teoria

1. 43
CAPITULO IV
INGENIERIA DEL PROYECTO
4.1 ELEMENTOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO HIDROLÓGICO
4.1.1 Cuenca hidrológica
La cuenca del río Chico, se la formó uniendo los puntos de máxima cota (parteaguas)
encerrando el sistema de cauces tributarios del río principal.
Para la demarcación de la cuenca se utilizó un modelo digital de terreno DEM de tamaño de
megapíxel de 30x30, el cual junto al programa ArcGIS se realizó el procedimiento
correspondiente arrojando resultados físicos (área, perímetro, longitud del cauce, alturas de los
mismos y pendientes) que se describirán más adelante.

2. 44
Figura 4.1 Ubicación y demarcación de la cuenca
4.1.2 Características morfométricas
La cuenca del río Chico, tiene un área total de 1922,91 Km², se consideró los parámetros de
discretización de la cuenca en subcuencas, en función a los requerimientos del modelo de
simulación a emplearse posteriormente este territorio y se lo subdividió en 8 subcuencas
considerando los ríos principales dentro de la cuenca y la homogeneidad del terreno.

3. 45
4.1.3 Información de influencia de estaciones
Las estaciones que influyen a la cuenca del Río Chico son: Chuqui Chuqui, Ravelo, Punilla,
Sucre-Aeropuerto, Universidad-Tecnica, Yamparáez y Tarabuco; Que fueron seleccionadas
según polígonos de thiessen en Arc Gis (Figura 4.2), posteriormente se adoptó para cada
subcuenca áreas ponderadas (Tabla 4.2):

4. 46
Figura 4.2 Influencia de estaciones en la cuenca

5. 47
Tabla 4.2. Áreas de las Subcuencas y porcentajes de las mismas respecto al área
principal de la cuenca
Subcuencas
Area de Influencia en Porcentaje (%)
Chuqui
Chuqui
Ravelo Punilla
Sucre
Aeropuerto
Universidad
Técnica
Yamparáez Tarabuco Total
1 85,35 14,65 100,00
2 44,54 55,46 100,00
3 35,96 7,14 56,90 100,00
4 76,83 15,52 3,57 4,07 100,00
5 41,89 33,76 24,35 100,00
6 61,26 32,70 6,04 100,00
7 71,06 28,94 100,00
8 100,00 100,00
4.1.4 Transito de crecida en cauce
Entre los métodos hidrológicos, posiblemente el más utilizado es el Muskingum que modela el
almacenamiento en un cauce.
En la figura 4.3 se presenta el esquema de la simulación de la crecida, y en la Tabla 4.3 se
resumen los parámetros requeridos para esta simulación.

6. 48
Figura 4.3 Esquema de simulación
Q2.
Q3.
Q1.
Q8.
Q7.
Q6.
Q5.
Q4.
Q2 + Q3 = QA
QA + Q1 + Q4 = QB
QB + Q5 = QC
QC + Q6 + Q7 = QD
QD + Q8 = Q Diseño

7. 49
Tabla 4.3 Características de las subcuencas para el tránsito de hidrogramas
Tránsito de crecidas en cauce (Muskingum)
Tramo
de
tránsi-
to
Longi-
tud de
tramo L
(m)
Pendien-
te del
tramo I
(m/m)
Celeridad
de onda
C (m/seg)
Paráme-
tro K
(horas)
Paráme-
tro X
Intervalo de
tiempo para
tránsito Dt (seg)
Número
de
subtra-
mos
Tamo
A-B
25584,33 0,0192 1,00 7,11 0,20 11 7 3 60,0
Tamo
B-C
8484,26 0,0083 1,00 2,36 0,20 4 2 1 59,9
Tamo
C-D
10423,00 0,0091 1,00 2,90 0,20 5 3 1 59,9
Tamo
D-
Puente
Tapial
19916,52 0,0097 1,00 5,53 0,20 9 6 2 60,0
4.1.5 Registros históricos de lluvias
Para el trabajo realizado, se tomó los registros de precipitaciones máximas en 24 hrs.
proporcionados por el SENAMHI, de siete estaciones pluviométricas:
Tabla 4.4 Estaciones pluviométricas
Estación
pluviométrica
Años de registro
Punilla 39
Ravelo 33

8. 50
Estación
pluviométrica
Años de registro
Sucre Aeropuerto 72
Sucre Senamhi 64
Tarabuco 27
Yamparaez 12
Chuqui Chuqui 39
4.1.6 Procesamiento de datos
Se procedió a la utilización del programa HidroEsta con la utilización del comando de “Ajuste
de una serie a la distribución” donde se introdujo toda la serie histórica por separado de las
estaciones de Chuqui Chuqui, Ravelo, Punilla, Sucre-Aeropuerto, Sucre-Senamhi, Yamparáez
y Tarabuco, como resultado las estaciones se ajustaron a la Distribución Gumbel y a la
Distribucion Log-Gumbel.
Tabla 4.5 Ajuste de distribuciones
ESTACIONES
DISTRIBUCIONES
Log-Pearson
tipo III
Gumbel
Log-
Gumbel
Punilla 0.1660 0.1792 0.1474
Ravelo NO SE AJUSTA 0.0879 0.1422
Sucre Aeropuerto NO SE AJUSTA 0.0803 0.1305
Universidad Técnica NO SE AJUSTA 0.0698 0.1040
Tarabuco NO SE AJUSTA 0.1111 0.1052
Yamparáez NO SE AJUSTA 0.2300 0.2452
Chuqui Chuqui NO SE AJUSTA 0.0796 0.0891

9. 51
4.1.7 Precipitación máxima diaria
Para la obtención de la precipitación máxima diaria, se usó el criterio de extrapolación
mediante el método de Gumbel y el método Log-Gumbel, para cada estación, se realizó un
análisis para un tiempo de retorno de 50 años.
En la siguiente tabla se observa las precipitaciones finales:
Tabla 4.6 Precipitación máxima diaria
Estaciones
Pluviométricas
Periodo de
retorno
Precipitación
Máxima
Diaria
años (mm)
Chuqui Chuqi 50 79,64
Ravelo 50 67,66
Punilla 50 67,98
Sucre Aeropuerto 50 77,73
Universidad
Técnica
50 76,33
Yamparaez 50 51.40
Tarabuco 50 61,85
4.1.8 Distribución temporal de la lluvia
Curva sintética de disgregación general: Es una curva sintética de distribución de
precipitación en el tiempo (lluvia acumulada porcentual – duración acumulada porcentual).

10. 52
El servicio de Conservación de Suelos (SCS) no limita la altura de la tormenta o las
duraciones que podrían ser utilizadas en conjunción con esta distribución temporal, esta
distribución se ve gráficamente en la Figura 2.1.
Se realizará un análisis por subcuencas, así que la duración de la lluvia será diferente para cada
estación en función de la subcuenca en la que esté actuando, teniendo esto en cuenta los
hietogramas para cada estación serán:
Tabla 4.7 Duración de hietograma por subcuencas
Subcuencas
Duración de
lluvia (hrs.)
Estaciones
Río Luje 4,50 Chuqui Chuqui, Ravelo
Río Porras 3,25 Chuqui Chuqui, Ravelo
Río Tarajchi 5,00 Chuqui Chuqui, Ravelo, Punilla
Río Chico 1 5,00 Chuqui Chuqui, Punilla, Sucre Aeropuerto,
Universidad Técnica
Río Santiago 3,25 Chuqui Chuqui Universidad Técnica, Yampárez
Río Chico 2 4,50 Chuqui Chuqui, Yampárez, Tarabuco
Río Sayan
Chaca
4,50
Chuqui Chuqui, Tarabuco
Río Chico 3 4,00 Chuqui Chuqui
Se utilizara una hoja de Excel para el cálculo correspondiente ubicado en Anexo B.
4.1.9 Simulación de máxima avenida HEC-HMS 4.1
En la Figura 4.3, se muestra la estructura del modelo HEC-HMS empleada para la simulación
de caudales de crecida en el Río Chico, en donde se adjuntaron todos los parámetros
anteriormente descritos dentro del programa
Se realizó una simulación en función al tiempo de retorno de 50 años, el caudal pico de la
figura 4.4 es el caudal de diseño del proyecto, será 1419,9 m³/s, En la Tabla 4.8 Se resume los
resultados en el tránsito de crecida de la simulación.

11. 53
Figura 4.4 Resumen de caudales en la cuenca
Tabla 4.8 Resumen de la simulación en HEC-HMS
Punto de control Caudal (m3/s)
1. Subcuenca Río Luje 245,40
2. Subcuenca Río Porras 433,40
3. Subcuenca Río Tarajchi 316,20
4. Subcuenca Río Chico 1 287,00
5. Subcuenca Río Santiago 413,10
6. Subcuenca Río Chico 2 434,20
7. Subcuenca Río Sayan Chaca 397,30
8. Subcuenca Río Chico 3 420,40
QA= Unión A 659,30
QB= Unión B 1075,40
QC= Unión C 1259,10
QD= Unión D 1331,10
Q Diseño= Unión E 1419,90

12. 54
Las gráficas de superposición de hidrogramas en las uniones se muestra a
continuación:
Figura 4.5 Hidrograma en la unión A

13. 55
Figura 4.6 Hidrograma en la unión B
Figura 4.7 Hidrograma en la unión C

14. 56
Figura 4.8 Hidrograma en la unión D
Figura 4.9 Hidrograma en la unión E (Punto en el Puente Tapial)

15. 57
4.2 CARACTERISTICAS DEL RIO CHICO PARA EL DISEÑO HIDRAULICO
4.2.1 Pendiente longitudinal del cauce
La pendiente media del cauce, se determinó a partir del perfil original del lecho del rio
(topografía), en el primer tramo que se extiende de sección aguas abajo a sección del
emplazamiento del puente.
S = 0,011 m/m
Se asume que este valor es equivalente a la pendiente de la línea de energía del agua.
4.2.2 Secciones transversales del rio
Las secciones transversales representativas del rio se obtuvieron de los planos topográficos
aguas arriba y aguas debajo de las caras del puente. Estas secciones se tomaron
perpendiculares al eje del puente.
4.2.3 Diámetros característicos del material del lecho
Los diámetros característicos se obtuvieron del ensayo granulométrico efectuado en
laboratorio, a continuación la curva granulométrica y un resumen de los diámetros
característicos:

16. 58
Figura 4.10 Curva granulométrica del lecho del rio
Tabla 4.9 Diámetros característicos
Percentil
característico
Diámetro (mm)
d90 21,27
d85 17,92
d75 14,93
d50 8,506
d m 11,08
4.2.4 Coeficiente de rugosidad de Manning
Los coeficiente de rugosidad de Manning para el presente proyecto se asumirá haciendo el
análisis de fórmulas empíricas como de fotografías, a continuación se detalla lo mencionado.

17. 59
Tabla 4.10 Coeficientes de rugosidad asumidas para el diseño
Margen derecho
"n"
Lecho "n"
Margen izquierdo
"n"
0,045 0,022 0,036
4.2.5 Resumen de datos para determinar variables hidráulicos del rio
Tabla 4.11 Resumen de parámetros hidráulicos
Longitud entre
secciones (m)
Rugosidad "n"
Pendiente
1-2 (m/m)
Caudal de
diseño
(m3/seg)
Margen
izquierdo
Lecho del
rio
Margen
derecho
1º - 2º
4.3
0,036 0,022 0,045 0,011 1419,904.3
4.3
4.3 SIMULACIÓN HIDRÁULICA EN EL PUENTE TAPIAL
Para determinar la velocidad y el tirante del rio en las diferentes secciones de análisis para el
diseño hidráulico, se hizo la simulación del rio y emplazamiento del puente con el programa
HEC-RAS, obteniendo los resultados tabulados bien detallados que se muestra a continuación.

18. 60
Figura 4.11 Resultados de la simulación en el puente Tapial
4.4 SOCAVACION
En el puente Tapial la socavación provocada por el cauce se midió de manera directa, teniendo
en cuenta el nivel de las fundaciones, se percató que son dos las más afectadas por el
fenómeno, la segunda y la sexta pila.
A continuación se muestra fotografías de las pilas afectadas por la socavación (La fundación
se encuentra a la vista).
Además un diagrama del puente en el que se aprecia las pilas más afectadas por la socavación
y la altura de recuperación del lecho del río.

19. 61
Figura 4.12 Puente Tapial, Segunda pila
Figura 4.13 Puente Tapial, Sexta pila

20. 62
Figura 4.14 Altura de terreno a recuperar
Como resumen del proyecto se muestra el NAME, la cota del lecho más bajo de la sección en
el puente Tapial, dando como resultado la cota de recuperación que será utilizado para el
diseño del dique transversal y será la solución ante los efectos de la socavación.
Tabla 4.12 Resumen de cotas
Descripción Unidades
NAME 1671,46 (m.s.n.m.)
Cota lecho del rio 1667,41 (m.s.n.m.)
Cota de recuperación en la fundación 1668,87 (m.s.n.m.)
Altura de recuperación 1,46 m
4.5 DISEÑO DEL DIQUE TRANSVERSAL
Teniendo en cuenta la situación de las pilas del puente y ya conociendo la altura de
recuperación del puente Tapial se realiza un esquema del efecto del dique transversal en el
puente Tapial (Figura 4.15).

21. 63
Figura 4.15 Vista longitudinal, altura de terreno a recuperar
4.5.1 Diseño Hidráulico del dique transversal
Figura 4.16 Flujo en dique transversal. Fuente: “Corrección de torrentes y estabilización
de cauces”, F. López de llano, Roma 2002.

22. 64
Tabla 4.13 Resumen de los cálculos hidráulicos
Parámetro Ecuación Valor Observaciones
Q (m3/seg) 1419,90 Caudal de diseño (50años)
H (m) 1,50 Altura del muro
l (m) 240,00 Longitud del vertedor
g (m/seg2) 9,81 Gravedad
Cd 1,005 Constante
Cv 0,848 Constante
γ (ton/m3) 1,20 Peso específico del agua
γs (ton/m3) 1,60 Peso específico del gavión
µ 0,50
Coeficiente de descarga (para un
vertedero de cresta ancha)
φ 0,85 Coeficiente de perdida de enrgia
d 90 (mm) 21,27 Diámetro noventa
D (m) Ec. 2.8 40,00 Distancia de emplazamiento del dique
q (m3/seg/m) Ec. 2.9 5,92 Caudal de carga
h cri (m) Ec. 2.10 1,53 Altura critica
ho (m) Ec. 2.11 2,58
Altura de lámina de agua pervia al
vertedero
h (m) Ec. 2.12 1,72 Altura de lámina sobre vertedor
e (m) Ec. 2.13 1,00 Espesor del coronamiento
d (m) Ec. 2.14 1,00 Separación ente gaviones
Vo (m/seg) Ec. 2.15 6,73
Velocidad de acercamiento al
vertedero
h1 (m) Ec. 2.16 0,67 Altura de escurrimiento
Lo (m) Ec. 2.17 3,79 Distancia del zarpeado
hs (m) Ec. 2.18 3.29 Socavación al pie del Dique

23. 65
Parámetro Ecuación Valor Observaciones
Lrc (m) Ec. 2.19 4,17 Longitud de rotura compensada
Rcc Ec. 2.20 2,78 Relación de carga compensada
Rcc lim 3,00
Relación de carga compensada limite.
Como Rcc es menor a Rcc lim, Se
verifica el sifonamiento en la
estructura
4.5.2 Diseño Estructural del dique transversal
Figura 4.17 Fuerzas actuantes en un dique transversal
E1 = Empuje hidrostático
E2 = Empuje de tierra sobre cimentación
E3 = Peso del agua sobre el umbral del vertedero
E4 = Presión del agua sobre el Dique de gaviones
E5 = Peso propio del Dique de gaviones
E6 = Sub-Presión del agua

24. 66
4.5.2.1 Comprobación a Deslizamiento y Vuelco
Se realizó el análisis de deslizamiento y vuelco con Excel a continuación el análisis:
Datos:
Altura total de dique A = 2.50 m
Altura hidrostática H = 2.00 m
Altura del aterramiento ha = 1.00 m
Altura del escurrimiento h = 2.40 m
Espesor de la coronación e = 1.00 m
Base del dique B = 2.27 m
Peso específico del agua con
sedimento
γ = 1.20 Ton/m3
Peso específico de Gavión
γs = 1.61 Ton/m3
Densidad del material de
relleno aguas arriba del dique
γ t ' = 2.30 Ton/m3
Ka Ka = 0.22 Coulomb
Porosidad del gavión n = 0.30
Coeficiente de reducción del
terreno
c = 0.50
1. Empuje hidrostático en el paramento superior
= 5.28
Brazo = 1.40
2. Empuje de tierra sobre la cimentación
= 0.25
3. Peso del agua en el umbral del vertedero
= 1.92
4. Peso del agua en el Dique de gaviones
= 1.47

25. 67
5. Peso propio del Dique de gaviones
= 12.88
6. Sub-Presión del agua
= 3.00
7. Comprobacion de estabilidad de deslizamiento
Fsd =(ΣFv/ΣFh)* tanØ ≥ 1,3 ; Fsd = 2.01 > 1.5
8. Estabilidad al vuelco
Fsd =(ΣMg/ΣMv) ≥ 1,3 ; Fsd = 1.74 > 1.3
9. Fuerzas Verticales ; Fv = 13.28 Ton/m
Tabla 4.14 Comprobaciones del dique transversal
Comprobación
Estabilidad al deslizamiento 2,01 > 1,3 Cumple
Estabilidad al Vuelco 1,74 > 1,3 Cumple
4.5.2.2 Resistencia del terreno de fundación
El resultado para una fuerza vertical de 13,28 ton/m y una base de 5 m es:
= 0.05312 Ton/m2

26. 68
4.6 DIMENSIONES DEL DIQUE TRANSVERSAL
Tabla 4.15 Dimensiones del dique transversal
Descripción Observaciones
Progresiva de emplazamiento 0+060 HEC-RAS
Cota de Fundación 1666,97 HEC-RAS
Altura del muro 1,5 Longitud (m)
Base del muro 5,0 Longitud (m)
Profundidad de fundación 1,0 Longitud (m)
Espesor de la corona 1,0 Longitud (m)
Figura 4.18 Dique transversal