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