1. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA
PROYECTO: VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS
DISTRITOS DE MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO
COLORADO. PROVINCIA DE AREQUIPA. AREQUIPA
COMPONENTE Nº 4. PUENTE CHILINA
VOLUMEN Nº 2: MEMORIA DESCRIPTIVA
ANEXO 8.- ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
CONSORCIO INVERSIONISTA:
CONSORCIO CONSTRUCTOR PUENTE CHILINA: PROYECTISTA:
1878
2. GOBIERNO REGIONAL DE AREQUIPA
PROYECTO: VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS
DISTRITOS DE MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO
COLORADO. PROVINCIA DE AREQUIPA. AREQUIPA
COMPONENTE Nº 4. PUENTE CHILINA
VOLUMEN Nº 2: MEMORIA DESCRIPTIVA
ANEXO 8.- ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
FECHA:
4 DE FEBRERO DE 2013
JEFE DEL ESTUDIO:
GUILLERMO CAPELLÁN MIGUEL
Ingeniero Civil
ESPECIALISTA:
JUAN JOSÉ VELÁSQUEZ DÍAZ
Ingeniero Civil
CONSORCIO INVERSIONISTA:
CONSORCIO CONSTRUCTOR PUENTE CHILINA: PROYECTISTA:
1879
3. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO COLORADO
PROVINCIA DE AREQUIPA. AREQUIPA. COMPONENTE Nº 4. PUENTE CHILINA
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pág. 3
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
ÍNDICE
1 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................................................4
2 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA A CONSTRUIR .....................................................................................4
3 NORMATIVA Y BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA PARA EL ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA..................5
4 DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA DEL RÍO CHILI .............................................................................................5
4.1 SUB CUENCA DEL RÍO CHILI (O SISTEMA CHILI REGULADO).............................................................6
4.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CUENCA .......................................................................................8
4.3 CACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DEL RÍO CHILI EN LA SECCIÓN PUENTE CHILINA..........................9
5 TOPOGRAFÍA ...........................................................................................................................................10
6 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE........................................................................................10
7 ANÁLISIS DE LOS REGISTROS DE CAUDAL ...............................................................................................12
8 RECONOCIMIENTO DE CAMPO ...............................................................................................................15
9 HIDROLOGÍA............................................................................................................................................17
9.1 PRUEBAS DE BONDAD DE AJUSTE..................................................................................................17
9.2 PERÍODO DE RETORNO...................................................................................................................18
9.3 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS - ESTIMACIÓN DE LOS CAUDALES MÁXIMOS - CAUDAL DE DISEÑO ..18
9.4 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS - ESTIMACIÓN DE LA INTENSIDAD DE DISEÑO ...................................18
10 ESTUDIO HIDRÁULICO.........................................................................................................................19
10.1 CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL DEL CAUCE PRINCIPAL DEL RÍO CHILI EN PUENTE CHILINA .....19
10.2 CAUDALES DE DISEÑO....................................................................................................................19
10.3 NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS PUENTE CHILINA................................................................................21
10.4 NIVEL DE AGUAS CON OBRA PROVISIONAL DE ENROCADO DE PROTECCIÓN ...............................24
10.5 DRENAJE SUPERFICIAL....................................................................................................................25
10.5.1 PUENTE PRINCIPAL Y RAMAL NORTE.....................................................................................25
10.5.2 ACCESOS ................................................................................................................................28
10.6 SOCAVACIÓN POTENCIAL...............................................................................................................30
10.7 PROTECCIÓN DEFINITIVA DE ORILLAS............................................................................................31
10.8 UTILIZACIÓN DE FAJA MARGINAL DEL RÍO CHILI............................................................................33
10.9 UTILIZACIÓN DE AGUA DEL RÍO CHILI CON FINES DE CONSTRUCCIÓN..........................................33
10.10 PUENTE BAILEY ..........................................................................................................................33
11 ANEXOS...............................................................................................................................................35
11.1 ANEXO 1: SECCIONES TRANSVERSALES..........................................................................................35
11.2 ANEXO 2: OFICIOS GRA ..................................................................................................................72
11.3 ANEXO 3: DATOS HIDROMETEOROLÓGICOS (SENAMHI)...............................................................74
11.4 ANEXO 4: DATOS HORARIOS DE EGASA .........................................................................................78
11.5 ANEXO 5: REGLAMENTOS AUTORIDAD LOCAL DEL AGUA .............................................................80
11.6 ANEXO 6: DATOS TÉCNICOS PRESA CAMPANARIO (EGASA) ........................................................150
11.7 ANEXO 7: PRUEBAS DE BONDAD DE AJUSTE................................................................................152
11.8 ANEXO 8: CAUDALES DE DISEÑO..................................................................................................160
11.9 ANEXO 9: ESTUDIO GEOTÉCNICO DEL MATERIAL DEL CAUCE .....................................................163
11.10 ANEXO 10: NIVELES DE AGUA (SALIDAS HEC-RAS) ..................................................................166
11.11 ANEXO 11: SOCAVACIÓN Y ENROCADO DE PROTECCIÓN .......................................................181
11.12 ANEXO 12: PLANOS..................................................................................................................182
1880
4. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO COLORADO
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pág. 4
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
1 INTRODUCCIÓN
El presente estudio tiene como objetivo determinar los niveles de aguas máximas,
la profundidad de socavación máxima en el apoyo del Pilar 2, las obras de protección
para la ejecución de la cimentación del Pilar 2 y durante el servicio de la obra, y la
definición del drenaje superficial del Puente Chilina.
A continuación se recoge una imagen aérea de la zona de estudio, en la Ciudad
de Arequipa, en la que se aprecia el curso del río Chili, objeto del presente estudio.
2 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA A CONSTRUIR
El Puente Chilina es una estructura de 562 m de longitud, de cinco vanos con una
distribución de luces de 100-157-142-102-61 m. El tablero se ejecutará en concreto
1881
5. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 5
mediante volados sucesivos llenados en sitio. Salva el río Chili en el tercer vano, con una
distancia media entre el cauce y la cara inferior del tablero de unos 45m.
3 NORMATIVA Y BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA PARA EL ESTUDIO DE
HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
Para el presente estudio se consideran las Especificaciones AASHTO LRFD.
Edición 20101
, así como el Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje del Ministerio de
Transportes y Comunicaciones de Perú.
4 DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA DEL RÍO CHILI2
La cuenca del río Quilca-Chili se encuentra ubicada al Sur del Perú, básicamente
está ubicado en el departamento de Arequipa, con pequeños sectores de los
departamentos de Cusco, Puno y Moquegua.
La cuenca presenta una serie de regulaciones, que tienen con finalidad el regular
los flujos de agua naturales dentro de la cuenca. La figura que se presenta a continuación
representa el Sistema Regulado del río Chili.
1 NCHRP – Report 489 Design of Highway Bridges for Extreme Events
2 “Sistema Inteligente de Gestión Integrada del Recurso Hídrico para las Cuencas del Pacífico. Caso:
Cuenca del Río Chili Arequipa” Dr. Luis Alfaro. Universidad Nacional de San Agustín – Enero 2009.
1882
6. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO COLORADO
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Las partes más altas de la cuenca se desarrollan en el sector occidental de la
cordillera de los Andes, donde se ubican las obras de regulación y trasvase que sirven al
Sistema Chili Regulado. En las partes media alta y baja se ubican los valles interandinos
y pampas costaneras, en donde se desarrolla gran parte de la agricultura.
En la cuenca se tiene como primera prioridad, la satisfacción de las necesidades
del uso poblacional de la ciudad de Arequipa; luego las necesidades de la agricultura y
luego las necesidades de los otros usos tales como la producción de energía en el
Sistema Hidroeléctrico de Charcani, el desarrollo y expansión de la mina de Cerro Verde,
y los usos industriales.
4.1 SUB CUENCA DEL RÍO CHILI (O SISTEMA CHILI REGULADO)
El área de la ubicación de la Infraestructura Hidráulica mayor del Chili Regulado
se encuentra al Nor-Este de la ciudad de Arequipa, entre las latitudes 15°20’ y 16°20’ S y
las longitudes 71°00’ y 71°30’ E. Políticamente está ubicada en los Departamentos de
1883
7. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 7
Arequipa (Provincias de Arequipa y Caylloma), Cusco (Provincia de Espinar) y Puno
(Provincia de Lampa).
En el área se ubica la infraestructura hidráulica de los embalses El Pañe, canal
Pañe - Sumbay y embalse Dique de Los Españoles (sistema Pañe - Sumbay) tiene una
altitud media de 4 480 m.s.n.m, presentando una topografía suave, propia de la Región
Altiplánica del Sur del Perú. El embalse El Pañe, al extremo norte del área en estudio,
está sobre los 4 585 m.s.n.m. El canal Pañe - Sumbay, que en términos generales
recorre de norte a sur, se desarrolla entre los 4 585 m.s.n.m y 4 430 m.s.n.m. El embalse
Dique de Los Españoles, ubicado a unos 7 km antes del término del canal Pañe -
Sumbay, está alrededor de la cota 4 432 m.s.n.m. Todas estas obras están ubicadas en
la cuenca del río Alto Colca, salvo un tramo final de aproximadamente 4 km que es parte
de la cuenca del río Chili. Al extremo sur se encuentra el embalse El Fraile, sobre los 4
000 m.s.n.m. Más al Sur-Oeste se encuentra el embalse Aguada Blanca, que es la
regulación final del sistema, aproximadamente en la cota 3 660 m.s.n.m.
A partir de este sitio se inician todos los aprovechamientos hídricos. El Sistema
Hidroeléctrico Charcani se desarrolla íntegramente sobre el río Chili, entre esta última
cota a 2 650 m.s.n.m, donde se presenta la primera toma agrícola de La Campiña de
Arequipa y que sirve también para el abastecimiento poblacional de la ciudad. Hacia
aguas abajo se presentan una serie de tomas agrícolas ubicadas en ambas márgenes del
río Chili y dentro del ámbito urbano de la ciudad de Arequipa. A la altura de Congata, a
casi 12 km de la ciudad, se presenta la toma para la mina Cerro Verde.
Todos estos usos se encuentran íntegramente en la provincia de Arequipa. Esta
zona se encuentra entre las latitudes 16°20’ 16°40’ S y las longitudes 71°25’ y 71°45’ E.
A unos 22 km de la ciudad de Arequipa y por el río Chili, se ubica la toma de Socosani,
que sirve a las irrigaciones de la Pampa de La Joya (irrigaciones La Joya Antigua, San
Isidro, San Camilo y La Cano, estas tres últimas conocidas como La Joya Nueva).
Altitudinalmente estas áreas están entre los 1 150 y 1 650 m.s.n.m. Todas estas
últimas áreas se ubican en la Provincia de Arequipa, salvo una pequeña parte de la
Irrigación San Camilo que pertenece a la Provincia de Islay. Están comprendidas entre
las latitudes 16°20’ y 16°50’ S y las longitudes 71°45’ y 72°00’ E.
1884
8. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO COLORADO
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Hasta la sección Aguada Blanca, donde se ubica el embalse terminal del sistema,
se tiene un área de drenaje de 3,894.9 km2.
4.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CUENCA
Las características físicas de la cuenca hasta la ubicación del puente Chilina se
presentan en el cuadro siguiente:
El área de cuenca corresponde a Paramo muy húmedo, sub andino – subtropical,
donde se ubican las Reservas Naturales de Salinas y Aguada Blanca.
El área está cubierta por pastizales y bofedales que dan sostenibilidad a
auquénidos, aves residentes y migratorias.
Área de
Cuenca (Km2
)
Longitud del cauce
principal (Km.)
Desnivel entre el punto más alto de
la cuenca y el eje del puente (m)
4,100 65 4,400 – 2,350 = 2,050
1885
9. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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4.3 CACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DEL RÍO CHILI EN LA SECCIÓN
PUENTE CHILINA
El ancho predominante del cauce del río Chili en la sección puente Chilina tiene
las siguientes características definidas por los levantamientos topográficos realizados. La
clasificación y características del río Chili, son:
Sección Sinuosidad
Pendiente
(%)
Ancho cauce
principal (m)
Puente Cincel 11.76/11.07 = 1.06 S1 1.7 25 – 30
Sinuosidad: S = (longitud del río / longitud del valle) entre Estación Hidrométrica
Charcani y Puente Chilina)
S1 = Baja = 1.0 a 1.3
S2 = Moderada = 1.3 a 2.0
S3 = Alta > 2.0
En la figura siguiente se presenta una vista aérea del área del proyecto, así como
la ubicación del puente.
1886
10. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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5 TOPOGRAFÍA
Se ha tomado como base la topografía elaborada incluida en el estudio de
Topografía.
Para el modelamiento hidráulico se han realizado secciones transversales del río
cada 10m, 300m aguas arriba y abajo del eje del puente.
En el Anexo 1 se presenta en planta la ubicación de los levantamientos
topográficos realizados y las secciones transversales relacionadas.
6 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE
Durante los días 14 y 15 de junio se realizó una visita a Arequipa, recopilando
información hidrológica e hidráulica de todas las administraciones y empresas
competentes en la zona.
A continuación se recogen todos los organismos visitados y las personas con las
que se habló:
Gobierno Regional de Arequipa: Ing. Sarah Peña
SENAMHI: Ing. Sebastián Zúñiga
AUTODEMA: Ing. Jaime Luis Huerta Astorga
Autoridad Autónoma del Agua
Autoridad Local del Agua: Alfredo José Llaja Chávez , Liliana Orellana
EGASA: Ing. Juan Carlos Llosa
En los Anexos 2 a 6 se recoge la siguiente información recopilada y usada en el
presente estudio:
Anexo 2: Oficios GRA
Anexo 3: Datos Hidrometeorológicos del SENAMHI
Anexo 4: Datos horarios de EGASA
1887
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Anexo 5: Reglamentos Autoridad Local del Agua (Delimitación de Fajas
Marginales y Derecho de uso del agua)
Anexo 6: Datos técnicos Presa Campanario (EGASA)
Precipitación Máxima en 24 horas
Los registros de precipitación máxima en 24 horas corresponden a la estación
MAP La Pampilla, periodo 1970 - 2012. En el anexo 3 se presentan los registros del
periodo 1970 – 2012, adquiridos del SENAMHI.
Caudales Máximos Medios Diarios
La información hidrológica relacionada corresponde a los caudales máximos
medios diarios registrados en la estación Charcani. En el anexo 3 se presentan los
registros del periodo 1976 – 2012, adquiridos del SENAMHI.
El área de cuenca hasta la salida del embalse de Aguada Blanca es 3,880 Km2.
Aguas abajo de la salida de Aguada Blanca hasta Campanario, último embalse del
sistema, se tiene 154 Km2 adicionales de cuenca. Para la estación hidrométrica Charcani
se puede considerar por tanto 4,034 Km2 de área de cuenca controlada por la citada
estación.
1888
12. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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7 ANÁLISIS DE LOS REGISTROS DE CAUDAL
Los caudales registrados no son naturales en su totalidad debido a los embalses
construidos. Los registros de caudales máximos medios diarios de la estación Charcani, a
partir del año 1976 tienen la influencia de las obras de regulación – embalses, que
atenúan los caudales máximos registrados.
Tomando en consideración la situación señalada en el párrafo anterior y que la
entrada en operación del embalse de Aguada Blanca se dio en 1974, el análisis de
máximas avenidas se realiza tomando en consideración los caudales regulados
registrados en la estación Charcani, para el periodo 1976 – 2012, que coincide además
con la información oficial disponible en los archivo del SENAMHI.
Conociéndose además que los embalses de Puente Cincel y Campanario entraron
en operación después de 1976, los resultados que se obtienen, son conservadores desde
el punto de vista hidrológico.
En relación con el Fenómeno El Niño, se señala que en la zona Sur de la
Vertiente del Pacifico se han presentado ENOS débiles y moderados que han dado lugar
a caudales ligeramente superiores a los valores normales, por lo que a la fecha se puede
decir que esta anomalía tendrá ese carácter o sea podrían registrar caudales ligeramente
superiores a lo normal. La figura siguiente es una representación gráfica de esta
anomalía para el caso de Niños Intensos.
1889
13. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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En relación a la estacionalidad de los caudales o distribución en el tiempo –
comportamiento de los caudales medios mensuales anuales, se observa que el periodo
húmedo corresponde a los meses de enero – marzo, y el estiaje se presenta entre abril y
diciembre. El año que registró mayor volumen de agua fue 1973. El año que registró
menor volumen de agua fue 1983. Los gráficos que se presentan a continuación
muestran el comportamiento de ambos años, confirmándose lo señalado anteriormente
respecto a la estacionalidad de los caudales. Un gráfico para el periodo 1971 – 2009 se
presenta como complemento de los gráficos que representan el año más seco y el año
más húmedo.
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Serie Historica - 1973
CaudalesMedios Mensuales (m3/sg)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Serie Historica - 1983
Caudales Medios Mensuales (m3/sg)
1890
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pág. 14
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
SerieHistorica1971-2009
Caudalmedioanual(m3/s)
1891
15. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO COLORADO
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pág. 15
8 RECONOCIMIENTO DE CAMPO
Como parte del estudio en durante los días 14 y 15 de junio 2012 se realizó un
reconocimiento de campo al área del proyecto. Las siguientes fotografías muestran el
área del proyecto en el mes de junio del 2012.
Río Chili en la sección Puente Chilina - Vistas hacia aguas abajo
1892
16. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 16
Río Chili en la sección Puente Chilina - Vistas hacia aguas abajo
Río Chili en la sección Puente Chilina - Vistas hacia aguas arriba
1893
17. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 17
Río Chili en la sección Puente Chilina - Vistas hacia aguas arriba
9 HIDROLOGÍA
9.1 PRUEBAS DE BONDAD DE AJUSTE
Los registros de caudal fueron sometidos a las pruebas de mejor ajuste, para
determinar qué distribución a seleccionar en la determinación de los caudales de 5 y 100
años de período de retorno y la posterior determinación del caudal de diseño.
En forma similar para los registros de precipitación máxima en 24 horas se
determinó la distribución de probabilidad de mejor ajuste.
En ambos casos para realizar las pruebas de ajuste se utilizó el programa Easy
Fit, para realizar las pruebas de ajuste según, Kolmogorov Smirnov; Anderson – Darling y
Chi – Squared.
Los resultados se presentan en el Anexo 7.
1894
18. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 18
9.2 PERÍODO DE RETORNO
Para la determinación del caudal de diseño del puente con fines de establecer el
nivel de aguas máximas extraordinarias, se debería adoptar un periodo de retorno de 100
años, de acuerdo con el Manual de Hidrología y Drenaje del Ministerio de Transportes y
Comunicaciones y de la AASHTO. Para el cálculo de la profundidad potencial de
socavación se considera un periodo de retorno de 500 años de acuerdo con el Manual de
Hidrología y Drenaje del Ministerio de Transportes y Comunicaciones y de la AASHTO.
Para establecer el caudal del drenaje superficial en el área del puente, no
existiendo norma en el Perú para establecer el periodo de retorno en obras de drenaje
vial, se acepta para el caso de drenaje longitudinal un riesgo admisible de falla del 64%,
de acuerdo con el Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje del Ministerio de
Transportes y Comunicaciones para el 64% de riesgo. Para una vida útil de las obras de
25 y 100 años, los, periodos de retorno correspondientes son 25 y 100 años
respectivamente. Los caudales resultantes para estos periodos de retorno son de 9 y 13
l/s. (Anexo 8).
9.3 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS - ESTIMACIÓN DE LOS CAUDALES
MÁXIMOS - CAUDAL DE DISEÑO
La distribución de mejor ajuste resultante para los registros de caudales máximos
diarios anuales es Wakeby. Los cálculos se presentan en el Anexo 8.
9.4 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS - ESTIMACIÓN DE LA INTENSIDAD DE
DISEÑO
La distribución de mejor ajuste resultante para los registros de precipitación
máxima en 24 horas es log Pearson III (ver Anexo 8).
La intensidad se ha estimado utilizando la ecuación de Dick Peschke:
Pd = P24 (d/1440)0.25
1895
19. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO COLORADO
PROVINCIA DE AREQUIPA. AREQUIPA. COMPONENTE Nº 4. PUENTE CHILINA
VOLUMEN Nº 2: MEMORIA DESCRIPTIVA. ANEXO 8.- ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
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pág. 19
Donde:
Pd = precipitación total (mm)
d = duración en minutos
P24 = precipitación máxima en 24 horas (mm)
La intensidad se halla dividiendo la precipitación Pd entre la duración.
10 ESTUDIO HIDRÁULICO
10.1 CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL DEL CAUCE PRINCIPAL DEL RÍO
CHILI EN PUENTE CHILINA
Las investigaciones geotécnicas realizadas en el Pilar 2 señalan que el material
del cauce, está constituido entre los 4.50 y 5.20m de profundidad una zona de bolones
(75%), con gravas sub angulares de tamaño máximo 2” y promedio 1” (15%), arena (5%)
y finos (5%).
En el Anexo 9, se presentan los resultados del Estudio Geotécnico.
10.2 CAUDALES DE DISEÑO
Puente:
Se consideran los siguientes caudales:
Para la obra provisional de protección: el caudal correspondiente a un período de
retorno de 10, 25 y 50 años.
Para determinar el nivel máximo de aguas en la sección del puente Chilina: el caudal
correspondiente a un período de retorno de 100 años.
Para estimar la socavación potencial en la sección del puente Chilina: el caudal
correspondiente a un período de retorno de 500 años.
1896
20. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
MIRAFLORES, ALTO SELVA ALEGRE, YANAHUARA, CAYMA Y CERRO COLORADO
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pág. 20
Los valores de caudal que se muestran en el cuadro precedente corresponden al
máximo horario, obtenido de aplicar el factor 1.46 a los resultados de la información
registrada por el SENAMHI de caudales máximos diarios anuales, periodo 1976 – 2012
(Anexo 3). Generalmente, se admite un valor promedio de 1.6, sabiendo que los
resultados de numerosos estudios de crecidas máximas en el mundo dan valores que
varían entre 1.2 y 2.2 con una probabilidad del 90%.
Sin embargo el valor 1.46 es el resultado de analizar los registros horarios del día
8 de febrero 2012 proporcionados por EGASA (Anexo 4) y otro correspondiente al 9 de
enero del 2012, en lugar de tomar el valor promedio de 1.6.
El caudal de diseño sería de 416 m3/s para la estimación de los niveles máximos
de agua, sin embargo considerando que el embalse Campanario ubicado inmediatamente
aguas arriba de la sección hidrométrica Charcani, tiene como capacidad máxima de
descarga 600 m3/s, se adopta para los fines de cálculo de nivel de agua y socavación
éste último valor.
Drenaje superficial:
Se considera la escorrentía producida por una tormenta que corresponde a un
periodo de retorno de 25 y 100 años.
10 25 50 100 500 10 25 50 100 500
Distribución Wakeby 157 208 247 281 1.46 228 304 360 410
Distibución Gumbel 160 210 248 285 371 1.46 233 307 362 416 542
Tr (años)
Relación
Max Diario /Max
Instantaneo
ESTUDIO DE HIDROLOGÍAE HIDRÁULICA
PUENTE CHILINA
CAUDAL DE DISEÑO
MÉTODO
CAUDAL (m3/s)
Tr (años)
1897
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pág. 21
10.3 NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS PUENTE CHILINA
El nivel de aguas máximas extraordinarias del río Chili en la sección puente
Chilina, se ha calculado tomando en consideración lo siguiente:
Levantamientos de secciones transversales del río del año 2012.
Coeficiente de rugosidad de Manning 0.030 para el cauce principal y 0.040 para el
cauce secundario (Manual de Hidrología e Hidráulica del MTC). El valor de 0.030
corresponde a corrientes naturales sensiblemente rectas con fondo más o menos
uniforme y tirante de agua suficiente; el valor de 0.040 corresponde a las
características antes señaladas con algo de vegetación.
Caudal de diseño de 600 m3/s que corresponde a la capacidad de alivio de las
compuertas del embalse Campanario, en lugar del correspondiente a un período de
retorno de 100 años.
El cálculo se ha efectuado mediante el programa HEC – RAS (Ver salidas en
Anexo 10).
Cauce Principal
Cauce Secundario
Cauce Secundario
1898
22. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 22
Los resultados del perfil hidráulico del río Chili en puente Chilina se presentan en
la figura y cuadro siguiente:
1899
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pág. 23
1900
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pág. 24
Para el caudal de 600 m3/s, el nivel mínimo del cauce del río Chili en la sección
puente Chilina es 2,344.65 m s.n.m. El nivel de aguas máximas en la sección puente
Chilina es 2,351.17 m s.n.m.
Las variaciones de nivel para diferentes periodos de retorno se presentan el
cuadro siguiente:
Tr (años) Caudal (m3/s) Nivel Máximo (m snm)
10 233 2,348.65
25 307 2,349.28
50 362 2,349.72
100 416 2,350.10
500 542 2,350.86
600 2,351.17
Dado que la parte inferior del tablero del puente en la zona del Pilar 2 tiene una
cota mínima de 2,388.57 msnm, el gálibo entre el nivel de aguas máximas y la parte
inferior del tablero es de 37.40 m, muy superior al mínimo exigido de 2.5m.
10.4 NIVEL DE AGUAS CON OBRA PROVISIONAL DE ENROCADO DE
PROTECCIÓN
Para la construcción del Pilar 2 del puente se considera una ocupación temporal
del cauce principal del río, que podría da lugar a un estrechamiento de un máximo de 5m.
El nivel máximo de agua calculado para un caudal de 233 m3/s que corresponde a un
periodo de retorno de 10 años es de 2,348.81 msnm.
Las variaciones de nivel para diferentes periodos de retorno se presentan el
cuadro siguiente:
Tr (años) Caudal (m3/s) Nivel Máximo (m snm)
10 233 2,348.81
25 307 2,349.53
50 362 2,350.03
1901
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10.5 DRENAJE SUPERFICIAL
10.5.1 PUENTE PRINCIPAL Y RAMAL NORTE
Cálculo del caudal a drenar por sumidero.- se considera una intensidad de
36.99 mm /hora que corresponde a un periodo de retorno de 25 años, y de 50.19
mm/hora para periodo de retorno de 100 años. Se colocan sumideros cada 14.1m en el
puente principal y cada 14 m en el Ramal Norte por razones de seguridad, ya que
podrían bloquearse por arrastre de sólidos y/o falta de mantenimiento. A continuación se
realizan los cálculos para el Puente Principal, puesto que el Ramal Norte es más estrecho
y se disponen sumideros a una equidistancia similar.
El área contribuyente constituida por un ancho de plataforma de 10.5m de ancho y
salidas de sumideros cada 14.1m.
Para la determinación del caudal se aplica el Método Racional.
Pmax 24
(mm)
Duración de
Precipitación
(min)
Pd (mm) I (mm/hora) C
Área
(Km2)
Q (m3/s)
36.99 30 14.05 28.10 0.95 0.000148 0.00110
50.19 30 19.07 38.14 0.95 0.000148 0.00149
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA - HIDRÁULICA
PUENTE CHILINA
DRENAJE DE TABLERO
1902
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pág. 26
Descarga por el Sumidero.- se considera un sumidero de 100mm de diámetro.
Para determinar el caudal de descarga se aplica la fórmula de Manning. El tubo de 100
mm tiene una pendiente del 19% bajo el voladizo del tablero del Puente Principal.
En el Ramal Norte se produce la descarga libre en vertical, puesto que al pasar
por encima de unos antiguos terrenos de cultivo de un predio expropiado (predio 62) no
es necesario canalizar el agua de drenaje.
Profundidad de Agua en el Tablero del Puente.- La profundidad máxima de
agua en el tablero del puente (berma) es 0.03 m. El ancho de la lámina de agua es
1.276m.
La ecuación utilizada en el cálculo es la de Manning y considera que el flujo se
realiza en una sección triangular con talud vertical del lado de la berma y talud 2% del
lado de los carriles de circulación.
D (mm) Área (m2) R (m) Pendiente n Q (m3/s)
100 0.00785 0.0250 0.19 0.010 0.02927 > 0.00149
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA - HIDRÁULICA
PUENTE CHILINA
DRENAJE DE TABLERO - SUMIDERO 4" (100 mm)
De (Km.) A (Km.)
667+577 775+577 0.03 50.00 1.276 0.01629 1.30 0.0125 0.0222 0.57 0.009346
775+577 905+577 0.03 50.00 1.276 0.01629 1.30 0.0125 0.0245 0.60 0.009813
905+577 1035+577 0.03 50.00 1.276 0.01629 1.30 0.0125 0.0245 0.60 0.009813
1035+577 1165+577 0.03 50.00 1.276 0.01629 1.30 0.0125 0.0245 0.60 0.009813
1165+577 1239+577 0.03 50.00 1.276 0.01629 1.30 0.0125 0.0245 0.60 0.009813
0.04860
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA - HIDRÁULICA
v
(m/s)
PUENTE CHILINA
DRENAJE DE TABLERO
R(m) S Q(m3/s)
Sector
y (m) z T(m) A (m2) P (m)
T O T A L
1903
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pág. 27
Los resultados del cuadro precedente indican que en ningún momento la lámina
de agua precipitada cubre los carriles de circulación de vehículos del puente, de acuerdo
con las recomendaciones de AASHTO, Sección 2.6.6 Roadway Drainage.
La velocidad de circulación del agua sobre la berma de 2.80m de ancho es 0.60
m/s.
Conducto de Descarga.- la eliminación de las aguas del tablero se realiza a
través de los sumideros ubicados en el tablero, equidistantes 14.1m. Para evitar el vertido
directo a Egasa y el río Chili, la recolección del agua de los sumideros en el Puente
Principal se efectúa por medio de una tubería ubicada en el interior del tablero de
diámetro 400 mm., cuya capacidad de evacuación máxima es de 0.3791 m3/s superior a
los requerimientos de 0.0483 m3/s, de evacuación por los sumideros. Los cálculos se han
realizado utilizando la ecuación de Manning y los resultados se presentan el cuadro
siguiente. La velocidad en el conducto es de 1.66 m/s. suficiente para permitir un flujo
continuo.
Los elementos de drenaje de ambas estructuras se definen en el Volumen Nº
Planos, dentro de los planos de cada una de ellas. Como se ve en dichos planos, el
conducto de descarga del Puente Principal discurre por el interior del tablero y sale al
exterior a través del Estribo 2. En función del diseño definitivo del Componente 5,
adyacente a dicho estribo, se diseñará la conexión de esta salida con el sistema de
drenaje pluvial de la ciudad.
y/D D (m) y(m) S n Q (m3/s) v (m/s)
0.25 0.400 0.100 0.0244 0.012 0.0483 1.96
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA - HIDRÁULICA
PUENTE CHILINA
CONDUCTO DE DESCARGA DE 400 mm
1904
28. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 28
10.5.2 ACCESOS
El drenaje de los accesos está constituido por cunetas revestidas de concreto.
El puente Chilina se ubica en la región homogénea 2, según la zonificación del
SENAMHI. Por tanto, le corresponde una precipitación anual de 148 mm:
1905
29. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 29
De acuerdo con el Manual de Hidrología del Ministerio de Transportes y
Comunicaciones, las dimensiones mínimas de las cunetas triangulares para regiones con
precipitaciones inferiores a 400 mm. son 0.20m de profundidad y 0.50m de ancho.
Considerando un área contribuyente de 0.00667 Km2, se tiene un caudal de 0.050
m3/s. El cálculo realizado utiliza el método Racional y se presenta en el cuadro siguiente.
Para una capacidad de 0.050 m3/s y considerando una cuneta triangular de talud
interior 1.0H:1.0V y exterior 0.5H:1.0V, pendiente 0.001, se tiene un tirante de flujo de
0.07m, de acuerdo con el cálculo que se presenta a continuación. Para el cálculo se
utiliza la ecuación de Manning.
Pmax 24
(mm)
Duración de
Precipitación
(min)
Pd (mm) I (mm/hora) C
Área
(Km2)
Q (m3/s)
36.99 30 14.05 28.11 0.95 0.00667 0.050
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA - HIDRÁULICA
PUENTE CHILINA
DRENAJE DE ACCESOS
1906
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pág. 30
De acuerdo con lo señalado en el Manual de Hidrología del Ministerio de
Transportes y Comunicaciones, se adopta una cuneta triangular de 0.20m de profundidad
y 0.50m de ancho.
Las cunetas aquí calculadas se definen en los planos del Estudio de Trazo y
Diseño Vial, así como en el Volumen Nº 4 Planos.
10.6 SOCAVACIÓN POTENCIAL
La socavación del cauce del río Chili en la sección puente Chilina, se estima
considerando la profundidad de acorazamiento que puede alcanzar en función de los
materiales constituyentes del cauce. Las investigaciones geotécnicas realizadas señalan
que el material del cauce está constituido entre los 4.50 y 5.20m de profundidad por una
zona de bolones (75%), con gravas sub angulares de tamaño máximo 2” y promedio 1”
(15%), arena (5%) y finos (5%).
La profundidad de acorazamiento3
calculada es de 2.34 m. (ver Anexo 11).
3
Guide for Computing for Degradation and Local Scour Ernst L. Pemberton – Joseph M. Lara
Technical Guide for Bureau of Reclamation
Z1 Z2 y (m) Area(m2) P (m) R(m) S n T(m)
1.00 0.50 0.07 0.05 0.17 0.30 0.0010 0.014 0.100
ACCESOS - CUNETA TRIANGULAR
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA - HIDRÁULICA
PUENTE CHILINA
Q (m3/s)
0.050
1907
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pág. 31
10.7 PROTECCIÓN DEFINITIVA DE ORILLAS
Para la protección definitiva de la orilla izquierda, Pilar 2, se recomienda usar un
espesor de enrocado o RIP RAP de 1.50m y granulometría dada en el cuadro siguiente
(Ver Anexo 11):
Granulometría Peso (Kg) Tamaño Promedio(m)
100 % menor de 2,300 1.20
Q (m3/s)
Ancho
Cauce (m)
Tirante (m)
Velocidad
Media (m/s)
S n
D90
(mm)
600.0 30 4.30 5.20 0.0017 0.030 15
Método T (g/m3) Dc (mm) Dp ya (mm) yd (mm) y(m)
Velocidad Competente 546 0.75 1639 546.21 2.18
Iniciación del Movimiento - Yang 584 0.75 1752 584.06 2.34
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA
PUENTE CHILINA
Cálculo de Socavación Potencial (Profundidad de Acorazamiento)
1908
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pág. 32
50 % mayor de 700 0.75
85 % mayor de 180 0.50
Para el cálculo de la protección se utilizaron las ecuaciones de:
Maynord
D50 = 0.32 y (Fr)
3
D50 = diámetro 50 de la protección
y = profundidad de flujo aguas arriba del puente
Fr = número de Froude
Isbach
D50 =
)1(2 2
2
GsgC
Vm
D50 = diámetro 50 de la protección (m)
Vm = velocidad media de la corriente (p/s)
g = aceleración de la gravedad (p2/s)
C = 1.1
Gs = Peso Especifico de la protección
United State Bureau of Reclamation (USBR)
D50 = 0.0122 Vm
2.06
D50 = diámetro 50 de la protección (m)
Vm = velocidad media de la corriente (p/s)
1909
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pág. 33
10.8 UTILIZACIÓN DE FAJA MARGINAL DEL RÍO CHILI
Durante la ejecución de las obras del puente, en particular el pilar 2, será
necesario ocupar temporalmente el cauce principal del río Chili. Se prevé que la
protección de los taludes del enrocado a ejecutarse, utilice como tamaño de enrocado el
de la protección de orillas, de forma tal que este sea reutilizado como material de la
citada protección.
La utilización del río Chili, no modificará el flujo y caudales del río Chili, durante la
etapa de construcción. Se prevé que el nivel de agua para crecidas de 10 y 25 años de
período de retorno pueda elevarse hasta 2347.73 y 2,348.20 msnm, respectivamente, por
debajo del nivel de la primera terraza del río, es decir manteniéndose las aguas dentro
del cauce principal.
10.9 UTILIZACIÓN DE AGUA DEL RÍO CHILI CON FINES DE
CONSTRUCCIÓN
Para atender los requerimientos de construcción del puente Chilina el ejecutor de
los trabajos prevé la utilización máxima de agua de hasta 50 m3/día (0.58l/s).
Se ha solicitado a la Autoridad Administrativa del Agua I Caplina - Ocoña, la
Autorización de Uso de Agua, que permita cumplir con los requisitos establecidos en el
Procedimiento Nº 002 de los Tramites Únicos de Procedimientos Administrativos (TUPA).
10.10PUENTE BAILEY
Durante la ejecución de los trabajos y con la finalidad de comunicación entre
ambas márgenes del río Chili se ha previsto la utilización de un puente Bailey. El nivel de
aguas máximas en esta sección es de 2,347.73 msnm y corresponde a un periodo de
retorno de 10 años. El ancho superficial del agua en la sección para estas condiciones es
de 21.30 m.
1910
34. CONSTRUCCIÓN DE VÍA TRONCAL INTERCONECTORA ENTRE LOS DISTRITOS DE
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pág. 34
1911