estudios de hidrologia y drenaje.doc

“MEJORAMIENTO DE LA AVENIDA MARIA MIRANDA TRAMO: JR. ROSA PEREZ – BIFURCACION DEL OVALO COMUN, DISTRITO DE CHUPACA, PROVINCIA DE CHUPACA, REGION JUNIN”

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ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO


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1.0 ESTUDIOS HIDROLOGICOS E HIDRAULICOS

1.1 OBJETIVOS

El objeto de este estudio es proporcionar la información hidrológica necesaria

para la eliminación de las aguas pluviales en la época de lluvia en la Av. María

Miranda, con sus respectivas áreas tributarias colindantes a esta avenida.

Se establecerá las características hidrológicas de las avenidas máximas y

extraordinarias que permitan definir los requisitos mínimos de diseño de las

obras de drenaje

1.2 INFORMACION BASICA

Este informe es elaborado por el Consultor considerando las características

hidrológicas de la zona en estudio analizando las variables de precipitaciones

máximas, en función de datos recopilados durante 32 años cuyas precipitaciones

pluviales máximas en veinticuatro horas de la estación pluviométrica más

cercana, ubicada en Viques.

La información hidrológica proporcionada por SENAMHI y datos obtenidos nos

permite efectuar cálculos de los parámetros hidráulicos requeridos para el diseño

del drenaje pluvial.

1.3 CLIMATOLOGIA DEL AREA DEL PROYECTO

Los factores climáticos como factores predominantes son los que intervienen en

el diseño, afectan la construcción y el comportamiento, de los pavimentos; esto

implica que se le tenga un mayor y especial cuidado a estos factores que son las

precipitaciones, temperatura, humedad relativa, heladas, etc.

1.3.1 PRECIPITACION

Este parámetro se ha considerado a fin de analizar su variación a través

del tiempo, así como la cuantificación de los aportes hídricos originados

por este fenómeno.

SE TOMO COMO REFERENCIA LOS ANALISIS DE PRECIPITACION DE LA

ESTACION MAS CERCANA POR LA CUAL SE HACE PRESENTE LOS RESULTADOS

DE DATOS DE LAS ESTACIONES DE VIQUES CON LA CUAL SE HIZO LOS

CALCULOS CORRESPONDIENTES :


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ANALISIS DE PRECIPITACION MAXIMA 1 HORA EST. VIQUES

YEAR DATA ORDERED RANK PROB RET. PERIOD66 8.1 30.2 1 0.030 33.00067 15.6 28.3 2 0.061 16.50068 19.1 22.2 3 0.091 11.00069 28.3 22.1 4 0.121 8.25070 10.7 21.8 5 0.152 6.60071 22.2 21.6 6 0.182 5.50072 13.6 19.6 7 0.212 4.71473 19.6 19.3 8 0.242 4.12574 8.6 19.1 9 0.273 3.66775 1.9 16.5 10 0.303 3.30076 0.9 15.6 11 0.333 3.00077 2.6 15.1 12 0.364 2.75078 16.5 15.1 13 0.394 2.53079 21.6 13.6 14 0.492 2.35780 2.7 12.2 15 0.455 2.20081 15.1 12.1 16 0.485 2.06382 12.1 11.4 17 0.515 1.94183 15.1 10.8 18 0.545 1.83384 22.1 10.8 19 0.576 1.73785 11.4 10.7 20 0.606 1.65086 9.5 10.2 21 0.636 1.57187 10.8 9.8 22 0.667 1.50088 9.4 9.5 23 0.697 1.43589 30.2 9.4 24 0.727 1.37590 21.8 8.6 25 0.758 1.32091 7.6 8.1 26 0.788 1.26992 19.3 8.1 27 0.818 1.22293 12.2 7.6 28 0.848 1.17994 8.1 2.7 29 0.879 1.13895 9.8 2.6 30 0.909 1.10096 10.2 1.9 31 0.939 1.06597 10.8 0.9 32 0.970 1.310


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REGISTROS DE PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS mm

ESTACIÓN: VIQUES LAT 12º 12' SLONG 79º 12' WALT. 3 186 msnm

AÑO Ene. Feb. Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct1974 2.5 23.0 1.1 0.4 0.0 2.6 0.8 0.4 0.11975 2.3 8.2 3.2 0.9 0.7 0.0 0.0 0.0 1.21976 4.1 3.2 1.8 0.7 0.8 2.4 0.0 1.0 2.21977 3.3 4.4 3.9 10.0 1.4 0.0 0.0 0.0 2.41978 3.6 3.3 2.6 3.3 5.0 2.5 0.0 0.4 1.61979 27.0 18.4 43.0 13.0 0.0 0.0 0.0 0.0 3.51980 2.9 4.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.01981 4.0 16.0 37.0 1.8 1.0 1.0 0.0 1.6 3.81982 9.3 31.0 20.0 1.6 0.0 0.1 0.0 1.0 4.91983 2.0 2.3 1.8 1.1 0.9 0.0 0.0 0.0 1.4 14.01984 23.1 32.2 41.1 31.8 0.0 4.7 48.6 17.6 8.8 31.51985 29.6 21.3 15.0 14.0 0.0 0.0 0.1 3.3 7.6 27.11986 25.5 22.5 21.2 10.2 10.2 0.0 0.0 4.8 7.5 23.91987 28.4 28.1 24.7 19.1 3.4 6.1 0.1 4.7 26.01988 15.7 19.1 15.9 8.2 2.1 4.5 1.0 7.8 7.0 12.21989 16.4 26.7 17.4 16.0 9.5 4.6 4.3 3.5 36.71990 21.6 21.0 12.8 10.1 17.7 20.0 6.4 10.8 16.4 21.21991 19.0 14.2 15.3 12.4 7.2 0.0 0.0 0.0 18.4 15.01992 21.0 29.3 37.4 28.9 0.0 4.3 44.2 16.0 8.0 28.61993 31.2 22.4 15.8 14.7 0.0 0.0 0.1 3.5 8.0 28.51994 22.2 19.6 18.4 8.9 8.9 0.0 0.0 3.9 6.5 20.81995 11.1 14.3 26.2 19.5 3.5 0.0 0.0 0.0 4.2 24.41996 27.0 26.8 23.5 18.2 3.2 5.8 0.1 4.5 24.81997 17.9 20.5 24.3 12.3 4.0 0.1 16.0 3.7 10.6 12.8

Máximo 31.2 32.2 43.0 31.8 17.7 20.0 48.6 17.6 36.7 31.5Media 15.4 17.8 18.4 10.7 3.3 2.4 5.1 3.7 9.3 12.6Mínimo 2.0 2.3 1.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1Des Std. 10.3 9.6 12.8 8.8 4.5 4.3 13.2 4.9 9.3 10.5Fuente Senamhi


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ANALISIS DE PRECIPITACIONES MAXIMAS 24 HRS. EST. VIQUES

YEAR DATA ORDERED RANK PROB. RET. PERIOD66 21.3 59.4 1 0.030 33.00067 29.6 48.6 2 0.061 16.50068 48.4 48.4 3 0.091 11.00069 45.0 48.2 4 0.121 8.25070 36.1 45.0 5 0.152 6.60071 43.0 44.2 6 0.182 5.50072 34.1 43.0 7 0.212 4.71473 41.9 43.0 8 0.242 4.12574 23.0 41.9 9 0.273 3.66775 8.2 37.0 10 0.303 3.30076 4.1 37.0 11 0.333 3.00077 10.0 37.0 12 0.364 2.65078 37.0 36.1 13 0.394 2.53879 43.0 34.1 14 0.424 2.35780 4.3 31.2 15 0.455 2.20081 37.0 31.0 16 0.485 2.06382 31.0 29.6 17 0.515 1.94183 37.0 29.6 18 0.545 1.83384 48.6 28.4 19 0.576 1.73785 29.6 28.3 20 0.606 1.65086 25.5 27.0 21 0.636 1.57087 28.4 26.2 22 0.667 1.50088 25.2 25.5 23 0.697 1.43089 59.4 25.2 24 0.727 1.37590 48.2 23.0 25 0.758 1.32091 20.9 22.2 26 0.788 1.26992 44.2 21.3 27 0.818 1.22293 31.2 20.9 28 0.848 1.17994 22.2 10.0 29 0.879 1.13895 26.2 8.2 30 0.909 1.10096 27.0 4.3 31 0.939 1.06597 28.3 4.1 32 0.970 1.031


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METODO DE GUMBEL - PRECIPITACION MAXIMA 1H ESTACION VIQUES


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Pmax = Pm - (ơp/ơn)(Yn-ln T)

13.36 mm/h

N AÑOPREC. HORARIA

MAX.

1 1966 8.10

2 1967 15.60

3 1968 19.10

4 1969 28.30

5 1970 10.70

6 1971 22.20

7 1972 13.60

8 1973 19.60

9 1974 8.60

10 1975 1.90

11 1976 0.90

12 1977 2.60

13 1978 16.50

14 1979 21.60

15 1980 2.70

16 1981 15.10

17 1982 12.10

18 1983 15.10

19 1984 22.10

20 1985 11.40

21 1986 9.50

22 1987 10.80

23 1988 9.40

24 1989 30.20

25 1990 21.80

26 1991 7.60

27 1992 19.30

28 1993 12.20

29 1994 8.10

30 1995 9.80

31 1996 10.20

32 1997 10.80

Desviación estándar de las precipitaciones:

N

PPm

1

22

N

PmNPp


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7.26

Entonces: Para un para N=32 (Datos obtenidos de Tabla):

Yn: 0.5380

ơn: 1.1193

Para un t: 10 años

Pmax = 24.8120 mm/hr

Como Ø : 1 -1/T > 0.90 entonces:

7.40

Entonces:

Pdiseño: 32.2109 mm/h

1.4 CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO

El drenaje tiene como objetivo, la eliminación de las aguas en escorrentía de los

suelos con el fin de evitar inundaciones, facilitar el transito peatonal, vehicular,

proteger las obras urbanas como veredas, pavimentos y la cimentación de las

obras rusticas y de material noble.

1.4.1. PRECIPITACION MAXIMA

Para el calculo del caudal de diseño (Qd) se ha procedido a calcular en

primera instancia la máxima precipitación obtenida por el método de

Gumbel, contando para ello con las precipitaciones máximas diarias y

horarias de la estación de Viques; datos tomados durante 32 años para

la Precipitación horaria máxima, 20 años para la precipitación diaria

máxima estación.

1.4.2. METODOLOGIA PARA EL CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO

Uno de los factores principales para determinar la capacidad del conducto

pluvial o caudales de diseño, es la determinación del volumen máximo de

N

pP

14.1


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agua a eliminar, pero esto no es posible dado que , por una parte, el área

del proyecto está constituido por un suelo natural de media a alta

permeabilidad, por lo que la infiltración de las aguas pluviales al subsuelo

está asegurada, por otra parte la eminente expansión urbana orienta a

que en el futuro las áreas descubiertas serán pavimentadas evitando de

este modo la infiltración al subsuelo lo que dará lugar a eliminar mayor

volumen, obligando a que el estudio se oriente a diseñar las obras para un

periodo de retorno igual a 10 años.

En cualquiera de los dos casos, presente y futuro, no es posible

determinar el caudal máximo a eliminar, pues si bien es cierto que la

población urbana se incrementa apresuradamente también es cierto que

el saneamiento respecto a edificaciones, pistas y veredas son lentas,

entonces la consideración de máximas avenidas para el cálculo del gasto

de diseño darían como resultado obras sobredimensionadas por lo que la

metodología empleada ha sido:

A. De acuerdo a la topografía de la zona se ha establecido un

diagrama de flujo

B. Se ha determinado áreas de influencia tributaria, las mismas que

están en continua actividad hídrica en los periodos de lluvia.

C. Dentro de cada área y con el diagrama de flujo se ha determinado

la influencia de áreas parciales, considerando las cotas iniciales

(Ci) y cotas finales (Cf) respectivamente, y por consiguiente la

diferencia de nivel (H) en cada caso.

D. Conocidas las dimensiones de las áreas de aporte se determino el

tiempo de concentración, es decir el tiempo máximo

correspondiente que necesita una partícula del área drenada

para llegar al punto de recolección con la siguiente expresión

matemática:

tc = 0.0195 k 0.77

Donde se tienen los siguientes valores:

k = L/ S , S = H/L


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tc = tiempo de concentración (minutos)

L = longitud mas largo del curso de agua (m)

H = desnivel entre el punto mas alejado y la salida (m)

1.4.3. DETERMINACION DEL CAUDAL DE DISEÑO

Para el cálculo del caudal de diseño se ha empleado el método racional, en

el cual se asume que la máxima escorrentía ocasionada por una lluvia se

produce cuando la erosión de esta es igual al tiempo de concentración.

Aceptando este planteamiento, la escorrentía se calcula con la siguiente

expresión:

Q = CiA / 360

Luego: Qd = 0.75 Q

Donde:

Qd = escorrentía en m3/seg. Con el 75 % de persistencia.

C = coeficiente de escorrentía sin dimensiones (tabla, para este caso se

tomo zona de proyecto comercial en el centro de la localidad igual a

0.95)

i = máxima intensidad media de la lluvia critica, para una duración de

tc en mm/hr

A = superficie de la cuenca considerada en Has.

1.5. ESTUDIOS HIDRAULICOS

1.5.1. OBJETIVOS

Establecer los factores hidráulicos del estudio de la micro cuenca como

determinar el volumen hídrico de las precipitaciones de las épocas de

lluvia a eliminar, mediante una línea de conducción de aguas pluviales

incorporadas a la red matriz del sistema pluvial del Distrito de Chupaca.

1.5.2. INFORMACION BASICA

El área de influencia del proyecto pertenece a la zona periférica del

distrito de Chupaca, las entregas serán a través de cunetas laterales.


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Para la conducción de las aguas pluviales, el presente estudio contempla

la construcción de cunetas laterales que trabajara como canal, la

escorrentía superficial será conducida por cunetas a ambos lados de la

pista.

1.5.3. METODOLOGIA DE CÁLCULO

Para el diseño de las obras de drenaje se utilizo la variable de caudales

acumulados en función a las áreas tributarias, con estos caudales así

hallados se proyectaron las alcantarillas de toma, las tuberías

transversales y longitudinal (matriz), calculando los diámetros con la

formula de Manning y las dimensiones de las alcantarillas en función al

caudal de entrega para diseñar el volumen.

1.5.4. DISEÑO HIDRAULICO:

Para el diseño de una alcantarilla es necesario conocer los picos máximos

de descarga de la misma, los volúmenes de escurrimiento y la distribución

en el tiempo de ambos índices. En algunos casos solamente requiere

conocer el pico de descarga.

METODO RACIONAL:

Constituye una forma de estimación del escurrimiento a partir de

precipitaciones pluviales específicas. En el método racional, la escorrentía

está relacionada con la intensidad de precipitación mediante la fórmula:

Q = C x I x A

Donde:

Q = tasa pico de escorrentía en pies3/seg.

C = Coeficiente de escorrentía, el cual depende de las características del

área tributaria, es adimensional.

I = intensidad de precipitación promedio.

A = área tributaria de la cuenca en Ha.

Para Q = m3/seg:

Q = C x I x A


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360

La tasa pico de escorrentía en un punto cualquiera es una función directa

de la intensidad de precipitación promedio durante el tiempo de

concentración en ese punto.

La frecuencia de descarga pico es lo mismo que la frecuencia intensidad

promedio de precipitación.

El tiempo de concentración es el tiempo requerido por la escorrentía para

llegar a establecerse y fluir de las zonas más remotas del área de drenaje

al punto de estudio. Se trata de zona más remota en tiempo, no en

distancia.

El método racional a lo largo del tiempo ha dado como resultado una

definición práctica de sus variables y que se haya generalizado como

representativa de la escorrentía. Requiere que el proyectista use su juicio

en la evaluación de los factores componentes.

AREA COLECTORA O RECEPTORA.

Esta limitado por la topografía de la zona, por toda el área cuyas

pendientes favorezcan el escurrimiento hacia la zona de estudio.

Este elemento del método puede ser determinado con precisión.

INFORMACION RELATIVA AL AREA COLECTORA:

Uso de la tierra, presente y futuro por su influencia en el porcentaje de

impermeabilidad del terreno.

Características del terreno y de la cobertura ya que estos pueden afectar

al coeficiente de escorrentía.

Magnitud promedio de las pendientes del terreno, las cuales

conjuntamente con los Ítems anteriores van a afectar el tiempo de

escorrentía.

El procedimiento general para su aplicación indica subdividir el área total,

teniendo en cuenta las áreas tributarias a cada punto de entrada o de

descarga del sistema a éstos a su vez en función de las características del


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terreno, puesto que de acuerdo a este factor, va a variar el coeficiente de

escorrentía a aplicarse a cada área.

PRECIPITACIONES:

En relación a este parámetro, se analizan los siguientes aspectos:

- Factores de intensidad de precipitación.

- La determinación de la intensidad de precipitación (I) involucra la

consideración de los siguientes factores:

- Frecuencia promedio de ocurrencia.

- Características de intensidad: duración de las precipitaciones para una

frecuencia promedio de ocurrencia seleccionada.

- Tiempo de concentración.

INTENSIDAD DE PRECIPITACION:

La intensidad de precipitación se expresa en milímetros por hora (mm /

h) y se obtiene en los registros pluviográficos o bandas. A menor tiempo

de duración de la tormenta o periodos de la misma, mayor es la

intensidad en milímetros por hora (mm / h). Relación para una zona

determinada.

La intensidad de diseño se obtiene de los llamados “mapas de frecuencia”

de precipitación en diferentes periodos de retorno o frecuencias (años)

para diferentes duraciones de tormentas o precipitaciones (horas).

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN:

El tiempo de concentración estará compuesto del tiempo de entrada más

el tiempo de recorrido en el desagüe desde la entrada más remota al

punto en consideración.

El tiempo de flujo en los desagües puede ser estimado consistentemente, a

partir de las propiedades hidráulicas de los conductos. El tiempo de

entrada es el tiempo en que el flujo escurre sobre el terreno para alcanzar

los canales establecidos de drenaje superficial, tales como canales o

cunetas a los lados de las pistas, para viajar a través de ellos al punto de

entrada.


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El tiempo de entrada variara con la pendiente del terreno, con la

naturaleza de la cobertura del terreno y con la longitud de la trayectoria

del flujo, así como con los factores que afecten la relación intensidad

duración de las precipitaciones, tales como la capacidad de filtración y la

depresión del área de almacenamiento. En general, cuanto mayor es la

intensidad de la precipitación, más corto es el tiempo de entrada.

El tiempo de concentración se puede calcular de la siguiente formula:

Tc = 0.01947 ( L 3/2) 0.77

H ½

Donde:

Tc = Tiempo de concentración

L = longitud de la cuenca desde el punto más lejano del sistema de

drenajes superficial hasta la desembocadura (metros).

H = Desnivel que corresponde a la distancia L (metros).

OTROS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA INTENSIDAD DE

PRECIPITACIÓN DE DISEÑO:

Disminución en el punto de medición de los valores de precipitación para

áreas más grandes pueden resultar en intensidades menores. En áreas de

drenaje de forma irregular, la parte del área que tienen un tiempo menor

a la concentración, y está sujeta a la concentración, y está sujeta a una

mayor intensidad de precipitación, puede causar una mayor cantidad de

escorrentía al punto de salida que aquella contribución de toda el área con

su mayor escorrentía al punto de salida de aquella contribución de toda

área con su mayor tiempo de concentración y su correspondiente menor

intensidad de precipitación.

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA:

El coeficiente de escorrentía (C), es la variable del método menos

susceptible de una determinación precisa. Su uso en la formula implica

una tasa fija para un área de drenaje dada, cuando en realidad es el

coeficiente está sujeto a las abstracciones o pérdidas entre precipitación y


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escorrentía, los cuales pueden variar para un área dada, puesto que están

influidos por las diferentes condiciones climatológicas y estacionales.

Cuadro Nro. 1COEFICIENTE COMUNES DE ESCORRENTIA

TIPO DE AREA DE DRENAJE COEF. C DE ESCOR.Área Comercial (fuera – centro de la ciudad) 0.50 - 0.95Área residencia (desde unifamiliares a departamentos)

0.30 – 0.70

Industrias (ligeras – pesadas) 0.50 – 0.90Calles: Asfalto Concreto Adoquín

0.70 – 0.950.80 – 0.950.70 – 0.85

Aceras, andadores y techos 0.75 – 0.95Prados 0.05 – 0.35

COEFICIENTES PROMEDIOS

Es muy común el uso de coeficientes promedios para varios tipos de

superficies que se asume no cambia durante la variación de la tormenta.

A menudo es recomendable desarrollar un coeficiente de escorrentía

compuesto, basado en los porcentajes de superficies de diferentes tipos,

que constituyen el área colectora. Este procedimiento es frecuente

aplicado a bloques típicos de muestra, como una guía para la selección de

valores razonables del coeficiente para toda el área.

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING

El coeficiente de rugosidad de Manning refleja la resistencia de la sección

conductora al flujo. Esta resistencia depende de varios factores, tales

como:

Características de la sección o tubería, tipos de juntas, longitud de los

tubos.

Características propias del material del que está hecha la superficie

interna de la sección conductora.

Naturaleza del fluido: su viscosidad y contenido de material sólido de

arrastre.

De acuerdo a recomendaciones técnicas para concreto n=0.015

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO PARA LA AV. MARIA MIRANDA


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DISEÑO SECCION DE CUNETA PARA LA AV. MARIA MIRANDA


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DRENAJE PLUVIAL:

Se ha proyectado la instalación de sumideros en las prog 1+100, 0+220,

0+360, 0+460, 0+610, 0+710, 0+810, 0+930, 1+040, 1+120, 1+230,

1+370, 1+470, 1+520, 1+620 y 1+697 ambos sentidos, planteándose los

buzones de interseccion hasta el km 0+250 y la derivación del caudal

pluvial de los sumideros hacia el canal existente en el restro del tramo.

Para el tramo 03 donde se presenta el mayor caudal: s: 0.0063

ENTONCES NUESTRA SECCION PLANTEADA CUMPLE CON LOS PARÁMETROS HIDRAULICOS.


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CONCLUSIONES

- La carretera existente es totalmente afirmada, siendo los problemas de alineamiento

minimos, encontrándose el terreno disponible libre de reclamos de terceros.

- Se hizo los cálculos correspondientes del estudio de hidráulica mediante las

precipitaciones mas cercanas en este caso se uso las estaciones de precipitaciones de

VIQUES.

- Se ha proyectado la instalación de sumideros en las prog 1+100, 0+220, 0+360,

0+460, 0+610, 0+710, 0+810, 0+930, 1+040, 1+120, 1+230, 1+370, 1+470, 1+520,

1+620 y 1+697 ambos sentidos, planteándose los buzones de interseccion hasta el km

0+250 y la derivación del caudal pluvial de los sumideros hacia el canal existente en el

restro del tramo.

RECOMENDACIONES - Se debe ejecutar periódicamente la limpieza total del material acumulado en las obras

de arte, así como la limpieza del material depositado en el cauce tanto aguas arriba

como abajo de las estructuras, sobre todo después de cada avenida

- Se debe dar mantenimiento al concreto de las estructuras, alcantarillas y badenes,

pero no esperar que las roturas producidas por los impactos de los vehículos se

deterioren hasta que el concreto se deshaga completamente.

estudios de hidrologia y drenaje.doc

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