ESTUDIO HIDROLOGICO

“INSTALACION DE LA DEFENSA RIBEREÑA EN EL RIO FORTALEZA DEL CENTRO POBLADO DE CHAUCAYAN, DISTRITO DE LLACLLIN, PROVINCIA DE RECUAY - ANCASH”

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ESTUDIO HIDROLOGICO

1.1. GENERALIDADES

El presente estudio tiene como finalidad establecer las características hidrológicas,

correspondiente a las máximas avenidas extraordinarias para definir los niveles de

seguridad o riesgo permitidos para la estabilidad de la estructura.

1.2. METODOLOGÍA DE LA DETERMINACIÓN DE LAS MAXIMAS AVENIDAS

Para el presente proyecto es necesario estimar las descargas máximas instantáneas

anuales, para el cual se emplea diferentes métodos, como el método de registros históricos,

métodos empíricos, métodos hidrológicos, métodos probabilísticas, métodos directos o

hidráulica fluvial, etc.

Para el presente, debido a la falta de registros históricos o estaciones de aforo, se ha

realizado el método directo para determinar el caudal máximo instantáneo, para el cual se

ha realizado la siguiente evaluación en la zona del proyecto.

1. Levantamiento Topográfico.

Se ha realizado el levantamiento del topográfico de la faja del cause, además de

la sección hidráulica firme, y de los niveles de posibles eventos hidrológicos.

2. Determinación del Caudal Instantáneo Máximo.

La determinación de la descarga máxima instantánea, se determina con la

ecuación de Manning.

El tirante máximo, se ha estimado con los niveles de los posibles eventos

hidrológicos sucedidos en la sección hidráulica firme.

La sección hidráulica firme, corresponde a una sección rocosa, con una

rugosidad de Manning de 0.05 (valor obtenido de tablas de diferentes estudios).


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3. Modelamiento del Perfil del Flujo

La secciones hidráulicas son heterogéneas a lo largo de la faja del cauce tienen,

con la finalidad analizar el comportamiento del flujo a lo largo de la faja, se ha

realizado el modelamiento en el Software Hec-Ras., y así analizar el nivel del flujo y

definir la sección donde se ubicara el puente

Metodología

Para realizar la simulación hidráulica se ha introducido 14 secciones de la faja.

Ello ha permitido simular con distancias variables entre secciones en los márgenes

derecha e izquierda, para el cual se ha recurrido a los siguientes datos:

- coordenadas del perfil transversal de cada sección.

- distancia a la sección consecutiva aguas abajo.

- coordenadas delimitadoras del cauce.

- coeficientes de rugosidad de Manning de cada subsección.


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a. Para la modelación de puentes, pasos de agua y azudes es

necesario introducir el índice de contracción y expansión, a la entrada y salida

de la estructura respectivamente.

b. Para el puente se ha optado por tomar como longitud de

contracción una vez la apertura del puente (1:1) y como la de expansión entre

1 y 4 veces la apertura del mismo (1:1, 1:4) dependiendo de la obstrucción.

En el caso de los pasos de agua se ha tomado un índice de contracción 1:1 y

uno de expansión de 1’5:1. Finalmente, para los azudes los coeficientes de

contracción y expansión que se toman son 0’3 y 0’1 respectivamente.

c. Los datos de flujo son relativos a los caudales modelables en el

tramo. Es el evento de 10 años obtenidos mediante el método directo o

hidráulico

d. Los cálculos del flujo se han realizado en régimen sub critico

(Freud <1), siendo la condición de contorno critico.

Resultados

a. Se ha considerado el régimen sub crítico, para el caudal de 130 m3/s,

para un periodo de retorno de 10 años.

b. La simulación se ha realizado desde el tramo Nº 14 al Nº 1, eligiendo

la sección del puente de una sola vía entre el tramo Nº 5-Nº 4 (Fig S-

01). PUENTE

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

21

R_L

LUM

PA

Fig. S-01, ubicación de las secciones a lo largo de la faja del puente.

c. En la figura R-01, al R-04, se visualiza los niveles del flujo en el tramo

de aguas arriba y agua abajo respecto al puente.


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0 10 20 30 402886

2888

2890

2892

2894

2896

2898

RS = 5

Station (m )

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG TR 10

WS TR 10

Cri t TR 10

Ground

Ineff

Bank Sta

.03 .035 .03

Fig. R-01, Nivel del flujo en el tramo Nº 5, aguas arriba del puente

0 10 20 30 402886

2888

2890

2892

2894

2896

2898

RS = 4.5 BR

Station (m )

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG TR 10

WS TR 10

Cri t TR 10

Ground

Ineff

Bank Sta

.03 .035 .03

Fig. R-02, Nivel del flujo en el tramo Nº 4.5, aguas arriba del puente

0 10 20 30 402886

2888

2890

2892

2894

2896

2898

RS = 4.5 BR

Station (m )

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG TR 10

WS TR 10

Cri t TR 10

Ground

Ineff

Bank Sta

.03 .035 .03

Fig. R-03, Nivel del flujo en el tramo Nº 4.5, aguas abajo del puente


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0 10 20 30 402886

2888

2890

2892

2894

2896

2898

RS = 4

Station (m )

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG TR 10

WS TR 10

Cri t TR 10

Ground

Ineff

Bank Sta

.03 .035 .03

Fig. R-04, Nivel del flujo en el tramo Nº 4, aguas abajo del puente

d. En la figura P-01, se visualiza el nivel del flujo para un periodo de

retorno de 10 años, donde se aprecia los niveles de inundación el cual

debe ser protegido por estructuras de defensa ribereña, para proteger

la inundación en el contorno de los estribos puente.

0 10 20 30 40 50 60 702886

2887

2888

2889

2890

2891

2892

P_LLUMPA Plan: Plan 01 20/04/2007

Main Channel Distance (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG TR 10

WS TR 10

Crit TR 10

Ground

R_LLUMPA PUENTE

Fig. P-01, Nivel del flujo en el perfil del puente

e. En la figura T-01, se visualiza los resultados de los niveles del flujo en

cada sección de la faja del cauce evaluado.


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Figura T-01. Resultado de la modelación del comportamiento del flujo para TR = 10 años.

River Sta: Estación / Sección

Profile: Perfil del flujo para el periodo de retorno TR = 10 años.

Q Total: Caudal para el periodo de retorno (m3/s)

Min Ch. : Cota del fondo del canal (m.s.n.m)

W.S. Elev: Nivel del flujo para la máxima avenida (m.s.n.m)

Crit. W.S: Nivel del tirante critico (m.s.n.m)

E.G.Elev.: Nivel de la energía del flujo (m.s.n.m)

E.G.Slope: Pendiente de la línea de energía (m/m).

Top Wicth: Espero de agua del canal (m).

Froude # Ch.: Numero de froude em la sección.


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ESTUDIO DE SOCAVACION

1.1. GENERALIDADES

El presente estudio tiene como finalidad establecer las profundidades de socavación

ocasionadas por los eventos de máximas avenidas extraordinarias, que afectaran a la

estructura de apoyo (estribos) del puente.

La ubicación del puente, se encuentra sobre un tramo de lecho rocoso y material

aluvial acumulado.

1.2. METODOLOGÍA DE LA DETERMINACIÓN DE SOCAVACION

Para obtener las profundidades de socavación en la faja del cauce, se ha realizado el

cálculo utilizando la formula de LIBEDIEV.

1. Datos.

Caudal máximo de diseño (Qd).

Elevación del agua en el rio(en cada sección en estudio para defensa

ribereña)

Granulometría del material de fondo (Dm)

2. Calculo de la velocidad media real de la corriente (Vr).

Donde:

Do: Seccion estable (m).

Ds: profundidad de la avenida (m).


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Donde:

Be: Ancho efectivo de la sección (m).

U: Coeficiente por efecto de contracción.

4. Cálculo de la velocidad media de la corriente (Ve).

Para suelos no cohesivos

Donde:

B: Coeficiente respecto al periodo de retorno.

Dm: Diámetro de la partícula.

Ds: Densidad del suelo seco (Ton/m3)

X: Exponente característico para un material no cohesivo.

Condición optima de equilibrio:

Para suelos no cohesivos.

Luego la profundidad de socavación se calcula:


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5. Resumen de cálculo.

Tabla Sc-01, profundidades de socavación en cada tramo

1.3. DISEÑO DE LAS DEFENZAS RIBEREÑAS

En la zona donde se propone la construcción de las defensas ribereñas, no se

cuenta con suficiente material para la construcción de enrocado, por el cual se propone

utilizar Gaviones.

Del plano topográfico de la faja del cause, se ha determinado los sectores que serán

protegidos por gaviones.

Sección Tipo II: trabaja con la fuerza activa del suelo


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1.3.1. Metodología de Diseño

1. Datos.

Caudal máximo de diseño (Qd).

Elevación del agua en el rio(en cada sección en estudio para defensa

ribereña)

Granulometría del material de fondo (Dm)

Profundidad de socavación (m).

2. Calculo justificativos.

Se procede el diseño, utilizando los cálculo precedentes (Comportamiento del

flujo en cada sección modelado por el HEC-RAS Fig. T-01; profundidad de

socavación por cada sección Tabla SC-01).

- Altura del muro

Se calcula con la siguiente expresión:

Donde:

Y : Tirante hidráulico del río (m).

E: Altura de energia (m).

H: Altura del muro (m).

- Longitud del colchón

Donde:

L : longitud del colchón (m).

Hs: altura de socavación (m).

- Análisis de Estabilidad.

Al deslizamiento.


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Al volteo

Al asentamiento.


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- Resumen de cálculos.

De los datos anteriores

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