Hidro defensa ribereña omaya

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Hidro defensa ribereña omaya

  1. 1. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________ CONTENIDO1. INTRODUCCIÓN2. GENERALIDADES3. INFORMACIÓN BÁSICA DEL ÁREA DE ESTUDIO 3.1. Ubicación del área de estudio 3.2. La cuenca de interés 3.3. Información básica disponible 3.4. Análisis de la información pluviométrica disponible 3.4.1.Análisis de similitud hidrológica 3.5. Condiciones climáticas del área del proyecto 3.6. Información complementaria 3.7. Prueba de ajuste de la serie de datos pluviométricos 3.7.1.Prueba de ajuste de Smirnov - Kolomorov 3.7.2.Distribución de probabilidades 3.7.2.1.Distribución teórica de la serie de Gumbel tipo I 3.7.2.2.Distribución teórica de la serie Normal 3.7.2.3.Distribución teórica de la serie Log Normal4. DETERMINACIÓN DE CAUDALES MENSUALES EN SITIOS DE INTERÉS 4.1. Precipitación media de la cuenca 4.2. Determinación de la disponibilidad del agua5. DETERMINACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS 5.1. Método de mediciones in situ 5.2. Determinación de caudales de diseño6. DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN SITIOS DE INTERÉS 6.1. Generalidades 6.2. Cauce de equilibrio del río 6.3. Determinación de la socavación general 6.4. Determinación de la socavación local 6.5. Determinación de la socavación total al pie de muro7. CONSIDERACIONES SOBRE HIDRÁULICA FLUVIAL 7.1. Mecánica fluvial del río 7.2. Determinación de la capacidad de arrastre8. DETERMINACIÓN DE VALORES DE DISEÑO 8.1. Ancho de encauzamientoCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  2. 2. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________ 8.2. Niveles probables de agua en eje de río 8.3. Nivel de cimentación por efectos de socavación 8.4. Protección contra los procesos erosivos y necesidades de encauzamiento9. CONCLUSIONESCUADROSCUADRO N°01 : Parámetros geomorfológicos de la cuenca del río Omaya en el punto deubicación de la población de OmayaCUADRO N°02 : Riesgo de falla del muro de encauzamiento para caudales máximosinstantáneos del río Omaya (Método Regional)CUADRO N°03 : Calculo de la curva de calibración del río Omaya en la progresiva 0+450CUADRO N°04 : Distribución granulométrica del material del lecho del río Omaya en laprogresiva 0+450CUADRO N° 05 : Cálculo de la sección de equilibrio del río Omaya en la progresiva 0+450(Método de Lacey)CUADRO N°06 : Cálculo de la socavación general al pie de los muros de encauzamientosobre el río Omaya (Método de Lischtvan – Lebediev)CUADRO N°07 : Cálculo de la socavación local al pie de los muros de encauzamiento sobreel río Omaya ( Método de Artamonov)CUADRO N°08 : Cálculo de la socavación total al pie de los muros de encauzamiento en laprogresiva 0+450 y del puente Omaya sobre el río OmayaCUADRO N°09 : Cálculo de la capacidad de arrastre del río Omaya en eje de la progresiva0+450CUADRO N°10 : Cálculo de la socavación general al pie de los muros de encauzamientosobre el río Omaya con enrocado (Método de Lischtvan – Lebediev)CUADRO N°11 : Cálculo de la socavación total al pie de los muros de encauzamiento y delpuente Omaya el río Omaya con enrocadoCUADRO N°12 : Registro de información hidrometeorológica (Municipalidad de Sivia)CUADRO N°13 : Registro de información hidrometeorológica (Ministerio de Agricultura)CUADRO N°14 : Rendimientos promedios en cuencas de la selva peruanaMEMORIA DE CÁLCULOSFOTOGRAFÍASLAMINASLAMINA Nº U-01: Ubicación del área de estudioLÁMINA N° C-01: Cuenca hidrográficaCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  3. 3. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________LAMINA Nº P-01: Plano TopográficoLAMINA Nº ST-01: Secciones transversales CONTENIDO1. INTRODUCCIÓNEl presente estudio tiene como objetivo principal determinar las características hidrológicase hidráulicas del río Omaya a lo largo de 1.4Km, en el sitio de emplazamiento de la ciudadde Omaya (tales como servicios públicos, instituciones, terrenos de cultivo y sobre todo laprotección de la vida de la población), con la finalidad de determinar: el ancho deencauzamiento, las cotas de los máximos niveles de agua esperados, la profundidad decimentación por efectos de socavación general y local y las protecciones necesarias que nopermitan el asentamiento o volteo de la estructura asentada sobre el lecho del río, ante laocurrencia de caudales máximos normales y eventualmente extraordinarios de undeterminado período de retorno y probabilidad de ocurrencia, acorde a consideracionesusuales de diseño.2. GENERALIDADESEn el presente estudio se ha efectuado la recopilación de información básica disponibletanto en gabinete como en campo, relacionada a aspectos hidrometeorológicos, hidráulicos,topográficos, morfológicos y otros, que permitan plantear la metodología de trabajoapropiada, con la finalidad de determinar los procesos hidráulicos del río.La visita y recopilación de información de campo es importante pues ha permitido apreciaren el mismo lugar la probabilidad de ocurrencia de diversos caudales en función aindicadores físicos presentes, tales como marcas o huellas de máximos niveles de aguaocurridos, variación de cauce del río y otros. De igual manera, se ha observado lascaracterísticas favorables del lecho del río ante procesos de mecánica fluvial y erosión.Con los datos obtenidos en campo y en gabinete, se procedió con el cálculo de losprincipales indicadores hidráulicos y de mecánica fluvial del río: caudales máximos,velocidades medias, velocidades erosivas, socavación general, socavación local, socavacióntotal, capacidad de arrastre, capacidad de trasporte de sedimentos y determinación delcauce de equilibrio.Con los valores obtenidos y la experiencia en este tipo de trabajos, se procede a calcular yverificar la profundidad de cimentación por efectos de socavación, el ancho deencauzamiento, las obras de protección necesarias en el lecho del río para mitigar losefectos de la erosión y las necesidades de encauzamiento en la zona de emplazamiento dela ciudad y sus principales instituciones, de tal forma que no se interrumpa la capacidadproductora de bienes y servicios.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  4. 4. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________3. INFORMACIÓN BÁSICA DISPONIBLE DEL ÁREA DE ESTUDIO3.1 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIOEl área de estudio que comprende el emplazamiento de la captación, se encuentra ubicadasobre el río Omaya. La ubicación del área de estudios se presenta en la LÁMINA U-01 yC-01.La ubicación geográfica de la zona de estudio sobre el río de acuerdo a la informacióncartográfica a escala 1:100,000 del IGN, cuadrícula 26-o (Ayna), que se presenta en laLámina C-01, está en un tramo sensiblemente recto. Esta ubicación corresponde a lassiguientes coordenadas UTM: Norte : 8’611,200 Este : 629,400 Altitud : 581.40 msnmEn este lugar se encuentra construido el puente Omaya, la cual se emplaza en la carreteraKimbiri-Pichari-Puerto Ene.Se ha verificado las condiciones naturales del emplazamiento de los muros, cuya ubicaciónactual cumple con los siguientes criterios generales:• Protección de la vida humana, como principal criterio, la cual se encuentra en peligro en época de fuertes precipitaciones pluviales.• Ubicación de los muros fuera del cauce del río, o lo más alejado posible, que permita un mejor comportamiento hidráulico, sin modificar sus condiciones naturales o reemplazarlas por uno del mismo entorno (enrocado).• Ubicación de los muros en zonas lo suficientemente estables en donde se necesite, sin cambiar mucho la forma de la sección del río.• Ubicación de los muros en zonas en la cual el historial de migración del río y sus tendencias geomorfológicas se muestren estables y sin mayores cambios.• Existencia de puntos potenciales sobre el río para un posible control hidráulico.• Disponibilidad relativa de materiales de construcción.• Máxima eficiencia económica.• Mínimo impacto ambiental (se tomará el material existente en el cauce del río Omaya).El eje del río y sus secciones, se encuentran indicadas en el plano topográfico del río,presentado en la LÁMINA 01.3.2 LA CUENCA DE INTERÉSCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  5. 5. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________La cuenca de interés comprende la del río Omaya y sus afluentes hasta el lugar donde seubica la estructura de protección y que corresponde a una cota de 581.40 msnm.La información cartográfica obtenida corresponde a Cartas Nacionales a escala 1:100,000 yPlanos Departamentales del Atlas Geográfico del Perú, ambos del IGN, se determina que lacuenca de la quebrada es de 30.29 Km² aproximadamente y corresponde a una cuenca deforma irregular denotado en los valores de factor de forma e índice de compacidadencontrados y que por el tiempo de concentración del orden de más de media hora, han deproducir en el río hidrogramas de avenidas con caudales pico agudos y de caráctertorrentoso debido a la alta pendiente del curso principal de agua igual a 3.50%. En elCUADRO N° 01, del ítem de ANEXOS, se muestran los valores característicos de la cuenca.Según la altitud de la zona tiene un clima cálido, con predominio de precipitacionespluviales intensas entre los meses de Noviembre y Marzo.3.3 INFORMACION BASICA DISPONIBLECon la finalidad de tener valores promedios representativos de las variables meteorológicase hidrológicas en la zona del Proyecto; se ha investigado la existencia de la estaciónhidrometeorológica de Sivia, cercana al área del proyecto que permita proporcionarinformación confiable. CUADRO N°01 REGISTRO DE INFORMACIÓN HIDROMETEROLOGICA (MINISTERIO DE AGRICULTURA)ESTACION : SIVIALATITUD : 12º 30 50" SLONGITUD : 73º 51 48" WALTITUD : 560 msnmPERIODO : REGISTROS DE 1972 A 1977FUENTE : Ministerio de Agricultura (1981) VARIABLE METEOROLOGICA ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC ANUALTEMP. MEDIA MINIMA (ºC) 20.20 19.3 19.7 19.9 19.3 17.8 17.5 17.8 18.6 19.3 18.5 20.5 19.03TEMP. MEDIA MAXIMA (ºC) 31.00 31.5 31.5 30.7 30.3 29.5 30.7 31.4 31.2 31.8 31.7 31.6 31.08TEMPERATURA MEDIA (ºC) 25.6 25.4 27.7 25.3 24.9 23.6 24.1 24.6 24.9 25.5 26.1 26.8 25.38PRECIPITACION TOTAL (m) 246 320 322 316 107 96 74 102 169 191 190 221 2,354PRECIPITACION MENSUAL 10.45 13.59 13.68 13.42 4.55 4.08 3.14 4.33 7.18 8.11 8.07 9.39 100No se cuenta con información pluviométrica en el lugar del proyecto, la informaciónutilizable se obtiene de la estación aledaña, específicamente en las provincias de Huanta,distrito de Sivia; con los que se demuestra la similitud hidrológica de las estaciones, por locual se calculará la ecuación regional de precipitación máxima diaria.La obtención de lluvias y caudales de manera indirecta, mediante regionalizaciones, obliga atomar valores conservadores al Consultor, mediante la verificación de los parámetros típicosde la región, las que se ha obtenido en la experiencia profesional y en los estudiosrealizados por el Consultor y otros en la región.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  6. 6. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________3.4 ANALISIS DE LA INFORMACION PLUVIOMETRICA DISPONIBLELa información pluviométrica disponible corresponde a la estación indicada en el CUADRO N° 01, cuyos registros se muestran en los CUADROS N° 14, 15 Y resumidamente en el 16, delos anexos, para el caso de lluvias medias mensuales.Los registros de precipitación anual y mensual servirán para comparar la similitudhidrológica de las estaciones ubicadas en las cuencas de la selva peruana. Luego dedemostrar la similitud se procederá a obtener la ecuación regional de precipitación máximadiaria.Los registros de precipitación de las estaciones, se aprecian en el siguiente cuadro: CUADRO N°02 RENDIMIENTOS PROMEDIOS EN CUENCAS DE LA SELVA PERUANA AREA PRECIP. ESCORRENTIA COEFICIENTE DE RENDIMIENTO CUENCA SUB-CUENCA (Km2) (mm/año) (mm/año) ESCORRENTIA (Lps/Km.2) MARAÑON MAYGASBAMBA 122 961 437 0.45 13.86 MARAÑON MATARA 140 972 360 0.37 11.42 MARAÑON POLLOC 241 853 442 0.52 14.02 MARAÑON NAMURA 433 856 365 0.43 11.57 AMAZONAS CORRIENTES 13,520 2,200 1,270 0.58 40.27 MARAÑON CUMBA 39,000 820 450 0.55 14.27 MARAÑON CORRAL QUEMADO 48,700 850 454 0.53 14.40 MARAÑON AMOJAO 68,000 1,000 534 0.53 16.93 AMAZONAS AMAZONAS 327,800 2,565 1,615 0.63 51.21 FUENTE : "HIDROLOGIA PARA INGENIEROS" - ROSENDO CHAVEZ DIAZ3.4.1 ANALISIS DE LA SIMILITUD HIDROLOGICAComo se ha indicado, no se cuenta con información hidrométrica ni pluviométrica en la zonadel proyecto, por lo que se procederá a obtener lluvias para la zona y luego avenidasmáximas mediante la regionalización. Para tal propósito deberá demostrarse que losregímenes hidrológicos son similares. Esta similitud probabilística se refiera a magnitudesde eventos, al régimen de ellos y a cierto grado de simultaneidad de períodos de ocurrencia.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  7. 7. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________No se cuenta registros de lluvias medias mensuales para períodos recientes, en la zona delproyecto.Las lluvias en la selva son orográficas, donde la altitud sobre el nivel del mar es importante.Se ha estimado que la altura media o representativa de la cuenca de la quebrada es de 581msnm, con pisos altitudinales comprendidos entre los 500msnm hasta 2,400 msnm. Laestación meteorológica considerada, están ubicadas en una cota de 560 msnm.Sin embargo, sí se puede comparar el comportamiento estacional, para ello se ha elaboradoen base a las lluvias mensuales multianuales. CUADRO N°03 REGISTRO DE INFORMACIÓN HIDROMETEROLOGICA (MUNICIPALIDAD DE SIVIA)ESTACION : SIVIA LATITUD : 12º 30 50" SDEPARTAMENTO : AYACUCHO LONGITUD : 73º 51 48" WPROVINCIA : LA MAR ALTITUD : 560 msnmDISTRITO : SIVIA PRECIPITACION TOTAL EN mm AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC ANUAL 1998 _ _ _ _ _ 104.6 41.5 53.3 169.4 276.2 _ _ _ TEMPERATURA MEDIA EN ºC AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC ANUAL 1998 _ _ _ _ _ 25.4 25.7 24.8 24.9 25.8 _ _ _3.5 CONDICIONES CLIMATICAS DEL AREA DEL PROYECTODe la información hidrometeorológica disponible anteriormente presentada y que esrepresentativa para el área de interés, se desprende que la precipitación promediomultianual en el área del Proyecto es de alrededor de 2,354 mm con temperaturaspromedio de 25.38°C, que llegan como máximo hasta 31.08°C y con mínimas de hasta19.03C.En la cuenca de interés, las condiciones climáticas corresponden al denominado climalluvioso cálido. El período de lluvias es de Noviembre a Marzo.El período de lluvias está comprendido entre los meses de Noviembre y Marzo, en el cualllueve casi el 89% de la lluvia anual.3.6 INFORMACION COMPLEMENTARIALa información complementaria se refiere a aquella información relacionada al propósito delEstudio Hidrológico y de Hidráulica Fluvial de la quebrada del río Omaya y que es laconstrucción de los muros de encauzamiento. Esta información ha sido obtenida por elCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  8. 8. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________personal técnico contratado por el Consultor y se refiere básicamente a los análisisgranulométricos del material del lecho de río, obtenida del estudio geológico y geotécnicocon fines de cimentación, ésta ha tenido una de especial consideración y se encuentraubicada en la progresiva Km 0+450.En el informe geológico y geotécnico se ha obtenido datos del perfil estratigráfico de la zonade cimentación del muro de encauzamiento de la progresiva 0+450 del eje del río,necesaria para verificar el tipo de material del lecho con fines de cálculo de la profundidadde socavación por erosión, así como las recomendaciones de carácter geomorfológico dellugar de emplazamiento de los muros de encauzamiento, con los cuales se ha culminado eldiseño hidráulico y el diseño de la profundidad de cimentación.3.7 PRUEBA DE AJUSTE DE LA SERIE DE DATOS PLUVIOMÉTRICOSLos sistemas hidrológicos son eventualmente afectados por eventos extremos, tormentasseveras, crecientes, etc. La magnitud del evento extremo se relaciona con la frecuencia deocurrencia mediante una distribución de probabilidades.3.7.1. Prueba de Ajuste de Smirnov - KolmogorovConsiste en comparar las diferencias existentes entre la probabilidad de los datos agrupadosy la probabilidad ajustada, tomando la distancia más grande entre el valor observado y lacurva del modelo: ∆ = máx. |F(x) – P(x)|Donde: ∆ : Estadístico, diferencia máxima entre probabilidad empírica y ajustada F(x) : probabilidad de la bondad de ajuste P(x) : Probabilidad de los datos no agrupadosEl estadístico (∆) tiene una distribución muestral. Si (∆o) es un valor crítico para un valor(α) seleccionado, se tiene que: P (máx. |F(x) – P(x)|>= ∆o) = α, presentado de la otra manera: ∆o > ∆Los valores críticos del estadístico ∆o, se obtiene de tablas elaborados función al tamaño demuestra, para un nivel de significancia de 0.05, o al 95% de probabilidad, o en todo caso secalcula con la siguiente en relación:∆o = 1.36/N^0.5Si se cumple que delta tabular (∆) es menor que el delta teórico (∆o), se construye la curvateórica de la serie considerada.3.7.2. Distribución de probabilidadesLos métodos estadísticos se basan en la existencia de una serie de datos de eventosextremos, los que son sometidos a un análisis de frecuencias, lo que implica se efectúe elajuste por las diferentes distribuciones teóricas a una determinada muestra, para comparary decidir cuál de ellas se aproxima a la mejor distribución empírica.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  9. 9. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________Las distribuciones teóricas más comunes para el análisis de máximas avenidas son: GumbelI, Normal y Log Normal.3.7.2.1. Distribución teórica de la serie Gumbel Tipo ILa función de distribución doble exponencial de valores extremos, llamada tambiéndistribución Gumbel Tipo I, en su forma acumulativa está definido como: F(x) = exp [-exp (-α (x-µ))]Donde: F(x) : Distribución de probabilidad de los valores extremos “x” α : Parámetro de escala µ : Parámetro de localizaciónAplicando el método de los momentos en la estimación de los parámetros, arriba indicados,se obtiene: Β = Xm – 0.45σ Α = 1.281 σDonde: Xm : Media de la muestra σ : Desviación estándar de la muestra3.7.2.2. Distribución teórica de la serie NormalLa función de distribución normal, llamada también distribución gaussiana, en su formaacumulativa está definido como: F(z) = [1/(2.π)0.5] . exp (-z2/2) Z = X - Xm SDonde: F(z) : Función densidad normal S : Parámetro de escala (desviación estándar) X : Variable independiente Xm : Parámetro de localización (media aritmética)3.7.2.3. Distribución teórica de la serie Log NormalLa función de distribución log normal, en su forma acumulativa está definido como: Y = Ln X Z = Y - Ym S F(z) = [1/(2.π)0.5] . exp (-z2/2)Donde:CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  10. 10. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________ F(z) : Función densidad normal S : Parámetro de escala (desviación estándar) Y : Variable independiente Ym : Parámetro de localización (media aritmética)4.0. DETERMINACIÓN DE CAUDALES MENSUALES EN SITIOS DE INTERÉS4.1 PRECIPITACION MEDIA DE LA CUENCALuego de que se ha demostrado que la información obtenida es confiable y queexiste similitud hidrológica entre sus regímenes, se puede utilizar para obtener lalluvia media en la cuenca. En el presente caso, al no tener ninguna estación dentrode la zona del Proyecto, se utilizará la ecuación regional de precipitación.4.2DETERMINACION DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUALa estimación de la disponibilidad de agua en la cuenca, se realizó por medio demodelos matemáticos. El uso de los modelos matemáticos en hidrología es muyamplio, tanto así que, prácticamente en cada especialidad hidrológica, se handesarrollado modelos matemáticos para la solución de problemas generales yespecíficos. En los últimos años las técnicas de simulación hidrológica han tenidouna amplia difusión, algunos modelos son de aplicación específica, mientras queotros son de aplicación más general.Existen asimismo una amplia variedad de formulaciones matemáticas adoptadaspor diferentes modelos para describir los diversos componentes de los procesos deprecipitación-escorrentía, pudiendo diferir éstas, no sólo en términos conceptualessino también en nivel de complejidad, planificadores o diseñadores, quienesrequieren información hidrológica, tendrán que elegir entre una amplia variedad demodelos disponibles.Dado que no existe un modelo universal, apropiado para la solución de todos losproblemas hidrológicos, la opción de realizar uno que satisfaga los problemas de lahidrología aplicada en cualquier caso, se hace muy difícil. CUADRO N°04CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  11. 11. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________ PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS DE LA CUENCA DEL RÍO OMAYA EN EL PUNTO DE UBICACIÓN DEL PUENTE OMAYA UBICACIÓN GEOMETRICA LONGITUD AREA DE PERIMETRO LARGO DE ANCHO DE DEL COTA MAS TIEMPO DE DESNIVEL FACTOR DE INDICE DE RÍO COORD. NORTE COORD. ELEVACION CUENCA DE CUENCA CUENCA CUENCA CURSO ALTA PENDIENTE CONCENTR. 2 (m) FORMA COMPACID. (m) ESTE (m) (msnm) ( Km ) ( Km ) ( Km ) ( Km ) PRINCIPAL (msnm ) (HORAS) ( Km ) Omaya 8,611,200 629,400 581.40 30.29 24.01 9.92 4.65 9.17 2,520 1,939 0.211 0.47 1.22 0.67En el CUADRO No 04, se muestra un resumen de los caudales máximos obtenidos por elmétodo Regional para la cuenca del río Omaya en la zona de interés. CUADRO N°05 RIESGO DE FALLA DE LOS MUROS DE DEFENSA PARA CAUDALES MÁXIMOS DEL RÍO OMAYA (MÉTODO REGIONAL) Area de Cuenca (Km2) 30.29 RENDIMIENTOPERIODO DE RETORNO VIDA UTIL DEL MURO RIESGO DE FALLA DEL CAUDAL MAXIMO UNITARIO MAXIMO (AÑOS) (AÑOS) PUENTE EN SU VIDA UTIL INSTANTANEO (m3/s) INSTANTANEO (m3/s) 25 50 87.0 27.43 0.906 50 50 63.6 33.34 1.101 100 50 39.5 39.24 1.296 200 50 22.2 45.15 1.491 500 50 9.5 52.96 1.7485.0 DETERMINACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS5.1 MÉTODO DE MEDICIONES “IN SITU”Durante los trabajos de campo efectuados, se hizo un reconocimiento de la ubicaciónpropuesta del eje del río Omaya, con el objeto de evaluar las características hidráulicas delcauce comprometido, el probable comportamiento del mismo ante la ocurrencia de máximoscaudales, fijar la posición del nivel del agua en ocurrencias de avenida mediante las marcasdejadas en lugares estratégicos, efectuar trabajos de muestreos con el material del lechodel río y otros.A partir del Cuadro Nº 03, se obtiene un D84 (mm), el mismo que permitirá determinar elcoeficiente de rugosidad de Manning para el lecho del río Omaya, en el tramo de estudio.Para el cálculo del coeficiente de rugosidad de Manning, se ha utilizado la formulaciónmatemática propuesta por ABT S.R. (1987), Roughness of loose rock RIPRAP on steepslopes - Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 124 Nº 2, la misma que se describe acontinuación: n = 0.0456( D84 S ) 0.159 , para 0.01 < S <=0.20CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  12. 12. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________Donde: S : Pendiente del río. D84 : Diámetro medio de las partículas del fondo del lecho (plg)La pendiente del río en el tramo en estudio es igual a 3.50% y el diámetro D84 = 13.21 pulg,aplicando la formula de Abt, el coeficiente de rugosidad de Manning se obtiene igual a(n)=0.040, pero con fines conservadores se tomará un valor de 0.035.En esta situación el valor del coeficiente de rugosidad tiene sus limitaciones, puesto que ellecho de río no sólo contiene el material tamizado, sino también bolonerías de más de0.70m, las que no se han considerado en el análisis granulométrico por ser enormes. CUADRO N°06 PORCENTAJE ACUMULADO ABERTURA MALLA (mm) % Parcial RETENIDO % QUE PASA 6" 152.400 100.00 5" 127.000 0.00 0.00 100.00 4" 101.600 0.00 0.00 100.00 3 1/2" 88.900 27.45 27.45 72.55 3" 76.200 18.54 45.99 54.01 2 1/2" 63.500 8.43 54.42 45.58 2" 50.800 6.45 60.87 39.13 3/2" 38.100 6.87 67.74 32.26 1" 25.400 5.34 73.08 26.92 3/4" 19.050 5.21 78.29 21.71 1/2" 12.700 4.24 82.53 17.47 3/8" 9.250 3.55 3.55 96.45 1/4" 6.350 0.00 Nº 4 4.750 4.43 7.98 92.02 Nº 6 3.350 0.00 Nº 8 2.360 0.00 Nº 10 2.000 1.23 9.21 90.79 Nº 16 1.180 0.00 Nº 20 8.500 1.44 10.65 89.35 Nº 30 0.600 0.00 Nº 40 0.425 3.01 13.66 86.34 Nº 60 0.250 2.01 15.67 84.33 Nº 80 0.180 0.00 Nº 100 0.150 0.48 16.15 83.85 Nº 200 0.075 0.40 16.55 83.45 FONDO 0.010 0.20 16.75 83.25 LAVADO 0.010 0.72 17.47 82.53CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  13. 13. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________El cauce del río en el tramo que corresponde la ubicación de la estructura tiene unapendiente de 3.50% y está conformado básicamente por material aluvial cuya matriz seencuentra formada por arenas, limos y grava, que tienen como límite hasta un diámetromedio y máximo de 5.0cm y 75cm, respectivamente, siendo las características de rugosidadtípica de los ríos de la selva de fuerte pendiente y adoptándose acorde a los resultados decampo obtenidos y los cálculos correspondientes coeficientes de rugosidad de Manning en ellecho principal igual a 0.035.En el cauce del río se encuentra bolonerías mayores a medio metro, que es un indicador desu gran capacidad de arrastre del río. Para obtener la rugosidad de Manning más adecuadaa la realidad se considera el siguiente procedimiento de la metodología de Cowan.Efectivamente, Cowan ha elaborado una tabla que permite calcular el coeficiente derugosidad de Manning, de acuerdo a la influencia de diversos factores, tales como:superficie del canal, irregularidad, variación de la sección, efecto de la obstrucción,vegetación, intensidad de meandros, etc. CUADRO N°07CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  14. 14. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________En base a los valores de coeficiente de rugosidad obtenidos por los dos métodos, 0.040 y0.045, según el método de Abt y Cowan respectivamente, se elegirá el que tenga mayoraproximación a la realidad y tomando en cuenta el factor de seguridad, toda vez que ellecho del río no solo tiene gravas y limos, sino también grandes bolonerías.En consecuencia, por tratarse de un canal natural se utilizará un coeficiente de rugosidad de0.035. Con este valor se ha realizado los cálculos hidráulicos del flujo de agua en la secciónde control.Utilizando la información topográfica se ha procedido a calcular las característicashidráulicas del flujo del agua en el tramo de río comprendido en el eje de la estructura decaptación, en la suposición de que el régimen sea uniforme y se cumpla la ecuación deManning.En el cuadro y gráfico, capturados del Hec Ras, se muestra los valores de las característicashidráulicas del flujo de agua en la sección de la progresiva 0+450 para un período deretorno de 20, 50, 100, 200 y 500 años, tomando para este caso un tiempo de retorno de500 años, que corresponde a un caudal aproximado de 53m3/s, puesto que los nivelesentre uno y otro caudal, difieren en valores mínimo.Teniendo en cuenta de que el cambio climático, distorsiona el comportamiento climáticohistórico, resulta conveniente trabajar para valores conservadores, para cuyos caudales eltiempo de retorno se acorta considerablemente, por lo que realizar diseños para períodos deretorno de 50 ó 100 años, resultan insuficientes. CUADRO N°08 CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DEL FLUJO DE AGUA EN LA PROGRESIVA 0+450HEC-RAS Plan: Plan 01 River: Omaya Reach: 1 Profile: PF 5 Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Reach River Sta Profile (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) Chl 1 1400 PF 5 52.96 634.63 635.5 635.77 636.39 0.039712 4.67 13.8 28.44 1.72 1 1350 PF 5 52.96 632.07 633.32 633.71 634.49 0.034645 5.98 12.96 24.32 1.75 1 1300 PF 5 52.96 629.44 630.62 631.19 632.48 0.0456 6.67 9.25 10.63 1.99 1 1250 PF 5 52.96 627.89 629.02 629.39 630.2 0.035812 5.51 13.1 27.31 1.73 1 1200 PF 5 52.96 625.59 626.52 626.96 628.04 0.05101 5.78 10.25 15.62 1.99 1 1150 PF 5 52.96 623.64 624.7 625.09 625.93 0.032637 5.23 11.42 14.62 1.65 1 1100 PF 5 52.96 621.69 622.47 622.89 623.88 0.051656 5.45 10.37 15.52 1.98 1 1050 PF 5 52.96 619.55 620.36 620.66 621.35 0.048288 5.23 12.6 24.33 1.91 1 1000 PF 5 52.96 617.49 618.35 618.62 619.23 0.0365 4.76 13.44 23.26 1.68 1 950 PF 5 52.96 615.41 616.73 617.03 617.76 0.02367 4.65 12.39 14.35 1.42 1 900 PF 5 52.96 614.58 615.59 615.83 616.39 0.028929 4.55 14.16 22.28 1.52 1 850 PF 5 52.96 611.83 612.95 613.43 614.5 0.045537 6.01 10.41 15.55 1.93 1 800 PF 5 52.96 610.65 611.89 612.08 612.75 0.02222 4.44 13.73 21 1.37 1 750 PF 5 52.96 608.4 609.3 609.72 610.83 0.074012 6.54 11.03 26.95 2.37 1 700 PF 5 52.96 605.95 606.69 606.98 607.62 0.050006 5.02 13.78 34.07 1.92 1 650 PF 5 52.96 602.71 603.84 604.29 605.28 0.04174 5.75 10.98 17.55 1.85 1 600 PF 5 52.96 599.66 600.58 601.07 602.35 0.085072 5.91 9.07 16.14 2.44 1 550 PF 5 52.96 597.57 599.13 599.44 600.09 0.023321 4.76 13.19 16.93 1.4 1 500 PF 5 52.96 595.94 596.77 597.24 598.3 0.05572 5.8 9.88 14.05 2.07 1 450 PF 5 52.96 593.88 594.87 595.18 595.92 0.036028 5.26 12.32 18.54 1.72 1 400 PF 5 52.96 593.32 594.59 594.59 594.97 0.010219 3 20.59 26.89 0.93 1 350 PF 5 52.96 590.91 591.45 591.85 593.48 0.167324 7.52 9.17 29.43 3.34 1 300 PF 5 52.96 588.95 590.04 590.25 590.79 0.021211 4.36 14.75 19.9 1.34 1 250 PF 5 52.96 587.26 588.05 588.36 589.08 0.055338 4.89 11.84 21.45 1.97 1 200 PF 5 52.96 584.68 585.81 586.18 587.01 0.033199 5.02 11.41 14.65 1.64 1 150 PF 5 52.96 582.37 583.48 583.95 585.01 0.046841 5.85 10.52 17.24 1.94 1 100 PF 5 52.96 581.4 582.63 582.83 583.39 0.018331 4 14.46 17.75 1.24 1 50 PF 5 52.96 579.28 581.02 581.43 582.24 0.027414 5.12 12.19 18.97 1.5 1 0 PF 5 52.96 579.04 579.88 580.11 580.61 0.031812 4.24 15.14 29.95 1.55La calibración obtenida y presentada en el Cuadro N°05 no puede ser considerada precisa,puesto que en realidad no se trata de una sección prismática; se supone que el lecho seCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  15. 15. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________mantiene estable, pero en realidad no ocurre esto, puesto que para un determinado valorde caudal el proceso erosivo se ha de iniciar modificando la sección inicialmente asumida;por esta razón, el criterio para estimar valores referidos a procesos erosivos a partir de losdatos obtenidos en la curva de calibración debe ser conservador.Para el río, en el eje de la progresiva K 0+450, lugar donde se emplaza la ciudad y susservicios esenciales, en base a la información de los lugareños e indicadores físicos de lascrecidas ocurridas, se estima que los máximos niveles de agua que probablemente han deocurrir oscilarán alrededor de la cota 594.66msnm a 594.87msnm. GRÁFICO N°01 O m aya P l an: Pl an 01 01/12/2011 .035 .035 .035 598.0 Legend W PF 5 S Ground 597.5 Bank Sta 597.0 596.5 Elevation (m) 596.0 595.5 595.0 594.5 594.0 593.5 -20 -10 0 10 20 30 Station (m)Para los niveles de agua antes citados se estima que los caudales esperados han de ser de27m³/s a 53m³/s respectivamente.5.2 DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE DISEÑOUna vez que se dispone de la información básica de planimetría y de los datos deprecipitación, se debe buscar un método que logre proporcionar los caudales de diseño parabrindar seguridad a las estructuras hidráulicas.Los criterios para estimar la avenida de cálculo que deben soportar las estructuras decaptación, han sido definido por diseñadores y estudiosos de hidráulica. El principio es quelas avenidas deben ser calculadas según su período de repetición o retorno en el tiempoPara la determinación del período de retorno de diseño se debe considerar dos aspectos, lavida útil de la estructura y el riesgo de falla ante la socavación. La vida útil de los muros deCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  16. 16. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________encauzamiento es de 50 años y el riesgo de falla 25%. Según Yevjevich el riesgo de falla deuna estructura está en función a: R= 1 - (1-P)NDonde: R : Riesgo de falla de la estructura P : Probabilidad de no ocurrencia de la falla N : Período de vida de la estructuraY el tiempo de retorno está en función al riesgo de falla según: Tr = 1 / [1 - (1-R)(1/N)]Donde: Tr : Tiempo de retorno del evento.Considerando que el riesgo de falla de la estructura de protección sea el 64%, producto deque esta estructura no compromete directamente a la población beneficiaria, más aun si setiene taludes y cauces estables aguas arriba y aguas abajo del eje propuesto. También,considerando que la vida útil de la estructura es de 50 años se tiene que: Tr = 50 años.Para efectos de la determinación de los caudales de diseño que permitirán dar dimensionesa los diversos componentes de la estructura de protección, mediante la asignación deparámetros de diseño; se ha considerado la información obtenida mediante el método SCS,para diferentes riesgos de falla, valores de caudal máximo instantáneo y períodos deretorno que se presentaron en el CUADRO N°05.Sin embargo, como ya se mencionó anteriormente, el caudal de diseño, será para el tiempode retorno de 500 años, puesto que los niveles de agua entre uno y otro caudal, sonmínimas, correspondiendo el diseño para este evento extraordinario que puede sersuperado en algún momento.De los resultados encontrados en el Método de mediciones “in situ” que precisa que loscaudales máximos ordinarios y extraordinarios estarán alrededor de 27 m³/s a 53 m³/s yconsideraciones adicionales de seguridad que deben ser impuestas en el diseño de las obrasde protección de la ciudad de Omaya, es que se recomienda finalmente considerar lossiguientes caudales de diseño: • Caudal del río en avenidas ordinarias : 27 m³/s (Tr =25 años) • Caudal del río en avenidas extraordinarias : 53 m³/s (Tr =500 años)CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  17. 17. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________6. DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN SITIOS DE INTERÉS6.1 GENERALIDADESEl proceso erosivo de la corriente de agua en los ríos, provoca la socavación en funciónbásicamente a las características hidráulicas del río y las características granulométricas delmaterial que conforma el cauce. La socavación resulta mas intensa a medida que seincrementa el caudal y las velocidades del flujo del agua superan la velocidad crítica deerosión del material del lecho del río. Siendo de interés la granulometría del cauce del río esque durante los trabajos de campo se ha efectuado toma de muestras representativas dellecho del río para proceder a obtener su distribución granulométrica en el Laboratorio deMecánica de Suelos, complementado por el consultor en el muestreo superficial hecho en ellecho del río, la cual se presenta en el CUADRO N°06, mostrado anteriormenteCon los resultados presentados en el cuadro antes citado es que se calcula el diámetromedio de las partículas en el lecho del río que es igual a 55 mm tratándose de un materialde estructura granular, con presencia ligera de material cohesivo y sobre todo gran cantidadde bolonería, con el consiguiente fenómeno de acorazamiento. Sin embargo, para efectosde cálculo se considera como lecho de material no cohesivo, esta hipótesis se basa en elhecho de que el cauce principal está compuesto por arena y grava.Al haber en el tramo en estudio gran presencia de bolonerías de hasta 1.50m, hace suponerque todo el cauce tiene bolonerías inferiores o mayores. El tamizado de material de lecho sehizo solo para materiales menores a 5cm, no habiéndose podido medir la incidencia de labolonería referida.Para efectos del cálculo de la socavación sea general o local se ha utilizar varios métodoscomúnmente usados en el dimensionamiento de obras hidráulicas, asumiendo lascaracterísticas hidráulicas en función de las curvas de calibración de los ríos y de lascaracterísticas granulométricas del material que conforma el lecho del río.6.2. CAUCE DE EQUILIBRIO DEL RÍOLa teoría de régimen evalúa las características de un cauce natural que presente lascondiciones de equilibrio es decir de un lecho que no sea erosionado y que no deposite paraun caudal determinado. En ríos de cauce divagante conviene conocer las condiciones deequilibrio del cauce, puesto que al ser comparadas con sección real puede dar informaciónsobre la posibilidad de creación de procesos erosivosPara el caso particular de los muros sobre el río, la construcción del mismo origina unestrechamiento u angostamiento que puedan alterar las condiciones del cauce si es que seescapan de las dimensiones del cauce en equilibrio. El primer paso para resolver unproblema de erosión involucra la elección de la correcta ubicación de la estructura hidráulicay las dimensiones de las aberturas entre las pilas o estribos en el caso de puentes, para elcaso será suficiente sobrepasar el cauce de equilibrio, con fines de garantizar uncomportamiento adecuado del río en condiciones normales.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  18. 18. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________Para efectos del cálculo de la sección de equilibrio se ha utilizado la Teoría de Simmons-Henderson, Lacey y Pettis, cuya formulación matemática se presenta en el siguiente cuadro: B = C.Q½En donde:B : Ancho del cauce en mQ : Caudal del río en m³/sC : Coeficiente de Lacey (Entre 1.5 a 3.0) que depende del tipo de material del lecho del río y quepara el presente caso se estima igual a 2.50. CUADRO N°09 CALCULO DE LA SECCION DE EQUILIBRIO DEL RIO OMAYA EN PROGRESIVA 0+450) (METODO DE LACEY) CAUDAL DEL RIO ANCHO DE LA SECCION DE Nº 3 PERIODO DE RETORNO EQUILIBRIO (m /s) (m) 1 27.00 25 9 2 33.00 50 10 3 39.00 100 11 4 45.00 200 12 5 53.00 500 13Del cuadro anterior se desprende que el ancho que da lugar al cauce de equilibrio para uncaudal de diseño igual al de máximas avenidas extraordinarias oscila entre 9 y 13m,resultando como promedio 12m, esto en la hipótesis de que todo el cauce sea de materialde arrastre, cosa que no ocurre necesariamente por las condiciones irregulares del lecho derío (matriz limo-arenosa, presencia de bolonerías, que van en contra de la erosión).Sin embargo, en el lugar se tiene un cauce abierto, considerando el diseño hidráulico y latopografía existente, sin generar constricción importante, sólo permite una garganta dealrededor de los 13.5m. Se sabe que el ancho de encauzamiento debe ser próximo al caucede equilibrio, pero la presencia de afloramientos rocosos en el eje permite afirmar que nohabrá desbordamientos, más aun si la estructura de encauzamiento no estrangula al río.6.3 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN GENERALLa socavación general de un río es aquella que se produce sobre el lecho en condicionesnaturales; es decir, cuando las condiciones del cauce y flujo del río no han sido alteradospor efectos de la instalación de alguna estructura.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  19. 19. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________Para el cálculo de la socavación general se ha utiliza la fórmula propuesta por L.L.Lischtvan-Ledeviev, cuya expresión matemática se encuentra en el libro: Mecánica deSuelos Tomo III Juárez Badillo, con un resumen descriptivo que se presenta a continuación: 5/3 0.28 (1/(1+x)) Hs = ( ( a Ho ) / ( 0.68 b dm ))En donde: Ho : Tirante medio del agua S : Pendiente del río n : Coeficiente de rugosidad de Manning u : Coeficiente de contracción igual a 0.91 para el presente caso dm : Diámetro medio de las partículas del lecho del río b : Constante que depende de la probabilidad de ocurrencia del caudal 1/(1+x) : Exponente que depende del dm de las partículas del lecho del río Hs : Tirante medio de socavación Hs : Profundidad de socavación generalLos resultados de socavación general en el talweg del río en el tramo de los muros,considerando el encauzamiento, en la situación con proyecto, obtenidos mediante laaplicación del Método de Lischtvan–Lebediev se presentan en el CUADRO N°07. CUADRO N°10 CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL AL PIE DE LOS MUROS DE DEFENSA SOBRE EL RIO OMAYA (METODO DE LISCHTVAN - LEBEDIEV) Coef. Rugosidad (n) 0.035 Diámetro medio (mm) 55.00 Pendiente del río (S) 0.0397 Coeficiente (a) 5.693 Coef.contraccion (u) 1.00 x 0.28 1/(1+x) 0.78 CAUDAL SOCAVACION GENERAL PERIODO DE Ho Hs 3 Beta (m) (m /s) RETORNO (años) (m) (m) Zg 27.00 25 0.92 0.790 1.712 0.922 33.00 50 0.95 0.850 1.837 0.987 39.00 100 0.98 0.900 1.930 1.030 45.00 200 1.02 0.940 1.993 1.053 53.00 500 1.06 1.000 2.090 1.090La socavación calculada es en el lecho del río, en la hipótesis de que el lecho estácompuesto sólo por material gravoso, cosa que no es totalmente cierto, porque se tienebolonerías grandes que origina el fenómeno de acorazamiento.6.4 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN LOCAL6.4.1 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN LOCAL AL PIE DE MUROLa socavación de un río es aquella que se produce cuando las condiciones del cauce y flujodel río son alteradas por efectos de la instalación de alguna estructura sobre el lecho delCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  20. 20. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________mismo, llámese esta: pilares, estribos, gaviones, muros de encauzamiento, espigones,barrajes, etc. La construcción de los muros no origina socavación local al pie de los murosde encauzamiento, puesto que se sugiera construirlo fuera del cauce del río.Con la finalidad de calcular la socavación local al pie de los muros es que se utilizado lametodología propuesta por Artamanov y cuya descripción detallada se encuentra en el libro:Mecánica de Suelos Tomo III. Juárez Badillo, con una formulación resumida que se presentaa continuación: St = Pa Pq Pr Ho Zi = St - HoEn donde:St : Tirante total de socavación al pie de muros o acantiladoHo : Tirante medio del aguaZI : Profundidad de socavación local al pie de muros o acantiladoPa : Factor que depende del ángulo que forma la corriente de agua con el eje transversal.Pq : Factor que depende de la relación del caudal total al caudal interceptado por los muros o acantilados.Pr : Factor que depende del ángulo que tiene las paredes del estribo que dan hacia la corriente.Utilizando la metodología propuesta por Artamonov se ha calculado para diversos caudalessobre el río, la socavación local al pie de muros para una sección encauzada, presentándoselos resultados en el siguiente cuadro. CUADRO N°11CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  21. 21. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________ CALCULO DE LA SOCAVACION LOCAL AL PIE DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO OMAYA SOBRE EL RIO OMAYA ( METODO DE ARTAMONOV) SOCAVACION LOCAL AL PIE DE LOS MUROS (m) LONGITUD DE MURO DE ENCAUZAMIENTO Caudales en m3/s (m) 27 33 39 45 53 1,400 0.79 0.85 0.90 0.94 1.00 Tirante Ho ...(m) 0.790 0.850 0.900 0.940 1.000 VALORES DE (Q1/Q) Longitud del muro de Caudales en m3/s encauzamiento (m) 27 33 39 45 53 1,400 0.020 0.030 0.040 0.050 0.080 VALORES DE (Pq) Longitud del muro de Caudales en m3/s encauzamiento (m) 27 33 39 45 53 1,400 2.00 2.00 2.00 2.00 2.006.5 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN TOTAL AL PIE DE LOS MUROS DE ENCAUZAMIENTOLa socavación total en un curso de agua se determina sumando la socavación general y lasocavación local ocasionada por una estructura determinada. En el caso de los muros deprotección de Omaya, se determinará la socavación total al pie de éstos.Con los resultados encontrados anteriormente, socavación local y socavación general, se hadeterminado la socavación total al pie de los muros de encauzamiento, tal como se presentaen el CUADRO N°11, que se presenta a continuación: CUADRO N°12CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  22. 22. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________ SOCAVACION TOTAL AL PIE DEL PUENTE OMAYA SOBRE EL RIO OMAYA CAUDAL DEL RIO SOCAVACION GENERAL SOCAVACION LOCAL SOCAVACION TOTAL ( m3/s ) AL PIE DE MUROS AL PIE DE MUROS AL PIE DE MUROS (m) ( m) ( m) 27.00 0.922 0.790 1.712 33.00 0.987 0.850 1.837 39.00 1.030 0.900 1.930 45.00 1.053 0.940 1.993 53.00 1.090 1.000 2.090De acuerdo a los datos obtenidos, se tiene una socavación total al pie de muros de 2.090m,en la hipótesis de que el lecho sea puramente aluvial, puesto que no se tiene información dela profundidad del afloramiento rocoso del cauce, que manifiestan los pobladores ycorroboran las fotografías obtenidas. Teniendo en cuenta de que este lecho contiene grancantidad de bolonería, el resultado es más que conservador. Como quiera que se protegerá,a la ciudad de Omaya y sus servicios, con material rocoso entre 0.50 a 1.00m de diámetro,se reduce drásticamente el efecto erosivo, asimismo se ha considerado la construcción de laprotección del pie de estribo del puente Omaya existente, puesto que requiere de unadefensa adicional ante eventos extraordinarios.Los muros de encauzamiento deben, en lo posible, estar alejados del lecho natural y enotros casos fuera del nivel máximo de agua, solo así se garantiza una estabilidad deacuerdo al diseño mostrado en los planos de replanteo.Se recomienda verificar los datos de diseño al momento de la ejecución de la obra, puestoque las condiciones iniciales de diseño, serán modificadas con las lluvias de la presentetemporada.7 CONSIDERACIONES SOBRE HIDRAULICA FLUVIAL7.1 MECÁNICA FLUVIAL DEL RÍOSe ha efectuado un reconocimiento de campo del lugar de emplazamiento de los muros deencauzamiento, aguas arriba y aguas abajo del eje, con la finalidad de identificar elcomportamiento fluvial y su influencia en los procesos de mecánica fluvial del río.Los muros de encauzamiento se han ubicado en tramos sensiblemente rectos del río y enzona en donde la pendiente es igual a 3.50%, lo que posibilita la ocurrencia de un flujo decaracterísticas casi uniformes en estado supercrítico, con velocidades medias que lleganhasta 5.90 m/s. El eje de la toma proyectada es perpendicular al eje principal del río.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  23. 23. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________El curso actual de agua fluye centrado entre ambas márgenes, tiene aproximadamente3.50m de ancho, sección trapezoidal, con una profundidad promedio de 0.30m. En época deestiaje, el agua que fluye por el río está confinada en esta zona de la quebrada.VISTA DEL RÍO OMAYA, SE APRECIA LA EXISTENCIA DE BOLONERÍA APROPIADA PARA LA CONSTRUCCION DELENROCADO DE PROTECCI”N.De acuerdo a las mediciones realizadas in situ, en el mes de octubre del presente año, setiene un caudal de 30.00m³/s y una velocidad de 4.0 m/s y tirante de 1.00 0maproximadamente. Para la obtención de estos valores se ha realizado un aforo muyexpeditivo mediante el método de la velocidad superficial.La constricción por la construcción de la estructura, será nula si se asume un ancho próximoal cauce estable existente. Con el incremento de la velocidad se incrementa también elproceso erosivo. Esta situación es la más desfavorable y es la que se tomará en cuenta parael diseño de las obras de protección pertinentes.Se recomienda el encauzamiento mínimo en ambas márgenes, para evitar desbordes por lasorillas del río, consistente en enrocados como el que ya se mencionó anteriormente, conuna profundidad mínima de 1.50m y enrocados de protección del pie de estribo para el casodel puente Omaya, el cual deberá ser aproximadamente 4.00m, situación que debeverificarse antes y durante la ejecución de los trabajos.7.2 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ARRASTRELa capacidad de arrastre de un río permite cuantificar el diámetro de piedras o cantosrodados que posiblemente arrastrará la corriente de agua por el fondo del río paradiferentes caudales, siempre y cuando exista la disponibilidad de dicho material en el caucenatural. CUADRO N°13CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  24. 24. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________ CALCULO DE LA CAPACIDAD DE ARRASTRE DEL RIO OMAYA SOBRE EL MURO DE ENCAUZAMIENTO PERIODO DE DIAMETRO RADIO DIAMETRO DE CAUDAL PENDIENTE DEL Fuerza Tractiva RETORNO PROMEDIO HIDRAULICO ARRASTRE (m3/s) RIO (Kg/m2) (años) (cm) (m) (cm) 27.00 25 5.50 0.483 0.0397 19.16 23.95 33.00 50 5.50 0.529 0.0397 21.01 26.27 39.00 100 5.50 0.571 0.0397 22.69 28.36 45.00 200 5.50 0.611 0.0397 24.24 30.31 53.00 500 5.50 0.654 0.0397 25.96 32.45El cálculo de la capacidad de arrastre se basa en el concepto de la fuerza tractivadesarrollada por un flujo de agua sobre el lecho del río obteniéndose los resultados que sepresentan a continuación.De los resultados obtenidos se desprende que la capacidad de arrastre para el río es de33cm.8 DETERMINACIÓN DE VALORES DE DISEÑO8.1 ANCHO DE ENCAUZAMIENTOEl criterio para seleccionar el ancho de encauzamiento de la estructura desde el punto devista hidráulico, es que debe ser tal que permita la circulación del caudal del río en avenidasordinarias y extraordinarias con cauce hidráulicamente estable y sin peligro de obstrucciónpor presencias de huaycos o grandes piedras, con la finalidad de que dicha luz trabaje acapacidad plena la mayor parte del tiempo y permita aún en época de estiaje considerarlauna estructura aparente.Acorde al criterio fundamental antes expuesto y de acuerdo a los resultados encontrados enel presente estudio se desprende que la longitud recomendada para el ancho del caucedesde el punto de vista hidráulico y topográfico sea de 13.0m.8.2 NIVELES PROBABLES DE AGUALos niveles de agua de diseño en el río han de ser determinados para las condiciones deocurrencia de máximas avenidas extraordinarias, con la finalidad de permitir un pasoadecuado del flujo de agua aún en condiciones extremas y no permitir de esta manera quelas aguas lleguen a rebasar la superestructura del enrocado.Acorde al criterio fundamental antes expuesto y los resultados encontrados en el presenteestudio se recomienda considerar un nivel máximo de agua del río en estudio, con untirante igual a 1.0m, en situación de avenida extraordinaria.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  25. 25. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________8.3 NIVEL DE CIMENTACIÓN POR EFECTOS DE SOCAVACIÓNEl nivel de cimentación de la estructura de encauzamiento por efectos de la socavación totalal pie de muros debe ser tal que permita soportar con un factor de seguridad adecuada elcaudal de avenidas extraordinarias, con la finalidad de que en presencia probable de lamisma, los muros no colapsen, debido a asentamientos o desplazamientos producidos porsocavación intensa.Tal como se muestra el cálculo en el CUADRO N°12, para un cauce sin enrocado deprotección en el lecho, se tiene profundidades de erosión en el talweg y al pie de muros de2.09m. Sin embargo, considerando un enrocado de protección con piedras de Dm=0.75m seminimiza el efecto erosivo del agua, asimismo se tomará en cuenta de que el coeficiente deManning sea de 0.040. En tal sentido se ha recalculado la capacidad erosiva del río,obteniéndose menores profundidades, según se muestra en el Cuadro N°13.Según se desprende de lo mostrado en el referido cuadro, para cauce protegido conenrocado, la profundidad de socavación disminuye a 0.88m. CUADRO N°14 CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL AL PIE DE LOS MUROS DE DEFENSA SOBRE EL RIO OMAYA CON ENROCADO (METODO DE LISCHTVAN - LEBEDIEV) Coef. Rugosidad (n) 0.040 Diámetro medio (mm) 55.00 Pendiente del río (S) 0.0397 Coeficiente (a) 4.981 Coef.contraccion (u) 1.00 x 0.28 1/(1+x) 0.78 PERIODO SOCAVACION CAUDAL DE Ho Hs GENERAL 3 Beta (m /s) RETORNO (m) (m) (m) (años) Zg 27.00 25 0.92 0.790 1.543 0.753 33.00 50 0.95 0.953 1.922 0.968 39.00 100 0.98 0.984 1.954 0.970 45.00 200 1.02 1.016 1.986 0.970 53.00 500 1.06 1.000 1.883 0.883Con esta nueva información se recalcula la socavación total al pie de muros, considerandoque la socavación local se ve disminuida por el efecto del enrocado.8.4 PROTECCIÓN CONTRA LOS PROCESOS EROSIVOS Y NECESIDADES DEENCAUZAMIENTOCon el objeto de disminuir los procesos erosivos aguas arriba y debajo de la ciudad deOmaya, en ambas márgenes, es necesario encauzar en una longitud mínima, de tal formaCONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
  26. 26. MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI_________________________________________________________________________________________________________que se proteja todos los servicios de la ciudad, de tal forma que no se paralice, ni seinterrumpa la capacidad de producción de bienes y servicios, tal y como se muestran en losplanos.La profundidad de excavación para la colocación del enrocado será de 1.50m, mientras quepara proteger el pie de estribo del puente Omaya existente, ésta deberá ser de 4.00m.9 CONCLUSIONESa) El nivel de agua máximo de diseño del río, debe ser concordante con el tirante de 1.00m. Considerando un bordo libre de 0.80m de los muros, ésta debe adecuarse al perfil del terreno encontrado.b) Se obtuvo la generación de caudales, lo cual nos garantiza la disponibilidad de agua mensualmente en la zona de interés. PERIODO DE RETORNO VIDA UTIL DEL MURO RIESGO DE FALLA DEL CAUDAL MAXIMO (AÑOS) (AÑOS) PUENTE EN SU VIDA UTIL INSTANTANEO (m3/s) 25 50 87.0 27.43 50 50 63.6 33.34 100 50 39.5 39.24 200 50 22.2 45.15 500 50 9.5 52.96c) El caudal de máximas avenidas ordinarias, Tr=25 años, y de máximas avenidas extraordinarias, Tr=500 años, en el punto de ubicación de la progresiva 0+450, es de 27.43m³/s y 52.96m³/s respectivamente.d) El ancho del cauce, recomendada desde el punto de vista hidráulico es de un mínimo de 13.0m, porque permitirá el flujo libre del agua y del caudal sólido.e) Se debe instalar estructuras de encauzamiento de tal forma que se proteja la capacidad productora de bienes y servicios de la ciudad de Omaya, en ambas márgenes y en longitudes indicadas en los planos.f) La profundidad de cimentación correspondiente es de un mínimo de 1.17m, al pie del muro en lecho de río.CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA

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