de las obras
corresponden a la estaci$n pluviom:trica de la *&EA?* que registra mayores
eventos e9tremos y que se encuentra cercana a la !ona del proyecto" #n el
siguiente cuadro se muestra los cálculos de funciones de distribuci$n te$rica y
real y el auste de cada funci$n te$rica a los datos de precipitaciones-
T%b&% 0. Aj-'te % ?-#)i!#e' ,e Di't$ib-)i/# ,e P$!b%bi&i,%,
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(omo se puede ver la funci$n de distribuci$n de probabilidad de e9cedencia
que tiene menor desviaci$n media respecto a los datos es la funci$n de
'umbel> en consecuencia, la funci$n de 'umbel es adoptada para la
e9trapolaci$n de datos"
6.6.0.2. Re&%)i!#e' ($e)i(it%)i/# = ,-$%)i/# = (e$i!,! ,e $et!$#! P>D>?
Las relaciones PFFC se obtuvieron posteriormente, siendo las precipitaciones
má9imas diarias de diseño determinadas con la funci$n de distribuci$n de
probabilidad de e9cedencia se 'umbel para diferentes periodos de retorno
obtenidas son las siguientes-
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T%b&% 6. P$e)i(it%)i!#e' ,e Di'e@!
Para obtener precipitaciones para duraciones menores a un día se utili!aron los
índices de desagregaci$n de la estaci$n de **&*A* que cuenta con datos
confiables" #stos índices que incorpora el && son los siguientes-
T%b&% 7. Í#,i)e' ,e De'%"$e"%)i/# AASANA
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@elaci$n **&*A*7minJ86min 6,81/6minJ86mi
n 6,71/7minJ86mi
n 6,3546minJ86mi
n 6,1447minJ86mi
n 6,2/86minJ/h 6,16/hJ45h 6,704hJ45h 6,000hJ45h 6,3/1hJ45h 6,35/6hJ45h 6,32/4hJ45h 6,2645hJ/dia /,/8
(on los anteriores índices se determinaron las relaciones Precipitaci$n
uraci$n Periodo de @etorno que se muestran a continuaci$n-
T%b&% 8. V%&!$e' ,e P>D>?
T%b&% 9. V%&!$e' ,e I>D>?
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Las curvas PFFC fueron austadas a las siguientes ecuaciones te$ricas-
T%b&% :. Re&%)i!#e' P>D>T$ (%$% &% E't%)i/# ,e &% A'-#t% ,!#,e P e# D
e# i#-t!' 5 T$ e# %@!' $2K;:9 e# t!,!' &!' )%'!'
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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0
50
100
150
200
250
300
350
f(x) = 1948.3 x̂ -0.91
R² = 0.98
Regrei!n T" 2 #$%
I Vs. t Power (I Vs. t)
Duración (m in)
Intensidad (mm /hr)
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(on las anteriores ecuaciones es posible determinar las precipitaciones de
diseño para diferentes periodos de retorno y cualquier duraci$n de tormenta"
6.6.0.3. T!$e#t%' ,e ,i'e@!
Las tormentas de diseño o hietograma de proyecto es una secuencia temporal
de precipitaci$n capa! de producir la crecida má9ima para un determinado
periodo de retorno" #9isten dos m:todos com=nmente utili!ados los cuales se
describen a continuaci$n-
6.6.0.0. P%t$/# ,e T!$e#t% C$*ti)%
#ste m:todo fue desarrollado por el E&B@ y se debe seguir la siguiente
secuencia-
• eterminar las precipitaciones correspondientes a diferentes
duraciones, más de seis y menos de doce intervalos, hasta el
tiempo de concentraci$n de la cuenca"• eterminar los incrementos de precipitaci$n correspondientes a
cada incremento de duraci$n"• (onformar la siguiente secuencia en magnitud> de los primeros seis
incrementos de precipitaci$n- 0, 5, 8, /, 4 y 7" #s decir> se coloca el
valor mayor de incremento de precipitaci$n en el cuarto lugar con el
obeto de ma9imi!ar el pico del hidrograma, ya que los intervalos
iníciales pasan a satisfacer las perdidas por infiltraci$n, retenci$n y
evaporaci$n"
T%b&% 1;. Hiet!"$%% 16; %@!'
Serie = 150 !"os
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x #
360 6.9289
120 19.3230
60 32.$90530 93.68$1
25 12$.8829
20 144.0439
15 1$3.3211
10 203.$694
5 26$.0082
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6.6.0.6. B&!
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• e las relaciones PFFC se calcula la precipitaci$n para cada duraci$n
correspondiente a los intervalos"• &e calcula los incrementos de precipitaci$n para cada intervalo"• &e reordenan los incrementos de precipitaci$n de manera tal que el
má9imo ocurra en el primer tercio central de la duraci$n total" #l resto
de las precipitaciones se ubican alternadamente delante y detrás del
intervalo de precipitaci$n má9ima"
#l m:todo adoptado en el presente estudio es el ):todo de Bloques *lternos"
7. TRANSITO DE CRECIENTES EN RIOS ETODO DE USINGU =CUNGE
En embalse o un río con capacidades de almacenamiento considerables pueden
llegar a atenuar el caudal de crecida a la salida de los mimos> es decir, parte
del volumen de agua de lluvia transportado se almacena y reduce el caudal
pico" #n el presente estudio no e9iste embalse que puedan almacenar los
vol=menes escurridos de agua> se tienen los ríos que en realidad tampocotienen gran capacidad de almacenamiento> sin embargo, se ha efectuado el
tránsito en los ríos considerando el m:todo de )usTingum Munge"
#l m:todo de )usTingum " (unge se basa en la soluci$n de la ecuaci$n de
continuidad ;conservaci$n de masa< y cantidad de movimiento siguientes-
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$nde- *- área hidráulica
U caudal
qL- caudal lateral
&- pendientes
(ombinando las anteriores ecuaciones se tiene la siguiente relaci$n ;)iller
(unge /237
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$nde-
Ena ve! seleccionado t> 9 se calcula con-
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*ctualmente se han desarrollado m:todos num:ricos y softKare para
resoluci$n de las anteriores ecuaciones como las diferencias finitas> el modelo
#(F)& utili!ado en el presente estudio incorpora el tránsito de crecientes
que es resuelto de forma iterativa dado los datos de Ui, t, B, &o, n y otros
parámetros físicos del rio"
8. DETERINACION DE CAUDALES DE DISEO
8.1. C%-,%&e' e# )-e#)%' e#!$e' % 26 2
La determinaci$n de caudales de cuencas menores ;con superficies inferiores a
47 Tm4
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tb tiempo base
qp es el caudal pico en m8JsJmm
el análisis de varios hidrogramas, )ocTus concluye que el tiempo base y el
tiempo pico tp se relacionan mediante la e9presi$n-
tb4"03 W tp
donde- tp tiempo al pico en horas
* su ve! tp, el tiempo de pico, se puede e9presar como-
tp deJ4 X tr
$nde- de duraci$n en e9ceso
tr tiempo de retraso"
#l tiempo de retraso se puede estimar mediante el tiempo de concentraci$n tc
como-
tr 6"0 W tc
la duraci$n en e9ceso con la que se tiene mayor caudal pico, a falta de meores
datos, se puede calcular apro9imadamente como-
de ;tc
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tp ;tc /J4
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$nde- C/ - A=mero de (urva"
,
C/
,
En n=mero de curva (A/66, indica que toda la lluvia escurre y un n=mero de
curva (A /indica que toda la lluvia se infiltra> por lo que los n=meros de
curvas, representan coeficientes de escorrentía"
Ena descripci$n detallada para definir el grupo del suelo se muestra en el
cuadro siguiente" #n donde se define que-
• Porcenta0e o tasa de infiltraci!n" #s el porcentae de agua que
penetra en el suelo superficial y que es controlado por condiciones de
superficie"
• Porcenta0e o tasa de transmisi!n" #s el porcentae de agua que
se mueve en el suelo y que es controlado por los hori!ontes"
T%b&% 11. Ne$!' ,e )-$% CN (%$% )!(&ej!' i,$!&/"i)!' ,e '-e&!
)!be$t-$% > C!#,i)i!#e' %#te)e,e#te' ,e -e,%, II
C!be$t-$% N-e$! ,e C-$%
U'! ,e &%tie$$%
T$%t%ie#t! ! ($)ti)% C!#,i)i/#Hi,$!&/"i)%
A B C D
escuidado,
#n descanso,
sin cultivos
&urcos rectos>>>>>
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C!be$t-$% N-e$! ,e C-$%
U'! ,e &%
tie$$%T$%t%ie#t! ! ($)ti)%
C!#,i)i/#
Hi,$!&/"i)%A B C D
(ultivos
&urcos rectos Pobre 34 1/ 11 2/
&urcos rectos Buena 03 31 17 12
(urvas de nivel Pobre 36 32 15 11
(urvas de nivel Buena 07 37 14 10
(urvas de nivel y en terra!as Pobre 00 35 16 14
(urvas de nivel y en terra!as Buena 04 3/ 31 1/
Pequeños
'ranos
&urcos rectos Pobre 07 30 15 11
&urcos rectos Buena 08 37 18 13
(urvas de nivel Pobre 08 35 14 17
(urvas de nivel Buena 0/ 38 1/ 15
(urvas de nivel y en terra!as Pobre 0/ 34 32 14
(urvas de nivel y en terra!as Buena 72 36 31 1/
&embrios
cerrados
legumbres o
sembrios en
rotaci$n
&urcos rectos Pobre 00 33 17 12
&urcos rectos Buena 71 34 1/ 17
(urvas de nivel Pobre 05 37 18 17
(urvas de nivel Buena 77 02 31 18
(urvas de nivel y en terra!as Pobre 08 38 16 18
(urvas de nivel y en terra!as Buena 7/ 03 30 16
Pasti!ales o
similares
Pobre 01 32 10 12
@egular 52 02 32 15Buena 82 0/ 35 16
(urvas de nivel Pobre 53 03 1/ 11
(urvas de nivel @egular 47 72 37 18
(urvas de nivel Buena 0 87 36 32
Pradera Buena 86 71 3/ 31
Bosques
Pobre 57 00 33 18
@egular 80 06 38 32
Buena 47 77 36 33
Patios FFFFFFF 72 35 14 10
(aminos,
incluyendo
derecho de
vía
(ieno FFFFFFF 34 14 13 12
&uperficie firme FFFFFFF 35 15 26 24
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C!#,i)i/# Hi,$!&/"i)%
La condici$n hidrol$gica se refiere a la capacidad de la superficie de la cuenca
para favorecer o dificultar el escurrimiento superficial directo" La condici$n
hidrol$gica depende de la cobertura vegetal de la siguiente manera-
T%b&% 12. C!#,i)i/# Hi,$!&/"i)%
C!be$t-$% Ve"et%& C!#,i)i/# Hi,$!&/"i)%
)ayor al 37N del área Buena
#ntre 76N y 37N del área regular
)enor al 76N del área pobre
#l uso de la tierra es la cobertura de la cuenca e incluye toda clase de
vegetaci$n, bosques escombros, paonales, desmontes, así como las
superficies de agua ;lagos, pantanos, ci:nagas, fangales, etc"< y superficies
impermeables"
T%b&% 13. C&%'i+i)%)i/# i,$!&/"i)% ,e &!' '-e&!'
#12P3 "4
524635 "45C17PC78/
A
&on suelos que tienen altas tasas de infiltraci$n ;bao potencial
de escurrimiento< aun cuando están enteramente moados y
están constituidos mayormente por arenas o gravas profundas,
bien y hasta e9cesivamente drenadas" #stos suelos tienen una
alta tasa de transmisi$n de agua"
B
&on suelos que tienen tasas de infiltraci$n moderadas cuando
están cuidadosamente moados y están constituidosmayormente de suelos profundos de te9turas moderadamente
finas a moderadamente gruesas" #stos suelos tienen una tasa
moderada de transmisi$n de agua"
C &on suelos que tienen baas tasas de infiltraci$n cuando están
completamente moados y están constituidos mayormente por
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#12P3 "4
524635 "45C17PC78/
suelos con un estrato que impide el movimiento del agua hacia
abao, o suelos con una te9tura moderadamente fina" #stossuelos tienen una baa tasa de transmisi$n de agua"
D
Son suelos de alto potencial de escurrimiento, de tasas de
iniltraci!n mu" #a$as cuando est%n completamente mo$ados "
est%n ormados ma"ormente por suelos arcillosos con un alto
potencial de espon$amiento, suelos con &ndice de a'ua
permanentemente alto, suelos con arcilla o capa de arcilla en la
supericie o cerca de ella " suelos supericiales so#re material
casi impermea#le.
stos suelos tienen una tasa mu" #a$a de transmisi!n del
a'ua.
#l uso de la tierra es la cobertura de la cuenca e incluye toda clase de
vegetaci$n, bosques escombros, paonales, desmontes, así como las
superficies de agua ;lagos, pantanos, ci:nagas, fangales, etc"< y superficies
impermeables"
#l tratamiento de la tierra se aplica sobre todo a los usos agrícolas de la tierra
e incluye las prácticas mecánicas tales como sistemas de bordos, curvas de
nivel, terraplenado y eecuci$n de prácticas para el control de erosi$n y
rotaci$n de cultivos"
#l m:todo del &(& ;NRCS) distingue tres clases de tierras seg=n su uso y
tratamiento, esta son-
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• ?ierras cultivadas"
• ?ierras cubiertas de pastos o hierbas"
• ?ierras cubiertas de bosques y arboledas"
8.2.1.Ft!,! R%)i!#%&
&e ha demostrado que para cuencas menores el m:todo @acional tiene un
desempeño adecuado, se usa la siguiente f$rmula para la obtenci$n de
caudales a partir de datos de lluvia"
U 6"431 ( I *
$nde-
( coeficiente de escurrimiento> depende del uso de suelo, cobertura
vegetal y pendiente
I Intensidad ;mmJh
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Q=0,022CIA√ S / A
$nde-
(- variable que depende de la naturale!a de la superficie drenada"
I intensidad má9ima de lluvia en cmJhr
* área drenada en hectáreas
& pendiente media de la cuenca en No
Los cálculos de caudales con los m:todos racionales, BurTli .iegler y &(&
para totas las subcuencas fueron reali!ados en planillas e9cel que se muestran
en ane9os al presente informe" * continuaci$n se muestran el caudal
promedio para la subcuenca y total mayorado a efectos de tomar en cuenta el
periodo de retorno, el sedimento transportado y depositado en el sector del
puente y la pali!ada-
8.2.2.Ft!,! HEC>HS
#l #( )& ;idrologic #ngineering (enter idrology )odeling &ystem< es
un modelo distribuido de simulaci$n hidrol$gica creado por el cuerpo de
ingenieros de los #stados Enidos de Aorteamerica ;E& *rmy (orps esespecialmente empleado para cuencas mayores ;rea Q 47 Mm4< donde e9iste
la necesidad de dividir la misma en subcuencas a efectos de tomar en cuenta
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ESTUDIO DE DISEÑO TECNICO DE PREINVERSION PARA LA CONSTRUCCIONDEL PUENTE VEHICULAR SIGUANI GRANDE
el almacenamiento retenci$n, la variaci$n espacial de precipitaciones y de las
características de escurrimiento de las cuencas"
#l modelo incorpora varios m:todos de transformaci$n de lluvia en caudal>
modelos de tránsito de crecientes, embalses y otros en escalas de tiempo que
pueden ser desde minutos, días hasta meses"
#s modelo fue empleado en el presente estudio para determinar el caudal de la
cuenca del rio BOPI" Los datos de entrada son las tormentas de diseño, se
selecciona el modelo de transformaci$n de lluvia en caudal, el modelo de
infiltraci$n y perdidas, el modelo de tránsito en ríos, embalses, se introducen
los datos correspondientes y las salidas son los hidrogramas de crecida en
diferentes puntos de las cuencas"
Las tormentas de diseño fueron determinadas en base a las relaciones PFFC
para diferentes periodos de retorno y para una duraci$n típica de lluvias del
sector de 8 horas" La distribuci$n temporal de las tormentas se determin$ con
el m:todo de los bloques alternos"
#l modelo de transformaci$n de lluvia en caudal y perdidas adoptado fue el de
la &(& debido a que los parámetros o datos a introducir son posibles de
determinar" #l modelo de tránsito de la crecido en los ríos adoptado fue el de
)usTingum (unge que requiere de la pendiente, rugosidad, longitud y
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rugosidad del lecho del río los cuales fueron estimados" * continuaci$n se
muestran los datos introducidos y los resultados obtenidos para la cuenca
mayor del puente de BOPI para un periodo de retorno de /76 años"
9. CONCLUSIONES#n el presente informe de hidrología se recopil$ toda la informaci$n
climatol$gica y cartográfica para el dimensionamiento del puente &I'E*AI
'@*A#" &e delimitaron las cuencas, se identificaron las subcuencas, se
determinaron los parámetros morfom:tricos de las cuencas y subcuencas, se
determinaron las precipitaciones ;relaciones PC F IC
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