Estudio Hidrológico Puente Chincay, Pasco

Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE CHICAY; DISTRITO DE
HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA – PASCO
1. GENERALIDADES
Al demarcar la cuenca alta del río Chincay, a partir de las coordenadas donde se ubica
el proyecto de la construcción Puente Carrozable Chincay, observamos que el área de
influencia de drenaje es Mediano por lo que para su cálculo de sus caudales máximos
con diferentes períodos de retorno, se ha tenido que utilizar métodos y que mediante
comparaciones se ha optado por los resultados que mejor han dado sobre el proyecto
especificado.
Para ello se ha tenido en cuenta que para todo estudio que se relaciona con el recurso
hídrico es importante efectuar el análisis hidrológico con la finalidad de evaluar el
comportamiento del caudal que recorre en todo el área a través de un dren principal que
es el río Chincay, ya sea en sus máximas y mínimas descargas y que mediante los
parámetros meteorológicos y geomorfológicos sean calculados el dimensionamiento en
las obras hidráulicas del Proyecto, dónde el caudal de aguas de lluvia
en excesos
provocados por el drenaje pluvial será prevenido antes del ingreso a la del proyecto de
la construcción Puente Carrozable sobre el río Chincay mediante estructuras de
prevención.
Los datos de precipitación son obtenidos de las estaciones cercanas a las coordenadas
del Proyecto con la finalidad de evaluar cuantitativamente el caudal que escurre en el
punto indicado teniendo en cuenta el área de la cuenca Alta del río Chincay, con la
metodología y datos de precipitación de las estaciones de Oxapampa (Oxapampa), y
Oxapampa (Huancabamba), para luego contar con éstas láminas de agua y ser
transformadas en volúmenes de agua, y en escorrentías superficiales durante los doce
meses del año, considerando las
disponibilidad de agua en la cuenca Alta para su
utilización del estudio hidrológico en la construcción del Construcción Puente
Carrozable sobre el río Chincay en sus máximas avenidas con diferentes períodos de
retorno que es necesario conocer para su dimensionamiento de la estructura de
Construcción del Puente Carrozable proyectado.
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CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
Ubicación del Proyecto
La Construcción del Puente Carrozable sobre el río Chincay Proyectado se localiza
sobre, en la Jurisdicción del distrito de Huancabamba, Provincia de Oxapampa
departamento de Pasco, Región Pasco.
1.2. Objetivos del estudio
El objetivo del presente Estudio Hidrológico tiene como fin la construcción del Puente
Carrozable sobre el río Chincay.
Determinar las características hidrológicas de respuesta lluvia-escorrentía, con
intensidades máximas a diferentes períodos de retorno.
-
Estimar el cálculo del caudal Máximo con diferentes períodos de retorno en el
Tramo donde se ubica la estructura de la construcción del Puente Carrozable
sobre el río Chincay.
-
Determinar la profundidad de Socavación donde se ubicará los estribos del
Construcción Puente Carrozable sobre el río Chincay en ambas márgenes con
datos del especialista de Geotecnia.
2.0
ETAPAS QUE COMPRENDE EL ESTUDIO
Con el fin de concretar los criterios adecuados para conocer las características
hidrológicas del sector, se realizó el estudio en las siguientes etapas y con los medios
que se contaban:
Las características principales de una cuenca son: forma, área, perímetro, pendiente,
relieve, altitud, red de drenaje, orientación, a lo que es necesario asociar las
características de la cuenca alta del río Chincay, como son su área, perímetro y su
pendiente.
Cuando se trata de evaluar la cantidad de agua caída sobre una cuenca se tiene que
ver la influencia de la disposición de los pluviómetros. En nuestro caso no existe
una estación Pluviométrica en el área del estudio. Donde un pluviómetro da
información precisa de un solo punto, que es aquel en donde esta instalado, y por
consiguiente extender la información de un solo pluviómetro a toda una micro
cuenca y/o cuencas que abarca un área de 423.46
kilómetros cuadrados con
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terrenos de altitudes variables, como los tipos de vegetación de altura, temperaturas
muy bajas en ciertos meses del año, etc., se hizo una extrapolación muy usada. Sin
embargo en nuestro país no se cuenta con una red de pluviómetros, y en los casos
que existen estos ofrecen diversas forma de control y están muy dispersos, además
debido a los problemas sociales acaecidos en años anteriores en algunos casos se
han desactivado y en otros tienen información incompleta, con datos históricos de
pocos años que no establece la consistencia adecuado de los datos, por tal motivo se
han tomado estaciones cercanas con características geomorfológicos similares.
En la zona del proyecto no ha existido una estación de control pluviométrico, por lo
que
fueron tomados los datos de la estación Pluviométrica como Oxapampa
(Oxapampa), y Oxapampa (Huancabamba), por encontrarse dentro y cercanas al
área de la cuenca alta del río Chincay con datos de promedios mensuales, máximas
de 24 horas y máximas diarias caso de la estación de Oxapampa (Huancabamba) del
año (2001 al 2007) en forma incompleta.
ETAPA DE PRECAMPO
Comprendió la recopilación y ordenamiento de la información disponible referida a
planos, perfiles y estudios del proyecto, hidrogramas de precipitaciones pluviales, y
otras informaciones metereológicas, etc.
En esta etapa se procedió a la delimitación de la Cuenca, sub cuencas que lo conforman
el río Chincay y a la elaboración del plano base que fueron delimitadas a escala
1/25,000.Cartografía.
Los materiales utilizados han sido obtenidos del Instituto Geográfico Nacional
(IGN) y son los siguientes:

Carta Nacional del Instituto Geográfico Nacional (IGN), a escala
1/100,000.


Planos topográficos a escala 1/25,000

Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).

Guía Explicativa del Mapa Ecológico del Perú, ex ONERN – 1976.
TRABAJOS DE CAMPO:
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Consiste en un recorrido del camino para su evaluación y observación de las
características, relieve y aspectos hidrológicos de las quebradas así como la
identificación del río existente como su comportamiento del volumen en las
diferentes épocas del año de la cuenca alta del río Chincay con:
Reconocimiento de la zona (Tramo del río)
-
Recopilación de información metereológica complementaria.
-
Reconocimiento de fuentes de agua
-
Reconocimiento del clima del Área de Influencia.
-
Informaciones verbales de parte de las comunidades beneficiarias zona (sub.
Cuencas Utilizadas en el estudio)

FASE DE GABINETE:
-
Demarcación de la Cuenca Alta del río Chincay, a partir del punto del proyecto
Construcción Puente Carrozable sobre el río Chincay , para el cálculo de su área y
luego tomar en cuenta su escurrimiento de las aguas proveniente de las
precipitaciones pluviales de las partes altas, con la finalidad de conocer los
parámetros fisiográficos, para su desarrollo del estudio hidrológico.
-
Procesamiento, análisis, determinación de los parámetros hidrológicos, para su
diseño y cálculo del caudal superficial en el punto del Proyecto indicado.
-
Determinación de las intensidades de lluvia dentro del área de estudio, luego los
caudales máximos con la finalidad de tener en cuenta su diseño en las estructuras de
la construcción Puente Carrozable sobre el río Chincay que se plantearía.
-
Determinación y generación de precipitaciones máximas, y efectivas mediante
métodos empíricos más apropiados para la zona.
-
Determinación y Generación de las Descargas máximas, para diferentes períodos de
retorno en la cuenca del río Chincay que componen las quebradas de la cuenca, con
cargas máximas en época de invierno.
Las informaciones que se han utilizado son:
a.
Pluviométrica
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La escorrentía existente producida en el área de estudio donde proviene
exclusivamente de las precipitaciones pluviales caídas en la zona, especialmente de
las partes altas de la cuenca alta del río Chincay, son tomadas en relación a las
características fisiográficas, datos climatológicos y otras variables influyentes
dentro de la similitud de precipitación como son:
Las estaciones pluviométricas, localizadas en la zona de estudio o cercanas a ellas,
Para poder tener una mayor consistencia en los datos tomados son la que se anotan
a continuacion.
Estación
Pluviométrica
b.
Ubicación
Provincia
Distrito
Altitud
Oxapampa - 000557
Latitud
Sur
10 35’34”
Longitud
Oeste
75 23’23”
Oxapampa
Oxapampa
1,850
Oxapampa – 4725D79C
10 35’1”
75 38’ 1”
Oxapampa
Huancabamba
3,491
m.s.n.m.
Hidrometría
Las áreas del punto de escurrimiento de la cuenca alta del río Chincay para el
estudio indicado se encuentran a la altitud de 1774 msnm. Aguas que escurren en
todo el área de drenaje para luego formar un solo dren que es el río Chincay cuyos
datos, proveniente de las micro cuencas que conforma el río Chincay, para ello se
ha generado las precipitaciones totales y efectivas en el punto del área de influencia
del proyecto con el objetivo de obtener el escurrimiento producido en dicho dren
del Chincay.
c.
COMPLEMENTACIÓN DE REGISTROS
Las estaciones anteriormente mencionadas, cuentan con distintos periodos de
registro y/o actualmente se encuentran paralizadas. En algunos casos fue necesario
completar períodos faltantes para lo cual se recurrió a análisis de regresión a nivel
anual. Luego los valores mensuales fueron determinados mediante una repartición
porcentual tomando como base el promedio mensual y el valor anual determinado.
De esta manera se cuenta hasta con 36 años de registro continuo para el periodo
1966-2001, de la Estación más cercana Oxapampa (Huancabamba), que permite
caracterizar el comportamiento de la micro cuenca haciendo posible la generación
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de caudales en la sub. Cuenca del río Chincay en la parte alta, así mismo se trabajó
con todas las estaciones que componen cada uno de las subcuencas del río Chincay
desde la parte más alta (nacimiento del río) hasta el tramo del estudio, del Proyecto
del Construcción Puente Carrozable sobre el río Chincay.
d.
ANÁLISIS GRÁFICO
Este primer análisis se realizó en base a los datos de precipitación registrados en las
estaciones anteriormente indicadas. Se confeccionaron histogramas de precipitación
total mensual para un periodo común de análisis (1966-2001), con el fin de
comparar el comportamiento del parámetro. Los histogramas se muestran en los
gráficos Nº 1 y Nº 2 del anexo Recurso Hídrico, correspondientes a las estaciones,
Oxapampa (Oxapampa), y Oxapampa (Huancabamba).
Se realizó un análisis visual por estación para detectar saltos y valores extremos
pronunciados que no podrían ser de ocurrencia en un periodo determinado y luego
verificado su estado de consistencia se determinó los valores para cada uno de las
sub cuencas ó áreas donde se producen los escurrimientos superficiales que llegan al
cauce principal del río Chincay.
En esta evaluación se observó buena correspondencia entre los histogramas en
algunos casos los datos se cambiaron por la poca consistencia, donde se supone
podría ser por mala lectura, desconocimiento de datos del parte del lector, anotación
al azar y otros motivos que pudieran existir.
3.0.-CLIMA DEL AREA DE INFLUENCIA
Este aspecto se ha analizado de acuerdo al mapa ecológico Nacional (ONER-1976),y
según la clasificación climática de Leslie R.Holdrigde, el área de influencia de donde
provenía las avenidas en los ríos Chincay se ubica en la región altitudinal Tropical, lo
que se clasifica en forma general dentro de las tres sub cuencas demarcadas para su
estudio de las máximas avenidas en sus respectivos puntos de controles, presentándose
las siguientes formaciones ecológicas, en lo que se consiguieron datos en el mapa
expuesto faltando algunos qué es necesario para su calculo de su coeficiente de
escurrimiento dentro del área considerado y su recorrido del río en máximas avenidas
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donde se interpone con todo los obstáculos considerando para el cálculo del caudal su
coeficiente de rugosidad considerado en 0.068.
Húmedo y cálido con temperaturas medias de 23ºC a 24ºC y precipitaciones que oscilan
entre 2000 y 3000mm de los ríos Pichis, Palcazú y afluentes.
Húmedo y semi cálido, con temperaturas promedio de 18ºC a 20ºC y precipitaciones de
150 a 250mm. Los diferentes microclimas se presentan en las mesetas de la Cordillera
de Yanachaga, San Carlos y San Matías.
El Distrito de Palcazú tiene una temperatura de 25ºC, con precipitaciones de 3000 –
3500, con un clima húmedo.
El distrito de Villa Rica tiene una temperatura de 17ºC con precipitaciones de 1800, con
un clima Super-húmedo.
El clima del sector de llanuras presenta dos subtipos climáticos, diferenciados
principalmente por la cantidad de precipitaciones a lo largo del año. Así tenemos que
hacia el sur del subconjunto de selva baja clima presenta es el de sabana, el cual es
periódicamente humeo, a excepción de los meses de invierno. Por otra parte, el sector
de selva baja ubicado más hacia el norte presenta un clima propio de selva tropical,
caracterizado por ser permanentemente húmedo. En ambos tipos climáticos la
temperatura media de todos los meses es superior a 18ºC y la cantidad de precipitación
anual superior a 750 milimetros.
4.-PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LA SUB CUENCA
ALTA DEL RIO CHINCAY, HIDRODINÁMICA DEL RÍO.
La Sub cuenca Alta del río Chincay, como unidad dinámica y natural refleja las
acciones recíprocas entre el suelo, factores geológicos, agua y vegetación,
proporcionando un resultado de efecto común: escurrimiento o corriente de agua,
por medio del cual los efectos netos de estas acciones recíprocas sobre este resultado
pueden ser apreciadas y valoradas. De allí que una de las premisas básicas del
manejo de cuencas considera que la cantidad y velocidad de la corriente de agua
representan las características naturales de cultivo de la cuenca que las origina.
Numerosos son los estudios que tratan de establecer relaciones entre el
comportamiento del régimen hidrológico de una cuenca y las características físico-
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geográficas de la misma. Casi todos los elementos de un régimen fluvial están
relacionados directa o indirectamente con las características físicas de las áreas de
drenaje de una cuenca siendo las más sensibles a las variaciones fisiográficas
aquellas relativas a las crecientes. Estos factores físicos – llamados también
geomorfológicos son considerados generalmente en forma aislada sin tener en
cuenta la posible interdependencia entre ellos y se representan en forma numérica.
La descripción sistemática de la geometría de una cuenca y de su red
hidrográfica requiere mediciones de aspecto lineales de la red de drenaje, del área de
la cuenca y del relieve, teniendo una mayor incidencia la distribución de pendientes
en el primero de los aspectos mencionados. Las dos primeras categorías de medición
son planimétricas, es decir, tratan de propiedades proyectadas sobre un plano
horizontal. La tercera categoría, trata de desigualdad vertical de la forma de la
cuenca.
4.1.-Objetivo y Alcance del aspecto Geomorfológico en La
Hidrología
El propósito del presente estudio técnico, es el de presentar una descripción
breve de las características geomorfológicos más importantes del complejo físico de
una cuenca y de su determinación matemática, a fin de que puedan ser usadas en
conjunción con ciertos índices hidrológicos, llámese estos caudal medio, caudal
máximo absoluto et. De esta manera se puede contar con un elemento de juicio
adicional en el estudio de la geometría y los aspectos mecánicos de una cuenca.
4.2.-Parámetros Geomorfológicos de una cuenca
Diversos son los parámetros geomorfológicos que se pueden determinar en una
cuenca, sin embargo, los más estudiados son las siguientes:
Superficie.- Dentro de esta característica de la cuenca se tiene los siguientes
conceptos.
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-
Área total de la cuenca (A) Se considera así a todo el área de terreno cuyas
precipitaciones son evacuadas por un sistema común de causes de agua, estando
comprendida desde el punto donde se inicia esta evacuación hasta su
desembocadura u otro punto elegido por interés. Puede considerarse en su
delimitación el divisor topográfico por ser prácticamente fijo.
- Perímetro (P).- Esta característica tiene influencia en el tiempo de concentración
de una cuenca, es el mismo que será menor cuando esta se asemeje a una forma
alargada. Se expresa en Km.
- Cálculo de los parámetros de forma:
a) Coeficiente de compacidad.- A partir de la relación:
Kc  0.28
P
A
Se obtiene:
Kc H  0.28x
109.568
516.596
 1.349
b) Factor de Forma.- Teniendo en consideración que:
Ff 
A
L2
Se tiene que:
Ff RM  
516.596
 24.56
2
 0.85
Pese a que los parámetros de forma cuenca alta del río Chincay, puede
afirmarse que los valores obtenidos, nos indican que ésta tendrá
mayores oportunidades de creciente en las partes bajas, en razón de la
mejor distribución de sus áreas tanto en el largo como en el ancho. Sin
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embargo, la cuenca es de forma alargada e irregular, donde tiene pocas
oportunidades de crecientes y/o inundaciones debido a que su Kc es
1.349, mayor a la unidad.
- Cálculo de los parámetros relativos al sistema de Drenaje:
considerando la Conformación de Cauces Históricamente.
a) Grado de Ramificación: Del planos No 1 y mediante el uso de la
computadora se han obtenido los siguientes valores:
b) Densidad de drenaje: sabiendo que:
Dd 
Li
A
Se tiene que:
Dd RM 
102.945
 0.199Km/ Km2
516.596
c) Extensión media de escurrimiento superficial: De la relación:
Es 
EsRM 
A
4Li
516.596
1.254Km
4102.945
d) Frecuencia de Ríos: De la relación:
F 
N totaldecursosdeagua
Areatotaldelacuenca
F RM  
230
 0.4452Rios / Km2
516.596
Los valores obtenidos en el cálculo de los parámetros relativos al sistema de
drenaje indicarán:
-
Que el grado de ramificación alcanzado por la cuenca alta del río Chincay, es de
Cuarto orden.
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-
La densidad de drenaje de la Cuenca es relativo, lo cual indica que los tiempos
de concentración serían más o menos largos. Esto puede corroborarse con los
valores obtenidos para la “extensión media de escurrimiento superficial” los que
indican cuantitativamente, pero sin embargo la sub cuenca alta estudiada posee
una diferencia entre las micro cuencas de cada uno de los que lo componen
obtenidos en promedio para la sub Cuenca Alta del río Chincay.
-
Cálculo
de
los
parámetros
relativos
a
las
variaciones
altitudinales de la cuenca: Altitud media de la cuenca: Del Plano
No 1 se obtienen los siguientes valores:
-
Polígono de frecuencia de altitudes: Del plano No 1 se obtienen los
siguientes valores:
ESQUEMA DE RAMIFICACION DE UN CURSO PRINCIPAL
-
Altitud media de la Cuenca (A): Este parámetro se obtiene mediante la
siguiente relación:
H 
(hi  Si )
A
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Siendo:
hi
=
Altitud media de cada área parcial comprendida entre las curvas
de nivel. Es tomada con respecto a la desembocadura.
Si = Área parcial entre curvas de nivel.
A = Área total de la cuenca.
- Polígono de frecuencia de Altitudes: Es un diagrama de relación entre
las superficies parciales de una cuenca expresadas en porcentaje y las alturas
relativas a dichas áreas comprendidas entre las curvas a nivel.
- Curva Hipsométrica: Representa las superficies dominadas por
encima o por debajo de cada altitud considerada y por lo tanto
caracteriza en cierto modo el relieve.
CURVAS HIPSOMETRICAS DE LA CUENCA DEL RIO CHINCAY
Del plano, por planimetría, se ha obtenido los valores que aparecen en los gráficos
DISTRIBUCION ALTIMTETRICA DEL AREA DE LA CUENCA DE
RECEPCION DEL RIO CHINCAY
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m.s.n.m.
4000
2000
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
Porcentaje de área
p o d ebajo
p o r en cima
El valor de la altitud media de la cuenca Alta del río Chincay resulta encontrarse a una
cota de 3000 msnm, debido a que la distribución de sus áreas parciales con mayor valor
corresponde igualmente a las menores altitudes tomadas con respecto al nivel del mar.
Esto puede ser apreciado gráficamente a través
de los “polígono de frecuencia de
altitudes”, como en las correspondientes curvas hipsométricas (Graf. No 1, 2, ). Es de
anotar que la altitud mediana (llamada también altitud de frecuencia media) difiere del
valor hallado de la “altitud media”, en razón de que es un concepto de tipo geométrico
resultando del cálculo de un promedio ponderado.
5. PRECIPITACION
Se cuenta con valores de precipitación total mensual, registradas en la estación de
Oxapampa (Oxapampa) para un periodo de registro de 22 años, Oxapampa
(Huancabamba) con un período de registro de 20 años, registros de la estación de
Oxapampa (Oxapampa) para un período de 07 años con precipitación promedio
mensual y 07 años con precipitación máxima diaria mensual.
Los registros de la precipitación mensual se muestran en el cuadro Nº 1, a partir de
la cuál se tabularon y se calcularon los parámetros requeridos para su disponibilidad
de agua escurrida en la cuenca alta del río Chincay, y un resumen de sus valores
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característicos que se presentan a continuación, en donde se puede observar que el
valor medio anual es de 88.75 mm.para la estación de Oxapampa.
Variación de la lluvia en la estación de Oxapampa
Máx.
Prom.
Mín.
D.
Est.
Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
May.
Jun.
Jul.
Ago.
Set.
Oct.
Nov.
Dic.
Prom.
289.44
913.00
367.33
186.73
122.83
88.46
48.82
45.00
93.00
167.00
110.00
224.00
149.27
150.06
210.34
204.88
90.86
51.20
26.25
18.34
16.24
45.39
56.72
81.97
112.77
88.75
56.00
86.00
76.00
21.00
4.00
1.00
5.00
6.00
7.00
2.00
18.00
29.00
56.89
25,75
37,22
37,27
31,19
27,20
11,15
4,15
4,00
11,00
27,10
26,23
34,60
81,48
Sin embargo es necesario determinar y generar datos de precipitación en la cuenca
alta del río Chincay, teniendo presente la altitud en que se encuentran la estación de
Oxapampa (Huancabamba) y el punto donde se va a generar, utilizando la
metodología empírica apropiada mas ajustable en la región donde los resultado se
muestra en el cuadro No 2, contando éstos datos se tabularon la precipitación
efectiva mensual en la zona cuyo resultado se muestra en el cuadro No 3, dichos
resultados mostrados en los cuadros sirvieron para los cálculos de la escorrentía
promedio mensual, cuyas descargas se muestran en el cuadro No 4, de la cuál
podemos analizar lo siguiente: que en los meses de enero a marzo se tiene un mayor
caudal.
5.1.0 EVALUACION DE LA CUENCA ALTA DEL RIO CHINCAY.
Los cursos de agua que escurren en la zona de estudio corresponden a sub cuencas y
micro cuencas que conforma la cuenca alta del río Chincay desde el área del
Proyecto de la construcción Puente Carrozable sobre el río Chincay aguas arriba.
5.2. CALCULO
HIDRAÚLICAS.

DE
CAUDAL
DE
DISEÑO
PARA
LAS
OBRAS
Precipitaciones Máximas en 24 Horas
Con los datos de precipitaciones máximas diarias mensuales de la estación
Oxapampa (Oxapampa), y Oxapampa (Huancabamba), para diferentes periodos;
los cuales fueron ajustados a la distribución teórica Pearson, Log Pearson Tipo
III y Gumbel, comúnmente usadas en estudios hidrológicos. La distribución que
presentó mejor ajuste a los datos históricos fue Log Pearson Tipo III, por
presentar menor error, cuyo ajuste de las precipitaciones máximas mensuales de
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la estación Oxapampa (Oxapampa), y Oxapampa (Huancabamba) se encuentra
en el cuadro y las precipitaciones máximas para diferentes períodos de retorno
tabuladas se encuentra en el cuadro, que siendo necesario realizar el ajuste de las
precipitaciones totales mensuales, con la finalidad de calcular las intensidades
máximas para diferentes períodos de retorno ”tanto para las máximas de 24 horas
y los datos de promedios mensuales en la estación escogida que se presenta.
En el cuadro tenemos los parámetros calculados con diferentes periodos de
retorno y la precipitación máxima diaria mensual mediante el método de Log
Pearson Tipo III, método más apropiado por tener mejor ajuste para la región
donde se realiza el estudio.
5.3.- PRECIPITACIÓN GENERADO EN EL PUNTO DEL PROYECTO DE LA
CONSTRUCCION CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE SOBRE EL
RÍO CHINCAY.
Las áreas de la cuenca del río Chincay que abarca desde el naciente de los cerros de
cotas de 3500 msnm. Específicamente de donde escurre sus aguas, que no cuentan con
registros de caudales, ni registros de precipitación y esto
permita determinar
directamente la escorrentía de las sub cuencas y micro cuencas de drenaje, con la
generación de precipitaciones. Esta situación conduce a estimar parámetro en base a las
precipitaciones que cae en cuencas vecinas, más cercanas ó similares. Por este motivo
los registros de precipitación son analizados para probar su bondad y consistencia, el
caso de la sub. Cuenca de Oxapampa (Oxapampa), y Oxapampa (Huancabamba), donde
se cuenta con datos de precipitaciones promedio mensuales, máximas y máximas diarias
el caso de la estación dos de mayo, fueron tomados para su determinación de las
precipitaciones generadas en la cuenca del Chincay, y las quebradas que lo componen.
Luego fueron determinados mediante una repartición porcentual tomando como base el
promedio mensual y el valor anual determinado de esta manera se cuenta hasta con 36
años de registro continuo para el periodo 1966-2000, de la Estación más cercana
Oxapampa (Huancabamba), que permite caracterizar el comportamiento de la micro
cuenca haciendo posible la generación de caudales.
Tomando como base a la relación existente entre la altitud y la precipitación media
anual, se determinaron los valores de precipitación anual que permitieron estimar la
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precipitación media en la micro cuenca. De acuerdo a la altitud media calculada para la
sub cuencas.
Para ello demostramos primero el cuadro No 13 donde muestra las intensidades
máximas caídas en el punto del área del proyecto en mm/hora.
5.4.-INTENSIDAD DE LLUVIAS
Para la determinación de estos parámetros es necesario contar con registros de
precipitación máxima en el punto del proyecto donde se construirá el
Puente
Carrozable sobre el río Chincay, pero por no contar se escogió la estación Oxapampa
(Oxapampa), y Oxapampa (Huancabamba) por ser la mas cercanas y tener las mismas
características geomorfológicos.
La intensidad máxima horaria ha sido estimada a partir de la precipitación máxima en
24 horas y la precipitación máxima diaria mensual para el mismo periodo de retorno,
registrada en la estación de Oxapampa (Huancabamba).
La intensidad en forma general puede ser representada por la siguiente relación:
i 
Donde:
i
-
intensidad en mm/hora
d
-
duración de la lluvia
kyn -
k
d
n
parámetros que dependen de la zona.
Para el presente caso se van a estimar los parámetros k y n para periodos de retorno de
2, 10, 25, 50, 100 años.
5.5.-COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA.
El coeficiente de escurrimiento es un parámetro que representa la porción de
precipitación anual que escurre en las áreas del micro cuenca con respecto a la
vegetación y suelo completamente húmedo nombradas para determinar el caudal de
alimentación durante los meses del año y así contar con una de las variables muy
importantes para el caudal de diseño.
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
Las zonas de vida y provincias de humedad presentes en la cuenca alta del río Chincay,
en forma general con mayor pesos de su área en predominan se da en el cuadro.
Cuadro N° 14
CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA AREA CONST. PUENTE CARROZABLE SOBRE EL
RÍO CHINCAY
PROVINCIA
ZONA DE
DE HUMEDAD
VIDA
Semiárido
Sub Humedo
Perhumedo
PESO
ee-MBT
bs-PT
bmh-MBS
0.46
0.40
0.14
1.00
COEFICIENTE
COEFICIENTE
PROMEDIO
PONDERADO
0.86
0.79
0.42
0.690
0.40
0.32
0.06
0.77
0.85
0.52
Factor de corrección regional
Coeficiente de escorrentía corregido
Fuente: Zonas de vida de Holdridge, publicaciones de la Ex ONERN
De acuerdo al método de zonas de vida de Holdridge, publicado por la ex ONERN, en
el Inventario y Evaluación Nacional de Aguas Superficiales, les corresponde a estas
provincias de humedad tiene un valor de promedio ponderado de 0.85y luego con un
coeficiente corregido de 0.52 respectivamente.
CLIMA:
El clima del área de influencia donde se ubica el proyecta de la construcción del puente
sobre el río Chincay, presenta un clima Húmedo y semi cálido, según datos tomados en
forma puntual teniendo una temperatura máxima de 28°C en el mes de Junio a
setiembre, un mínimo de 15°C, cuyo un promedio durante esos meses de 24 °C durante
los restos de los meses posee un rango dentro de los mencionados.
No se cuenta con estaciones meteorológicas en el área para la lectura de temperaturas.
5.6-ESTIMACION DE LA DESCARGA MEDIA
El escurrimiento superficial de las Sub cuencas se originó por las precipitaciones
pluviales que ocurre durante el año. Para determinar las descargas disponibles en el
punto de interés ó punto de control, se ha empleado el modelo matemático de
transformación de lluvias en escorrentía sustentado en el balance hídrico y en un
proceso markoviano.
17
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
La expresión generalizada que permite la generación de descarga es:
Qt  B1  B2 * Qt 1  B3 * PEt  S * 1  R 2  Z t
Donde:
Qt
-
Caudal en el mes t
Qt 1
-
Caudal en el mes anterior
PEt
-
Precipitación efectiva en el mes t
Zt
-
Variable aleatoria de distribución normal (0,1)
R
-
Coeficiente de correlación.
S
-
Desviación estándar.
B1 , B2 , B3
-
Coeficientes
El paso más importante consiste en calibrar los valores de los coeficientes B1, B2, B3, S y
R, los mismos que se obtienen a partir de una regresión múltiple donde la variable
dependiente es el caudal medio escurrido en el mes presente Qt y las variables
independientes son: el caudal medio escurrido en el mes anterior Qt-1 y la precipitación
media efectiva del mes presente PEt .
Los valores para la variable aleatoria se pueden tomar de una tabla o como en el
presente caso generarlos con el auxilio de la computadora, la única condición que deben
cumplir es que se ajusten a la distribución normal, con media igual a cero y desviación
estándar igual a uno N (0,1).
Cuando no se cuenta con información de descargas en las subcuencas y tan solo se tiene
rendimientos referenciales, como en el presente caso, se puede calibrar el modelo
aprovechando algunas similitudes con otras subcuencas.
Como la cuenca
alta del río Chincay, no cuenta con registros de precipitación, se
tomaron los registros de la estación Oxapampa (Oxapampa), y Oxapampa
(Huancabamba) por ser las más apropiadas. Los valores de precipitación de esta
estación son corregidos tomando en cuenta el factor de altitud, que para el caso es
1.22.
18
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
El coeficiente de escurrimiento es un parámetro que representa la porción de
precipitación anual que escurre en una Micro cuenca dada. En el presente caso se ha
tomado el valor de 0.52 tal como se muestra en el cuadro Nº 14.
La alimentación de la retención ocurre con mayor incidencia entre octubre y marzo.
Tomando en cuenta la distribución de la lluvia registrada durante el año en la región, la
alimentación sería constante en los meses de enero a marzo sin embargo no se puede
considerar que los valores porcentuales de retención permanezcan constantes sino, que
estos se van saturando, por consiguiente se adopta la distribución siguiente:
Meses
Octubre
Noviembre
Diciembre
Enero
Febrero
Marzo
ai, %
10
10
20
30
20
10
Donde:
ai
-
distribución porcentual de los meses de mayor incidencia de lluvias.
Con estas referencias se procede a determinar los principales componentes del balance
hídrico a nivel mensual.
Los componentes del modelo son:
Cmi  Pi  Di  Gi  Ai
Donde:
Cmi
-
Escurrimiento mensual (mm./mes)
Pi
-
Precipitación total mensual (mm./mes)
Gi
-
Gasto de la retención (mm./mes)
Ai
-
Abastecimiento de la retención (mm./mes)
Di
-
Déficit de escurrimiento (mm./mes).
Durante el año hidrológico la retención no cambia, el agua almacenada en el periodo
húmedo es liberada en el estiaje, por lo tanto Ai = Gi y la expresión (Pi–Di) puede ser
sustituida por (C*P).
Los cálculos han sido realizados con la ayuda de un programa que permite obtener los
resultados en forma automatizada mediante una computadora, sin embargo a manera de
ejemplo, se muestra el cálculo para el año promedio.
19
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
Donde:
P
-
Precipitación anual promedio
C
-
Coeficiente de escorrentía.
Se trata de distribuir esta lámina mes a mes tomando en cuenta los componentes del
balance hídrico mensual, el proceso va resumido en el cuadro Nº 15 para la cuenca alta
del río Chincay durante los meses del año, método que no se vaya confundir con la
generación de caudales promedios calculado estadísticamente como se muestra en los
cuadros
Para tener conocimiento el potencial hídrico solamente considerado de la cuenca alta del
río C h i n c a y
durante los meses del año caudales promedios mensuales que se
cuenta con sólo como se da ha conocer en el cuadro No 15. Que esto es calculado
teniendo en cuenta las características hídricas en zona del área de la cuenca alta del
Chincay.
Retención de los almacenes hídricos
b)
Para efectos de calcular la retención de las subcuencas que es justamente la que abastece
en el periodo de estiaje, se ha utilizado la siguiente expresión:
RET 
Acuif * (7.5 * I  315)  5 * (Lag  Nev)
Ac
Donde:
CALCULO DE LOS ALMACENES HIDRICOS
RET = Acuif*(-7.5*I + 315) + 5*(Lag. + Nev.)/Area de la Cuenca
Acuif = AcuÍferos =
0.2 KM2
Lag = Lagunas =
0.1 KM2
Nev. = Nevados =
0.0 KM2
Area de la Cuenca =
516.6 KM2
I = Pendiente del Acuif. =
98.5 %
-0.16 mm/año
RET =
c)
Coeficiente de agotamiento
20
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
La retención de la cuenca alta del río Chincay, es almacenada en los depósitos hídricos
en el periodo de lluvia según la distribución mensual adoptada anteriormente. Para que
pueda existir el balance hídrico al fin del año hidrológico, ésta retención debe abastecer
de agua a las subcuencas en la época de estiaje; su distribución estacional se realiza
siguiendo la curva exponencial que es representada por el coeficiente de agotamiento.
El modelo utilizado plantea cuatro formulas empíricas para estimar este coeficiente,
para una temperatura mayor a 10º C le corresponde un agotamiento muy rápido, esto es:
COEFICIENTE DE AGOTAMIENTO
Cag = -0.00252*Ln(Area de la Cuenca) + 0.034
Cagot. =
0.01
Cag  0.00252* Ln( Ac)  0.034  0.02
Este coeficiente está vinculado con otro que es la relación que existe entre la descarga
del mes y la del mes anterior con la siguiente expresión.
bo  e( Cag *30)
Durante la estación seca, la lámina escurrida disminuye mes a mes hasta agotarse, en la
relación:
C1
i
 b0
C0
Donde:
CALCULO DE Bi
Bi = e^(-Cagx30) =
0.696
0.484
0.337
0.234
0.163
0.113
0.079
i
-
Meses de estiaje
(1, 2, 3, 4, 5, 6,).
d)
Aporte y abastecimiento de la retención
21
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
Una vez establecidos estos parámetros y calculados sus valores, se procede a calcular la
lámina escurrida para cada mes. En el periodo de estiaje existirá aporte de la retención,
este se calcula para cada mes con la siguiente expresión:
Gi 
RET * b0
 b0
i
En la época de lluvias se presenta el abastecimiento de los almacenes que se calcula con
la ecuación:
Ai 
a i * RET
100
CALCULO DEL GASTO = Gi = RET*Bi^n/SumaBi
n= 1,2,3,4,5,6
Gi =
0.003
0.002
0.001
0.001
0.001
0.000
0.000
e)
Lámina escurrida mensualmente
Finalmente la lámina escurrida mensualmente se calcula con la siguiente relación:
Cmi  Pei  Gi  Ai
Donde:
Cmi
-
Lámina escurrida mensualmente.
Pei
-
Precipitación efectiva mensual.
Ai
- Alimentación mensual.
Gi
- Gasto mensual.
Por ejemplo para el mes de Enero, reemplazando valores se obtiene:
CALCULO DE LA ALIMENTACION
Ai = ai*RET/100
CALCULO DE LA LAMINA ESCURRIDA MENSUALMENTE
Cmi = Pei(precipitación efectiva + Gi(gasto) – Ai (alimentación)
Por Ejemplo para el Mes de Enero
Cmi =
131.90 + 0 - 0 = 131.90
131.90
22
mm/mes
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CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
Los valores se encuentran anexados en el cuadro Nº 15
f)
Determinación de coeficientes
Una vez calculadas las láminas escurridas mes a mes y contando con las precipitaciones
efectivas, se realiza el análisis de regresión tomando como variable dependiente la
lámina escurrida en el mes presente y como variables independientes la lámina escurrida
en el mes anterior y la precipitación efectiva del mes presente; esta regresión múltiple
da como resultado,
Coeficientes
B1
B2
B3
R
S
Valores obtenidos
0.5938
0.2501
0.9371
0.9997
0.6064
6.0.
GENERACIÓN DE CAUDALES
Utilizando las precipitaciones generadas para las cuencas, se ha procedido a la
generación de caudales para el periodo de registros con que contaban cada uno de las
estaciones ya asumido como valor inicial para comenzar la generación, el caudal
correspondiente a los meses del año, los cuadros donde se, muestran los valores de
precipitación efectiva, los números aleatorios empleados en la generación y los caudales
generados, respectivamente, obteniéndose tiene 4.93 m3/seg el caudal generado teórico,
de la cuenca del río Chincay.
a). Justificación de utilización del modelo
En el Estudio Inventario y Evaluación Nacional de Aguas Superficiales, elaborado por
la ex ONERN, se determina el escurrimiento superficial medio anual para todo el País,
mediante Zonas de escurrimiento definidas en base a Zonas de Vida. Para la región
donde se ubica la presente micro cuenca, se calcula el escurrimiento superficial medio
anual utilizando como modelo las siguientes cuencas:
Estos resultados como lo explican en el estudio antes mencionado, corresponden a un
nivel de planificación y por lo tanto son conservadores.
23
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
Con estos resultados se planteo una relación lineal entre el caudal vs. Área,
encontrándose la siguiente expresión, ver justificación de utilización del modelo en el
anexo del recurso hídrico
De acuerdo al modelo utilizado en el presente estudio, se ha calculado para la cuenca
con la misma área, un escurrimiento medio anual de 3.95 m3/ seg.
Escurrimiento Medio Anual 
Escorrentia Anual
Número de meses
Por otro lado en la micro cuenca mencionada no existen datos de caudales que permitan
calibrar el modelo empleado, con las demás micro cuencas establecidas en el cuadro No
19, que son muy cercanas a ella.
Por lo que tenemos la gráfica del modelo.
Gráfico N° 6
RELACION CAUDAL vs AREA
12.0
y =0.0281x + 1.1483
R2 =0.9518
10.0
Persistencia de la descarga
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
A R E A (K m2 )
En el cuadro, se muestran los caudales disponibles al 75% de persistencia.
Los caudales disponibles se obtuvieron utilizando la ecuación ver en el anexo adjunto:
Q * 75%  Q prom  0.6745 * SD
Donde:
Desviación estándar
SD
-
0.6745 -
Valor de la normal para el nivel de persistencia del 75%
24
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CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
6.1.-
CAUDALES MÁXIMOS INSTANTANEOS.
La descarga máxima para la cuenca alta del río Chincay, se determinó el caudal
máximo mediante la fórmula de Mac Math, cuya expresión es la siguiente:
Q max 
C * P * Ac 0.58 * I 0.42
1000
Donde:
Q max -
Descarga máxima para un tiempo de retorno T, (m3/s)
P
-
Precipitación máxima para un tiempo de retorno T, (mm.)
C
-
Coeficiente de escorrentía.
Ac
-
Área de la Micro cuenca ( ha.)
I
-
Pendiente media del cauce (m/km.)
Esta fórmula considera la precipitación como la causa directa de la máxima avenida y
toma en cuenta las características físicas de la cuenca que tienen decisiva influencia en
la magnitud de las descargas como el área y al pendiente media del cause principal.
Asimismo involucra un coeficiente de escorrentía máximo que para el presente caso se
obtuvo en función de las características ecológicas.
La precipitación máxima para un periodo de retorno T, fue calculada mediante un
análisis de frecuencia de las Precipitaciones Máximas en diarias estación Oxapampa
(Oxapampa), y promedios mensuales de la estación de y Oxapampa (Huancabamba),
para el caso de la cuenca del Chincay, y las quebradas que lo componen dicha área de la
cuenca.
Los resultados del cuadro fueron calculados mediante el método estadístico
con las
variables que presentaron las estaciones utilizados cuyo parámetro máximo, promedio y
mínimo mensuales, dando resultados aproximados con poca diferencia comparada con
el cuadro calculado por método diferente, dando como conclusión que los datos
utilizados nos arrojan muestras casi semejantes durante los meses del año cuyo ajuste
25
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CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
son aceptables para el cálculo de los caudales máximos con diferentes períodos de
retorno como se observa en el cuadro.
Las descargas máximas calculadas por el Método de Mac Math, se muestran:
Sabemos que éste tipo de caudales de diseños es muy importante para estructuras de
regulación, estructuras de diseño del Construcción Puente Carrozable sobre el río
Chincay, estructuras de derivación, donde es necesario tener en cuenta con la finalidad
de atenuar los caudales picos, haciendo decrecer los picos de elevación de la creciente
aguas abajo, por lo que el diseño en estructuras tratará de tomar el caudal máxima con
un período de retorno apropiado, recomendando de acuerdo a la geomorfología de la
cuenca, precipitaciones muy variadas y vegetación normal con provincias de humedad
propias de las partes altas, sugiero tomar en cuenta un caudal de 4.93 m3/seg. para un
período de retorno de 50 años.
7.- RESULTADO DE CAUDALES MAXIMOS EN EL RIO CHINCAY
Desde que nace el río Chincay en los pueblos de la provincia de Oxapampa, desde
estas montañas, que recorre por su dren principal el río va cambiando y aumentando su
caudal poco a poco según va descendiendo.
A veces nos cuesta reconocer desde el pequeño arroyo cristalino, que cuyo naciente
cuando presenciamos el ancho del río de aguas profundas que recorre su curso. En los
diferentes tipos de terreno donde en la primera parte de su recorrido el río empieza a
descender de la montaña alta. Aquí el cauce es hondo y estrecho, la corriente es rápida,
las aguas frías y limpias, dé fondo rocoso en un 65 %, la corriente desprende muchas
piedras que son arrastrabas aguas abajo. Al ir bajando, el río forma muchas caídas de
agua en los desniveles del terreno. Donde esta primera parte del río se llama primera
etapa o etapa juvenil. Más abajo, sus aguas van disminuyendo su velocidad donde su
cauce se va ensanchando en forma de curvas, en las orillas hay playas con arena gruesa
y en el fondo del agua se observan pequeñas piedrecillas y más arena. Esta es la
segunda etapa o etapa de madurez, donde estas dos etapas cumple desde su naciente
hasta el punto del estudio, donde es necesario este recorrido para poder tabular y
calcular los caudales máximos en sus diferentes puntos de controles tomando la
26
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
metodología más apropiado para éstos tipos de estudio dentro de la cuenca alta del
Chincay.
El agua que se dirige al río sobre la superficie, como flujo de arroyo, puede convertirse
en grandes inundaciones cuando ocurren tormentas intensas a lo largo de la cuenca del
Río Chincay, donde las mayores de las inundaciones del Río suelen ocurrir durante la
temporada de (Enero a Marzo), cuando la humedad de la selva viaja hacia el sur y se
convierte en tormentas eléctricas, El río Chincay en estudio tiene un área y una longitud
donde se calculó el caudal máximo total para diferentes períodos de retorno mediante el
estudio Hidrológico propuesto, como se observa con períodos de 2,5,10,25,50 y 100
años.
8.00.0 SOCAVACIÓN GENERAL DEL CAUCE RIO CHINCAY
El estudio de la socavación general como local y por contracción dentro del área del
proyecto de la construcción del puente sobre el río Chincay fueron tomados con
resultados del estudio hidrológico y los resultados geotécnicos.
El estudio de socavación general es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce
cuando ocurre una crecida debido al efecto hidráulico de un estrechamiento de la
sección; la degradación del fondo de cauce se detiene cuando se alcanza nuevas
condiciones de equilibrio por disminución de la velocidad a causa del aumento de la
sección transversal debido al proceso de erosión.
Para la determinación de la socavación general se empleará el criterio de LischtvaLevediev.
La velocidad erosiva media que se requiere para degradar el fondo está dado por las
siguientes expresiones:
Ve == 0.60 gd1.18bH.xs m/s, suelos cohesivos
Ve == 0.68 bd.0.28H.x s m/s, suelos no cohesivos
En donde:
Ve
Gd
= Velocidad media suficiente para degradar el cause en m/s
= Peso volumétrico del material seco que se encuentra a una profundidad Hs,
medida desde la superficie del agua (Ton/m3)
27
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
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b
x
Hs
dm
= Coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que
se estudia.
Ver tabla Nº 3
= Es un exponente variable que está en función del peso volumétrico gs del
material seco (Ton/m3)
= Tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer que valor de Ve
se requiere para arrastrar y levantar en material (m)
= Es el diámetro medio en (mm) de los granos obtenidos del fondo calculado
con la expresión dm =0.01 ∑ di pi
En el cual:
di
pi
= Diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la
muestra total que se analiza.
= Peso de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la muestra.
Las fracciones escogidas no deben ser iguales entre si.
Para el cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos se usará las
siguientes expresiones.
Suelos cohesivos:
1 /( 1 x )
 aH o5 / 3 

Hs  
1.18 
0.60bg
d


Suelos no cohesivos:
1 /( 1 x )
 aH o5 / 3 

Hs  
0.28 
0.68bg
m 

a 
Qd
H
Bem
5/3
m
Donde:
Qd = caudal de diseño (m3/s)
Be = ancho efectivo de la superficie del agua en la sección transversal
m
= coeficiente de contracción Ver tabla Nº 1
Hm = profundidad media de la sección = Área / Be
x
= exponente variable que depende del diámetro del material y se
encuentra en la tabla Nº 2
dm = diámetro medio (mm)
28
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
Velocidad
media en la
sección en
m/s
Menor de 1
TABLA Nº 1
COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN
Longitud libre entre dos márgenes
10
13
16
18
21
25
30
42
52
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.96
0.97
0.98
0.99
0.99
0.99
1.00
1.00
1.00
1.50
0.94
0.96
0.97
0.97
0.97
0.98
0.99
0.99
0.99
2.00
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.97
0.98
0.98
0.99
2.50
0.90
0.93
0.94
0.95
0.96
0.96
0.97
0.98
0.98
3.00
0.89
0.91
0.93
0.94
0.95
0.96
0.96
0.97
0.98
3.50
0.87
0.90
0.92
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
4.00 o
mayor
0.85
0.89
0.91
0.92
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
29
63
106
124
200
1.00
1.00
1.00
1.00
0.99
1.00
0.99
0.99
0.99
0.99
0.98
0.99
0.98
0.99
0.98
0.99
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.99
1.00
0.99
1.00
0.99
0.99
0.99
0.99
0.99
0.99
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
TABLA Nº 2
VALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS
SUELOS COHESIVOS
SUELOS NO COHESIVOS
P. especifico
X
dm (mm)
X
0.80
0.52
0.05
0.43
0.83
0.51
0.15
0.42
0.86
0.50
0.50
0.41
0.88
0.49
1.00
0.40
0.90
0.48
1.50
0.39
0.93
0.47
2.50
0.38
0.96
0.46
4.00
0.37
0.98
0.45
6.00
0.36
1.00
0.44
8.00
0.35
1.04
0.43
10.00
0.34
1.08
0.42
15.00
0.33
1.12
0.41
20.00
0.32
1.16
0.40
25.00
0.31
1.20
0.39
40.00
0.30
1.24
0.38
60.00
0.29
1.28
0.37
90.00
0.28
1.34
0.36
140.00
0.27
1.40
0.35
190.00
0.26
1.46
0.34
250.00
0.25
1.52
0.33
310.00
0.24
1.58
0.32
370.00
0.23
1.64
0.31
450.00
0.22
1.71
0.30
570.00
0.21
1.80
0.29
750.00
0.20
1.89
0.28
1 000.00
0.19
2.00
0.27
TABLA Nº 3
VALORES DEL COEFICIENTE b
Periodo de Retorno del gasto de diseño
(años)
2
5
10
20
50
100
500
Coeficiente b
0.82
0.86
0.90
0.94
0.97
1.00
1.05
8.1.-SOCAVACIÓN AL BORDE DEL RIO CHINCAY
El método que será expuesto se debe a K, F, Artamonov y permite estimar la
profundidad de socavación al pie de la estructura. Esta erosión depende del gasto que
teóricamente es interceptado por el margen, relacionando con el gasto total que escurre
30
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
por el río, del talud que tiene los lados de la defensa y del ángulo que el eje longitudinal
que la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido
desde la superficie libre de la corriente, está dado por:
St = Pa Pq Pr Ho
Donde:
= coeficiente que depende del ángulo a que forma el eje de estructura con la
corriente, como se indica en la figura siguiente; su valor se puede encontrar en la
tabla Nº 4
= coeficiente que de pende de la relación Q1/Q en que Q1 es el gasto que
Teóricamente pararía por el lugar ocupado por el estribo si éste no existiera y Q,
es el gasto total que escurre por el río. El valor de Pq puede encontrarse en la
tabla Nº 5
= coeficiente que depende del talud que tienen los lados del río, su valor puede
Obtenerse en la tabla Nº 6
= tirante que se tiene en la zona antes de la erosión
Pa
Pq
Pr
Ho
TABLA Nº 4
VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pa EN FUNCIÓN DE a
a
Pa
30º
60º
0.84
0.94
150º
1.19
90º
120º
1.00
1.07
TABLA Nº 5
VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pq EN FUNCIÓN DE Q1/Q
Q1/Q
Pq
0.10
0.20
0.30
2.00
2.65
3.22
0.40
0.80
3.45
4.20
0.50
0.60
0.70
3.67
3.87
4.06
TABLA Nº 6
VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pr EN FUNCIÓN DE R
TALUD r
Pr
0
0.50
1.00
0.91
1.00
3.00
0.85
0.50
31
1.50
2.00
0.83
0.61
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CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
8.2. Cálculo de la socavación general en el cauce:
PARA PERÍODO DE RETORNO DE 50 AÑOS.
DETERMINACION DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACION
TIPO DE CAUCE
1
(ver cuadro adjunto)
CAUCE
TIPO
SUELO COHESIVO
1
SUELO NO COHESIVO
2
A.- Cálculo de la socavación general en el cauce:
Hs = profundidad de socavación (m)
Qd =
4.93 m3/seg
caudal de diseño
Be =
4.43 m
ancho efectivo de la superficie de agua
Ho =
0.78 m
tirante antes de la erosión
Vm =
2.14 m/seg
velocidad media en la sección
m=
0.87
Coeficiente de contracción. Ver tabla N° 1
gd =
dm =
x =
Tr =
2.00 Tn/m3
0.50 mm
0.270
50.00 años
b =
A =
Hm =
a =
0.97
2.30 m2
0.520 m
3.801
peso específico del suelo del cauce
diámetro medio
Exponente variable. Ver tabla Nº 2
Periodo de retorno del gasto de diseño
Coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseño. Ver
tabla Nº 3
área de la sección hidráulica
profundidad media de la sección
Entonces,
Hs =
1.66
m
ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce
ds =
0.88 m
Asumimos
0.90 m
ds =
32
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
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LA SOCAVACION LOCAL AL PIE DE LOS ESTRIBOS PARA
PERÍODOS DE RETORNO DE 50 AÑOS.
B.- Cálculo de la socavación al pie de estribos:
1.- Estribo margen izquierda aguas abajo
St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.
Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la
erosion
Q = caudal de diseño
Q1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la
margen izquierda
Q1/Q =
Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. Ver tabla N° 5
a
= ángulo que forma el eje del estribo con la corriente
Pa = coeficiente que depende del ángulo a . Ver tabla N° 4
R = talud que tiene el estribo
PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo. Ver
tabla N° 6
0.50
4.93
m
m3/seg
10.67 m3/seg
2.17
1.42
65.47 °
1.55
0.18
0.98
Entonces,
St =
1.08
m
ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce
Asumimos
So =
0.58
m
So =
0.60
m
2.- Estribo margen derecha aguas abajo
St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.
Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la
erosión
Q = caudal de diseño
Q1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la
margen derecha
Q1/Q =
Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. Ver tabla N° 5
a
= ángulo que forma el eje del estribo con la corriente
Pa = coeficiente que depende del ángulo a . Ver tabla N° 4
R = talud que tiene el estribo
PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo. Ver tabla
N° 6
Entonces,
St =
1.14
m
ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce
Asumimos
So =
0.64
m
So =
0.65
m
33
0.50
4.93
m
m3/seg
3.94 m3/seg
0.80
1.27
88.73 °
1.82
0.18
0.98
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8.3.0 APORTE DE SEDIMENTOS
El aporte de sedimentos a un curso de río tiene gran influencia sobre la factibilidad
técnica y económica y sobre la operación de proyectos de recursos hídricos. Los
sedimentos ocasionan no solamente reducción de la capacidad de almacenamiento sino
que también pueden llegar a ocasionar problemas en el funcionamiento de tomas y
descargas de agua. La evaluación precisa de esta influencia se hace difícil porque
normalmente existen limitaciones significativas en la información básica disponible.
Sedimentos son todas aquellas partículas que una corriente lleva por deslizamiento,
rodamiento, o saltación, ya sea en suspensión o sobre el fondo del lecho. Los
sedimentos tienen su origen en el lecho, en las laderas del río y en la cuenca
hidrográfica. Tres clases de materiales se distinguen en un cauce natural considerando
únicamente la resistencia que ofrecen a ser transportados por una corriente: materiales
no cohesivos o granulares, materiales cohesivos y rocas.
El material granular está formado por partículas sueltas. La fuerza que un líquido debe
hacer para mover las partículas es función del peso de cada partícula y del coeficiente
de fricción interna. El material cohesivo está formado de partículas muy pequeñas que
ofrecen resistencia al flujo de agua. La fuerza de cohesión que impide el transporte de
las partículas por una corriente es considerablemente mayor que el peso de la partícula,
y por lo tanto, una vez que esta fuerza es vencida, la partícula se puede comportar como
si fuera granular y ser transportada en suspensión debido a su peso y tamaño reducidos.
El material rocoso usualmente no es movido o erodado por una corriente de agua
durante el tiempo de vida de una estructura. El material rocoso puede comportarse como
granular si está fracturado y la energía del flujo es muy alta.
El volumen de sedimentos que podría producir la cuenca en cada uno de las subcuencas
considerados tiene especial significación en el diseño de las infraestructuras hidráulicas
por que permite cuantificar el volumen que ocuparía en el embalse y que constituiría el
volumen muerto.
El aporte de sedimentos se determina utilizando diversas formulas empíricas y
semiempiricas como aquellas de Namba, J:B: Owen y F:A. Branson, murano. Us
Bureau Reclamation y la formula universal de perdida de suelos FUPS, que permiten
cuantificar el aporte de sedimentos en ubicaciones especificas cuando no se cuenta con
34
Estudio Hidrológico del Proyecto “CONSTRUCCIÓN PUENTE CARROZABLE
CHINCAY, DISTRITO DE HUANCABAMBA, PROVINCIA DE OXAPAMPA PASCO”
mediciones de sedimentos ; en el presente estudio a todas las formulas, con excepción
de la FUPS, se le agrupa bajo la denominación de empíricas.
FORMULAS IMPIRICAS - FORMULA DE NAMBA
AS  0.292P  0.474H  0.118F  2452
Donde
AS
=
Aportación de sedimentos en m3/ km2 -Año
P
=
Precipitación media anual en mm.
H
=
Desnivel total de las elevaciones de la cuenca en metros
= Relación del área de suelo desnudo a área de suelo cubierto de
F
vegetación, en porcentaje
FORMULA DE J.B. OWEN Y F.A. BRANSON 1970
Para cuencas en el oeste del estado de Colorado,U.S.A.
 H 
AS  19464.6   14.29Ps  604.8
 L 
Donde
AS
=
Aportación de sedimentos en m3/ km2 -Año
 H 
 
 L 
=
Cociente entre el desnivel de cotas de la cuenca y la longitud total
del cauce principal, adimensional
Ps
=
porcentaje de suelo desnudo en la cuenca
FORMULA DE MURANO
Obtenida en base a datos de 103 embalses
AS  10 3.2 A 0.21 P 0.97 Me1.21 Sc 0.68
Donde
AS
=
A
Aportación de sedimentos en m3/ km2 -Año
=
Área de la Cuenca en km2
P
=
Precipitación media anual
Me
=
Elevación media de la cuenca en msnm
35
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Sc
=
Pendiente promedio de la cuenca
FORMULA SEGÚN U.S. BUERAU OF RECLAMATION
AS  1421.8 A 0.229
Donde
A
=
Área de la cuenca en km2
AS
=
Aportación de sedimentos en m3/ km2 -Año
FORMULA OBTENIDA EN BASE A MEDICIONES EN LA CUENCA DEL
RÍO CHINCAY
AS  780.7 A 0.26
Donde
A
AS
=
=
Área de la cuenca en km2
Aportación de sedimentos en m3/ km2 -Año
Utilizando las datos de las Subcuencas y las formulas anteriormente referidas, se
obtuvieron los volúmenes de aportes de los sedimentos, en las secciones y/o
puntos de interés se muestran en el cuadro siguiente
SUB CUENCA:
RIO CHINCAY
FORMULA
m3/ km2 -año
NAMBA
3639.96
OWEN Y BRANSON
398.09
MURANO
131.91
USBR
263.11
MED.EN MANTARO
114.98
PROMEDIO ANUAL
227.02
No se tuvo en cuenta de la formula de NAMBA
36
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9.00.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES:
a.-
Se analizaron los datos de precipitaciones promedios mensuales y
máximos de
24 horas de las estaciones meteorológicas de Oxapampa
(Oxapampa), y Oxapampa (Huancabamba)
b.-
La Sub Cuenca Alta del río Chincay para su mejor análisis, se demarcó
con la finalidad de contar cuál es el volumen acumulado del recurso
hídrico y conocer los caudales máximos que presentan en el área del
proyecto de la construcción del Puente Carrozable sobre el río Chincay.
Ver plano de demarcación la cuenca cuyo resultado es:
c.-
El Caudal que se presenta, con una avenida máxima Instantánea, donde es
necesario tomar en cuenta las medidas necesarias de la ocurrencia de
impactos negativos con los parámetros hidrológicos calculadas para el
diseño de la estructura del Puente de Chincay es de 4.93 M3/seg, para un
período de retorno de 50 años, mediante el método de Mac Math.
d.-
La determinación del período de retorno y la descarga máxima del diseño
de acuerdo a la importancia de la estructura y consecuencia de la falla,
donde garantiza las características Hidráulicas sería de 50 años de
período de retorno.
e.-
Las características Hidráulicas en máximas avenidas para un período de
retorno de 50 años, del río Chincay que se tomarán en cuenta son: ver
cuadro No 23. (Ancho efectivo considerado = 8.20 metros)
- Tirante del río para la máxima avenida = 1.10 metros.
- Velocidad del flujo en máxima avenida = 2.14 metros
- Área Hidráulica = 9.69 M2.
- No de Froud = 0.74
- Energía específica = 2.63 m-Kg/Kg.
- Tipo de Flujo: Subcrítico.
37
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g.- La profundidad de Socavación general para el tipo de suelo obtenido del
especialista en geotecnia y los resultados hidrológicos como velocidad media,
ancho superficial, área de flujo, pendiente de línea de energía, nivel de la
superficie de agua, perímetro de flujo y el radio hidráulico, se obtuvieron las
socavaciones: Local y general.
Tipo
Socavación Local(m)
Márgenes
Derecha
Izquierda
0.65
0.60
Socavación General(m)
Período de retorno
50 Años
0.90
h.- Las ondas dinámicas de acuerdo a la simulación hidrológica, tránsitan flujos
bajos, es un flujo no uniforme y no permanente, debido a que varían en el
tiempo, y no uniforme de que las propiedades del flujo como la elevación de la
superficie del agua, la velocidad y el caudal no son constantes a lo largo del río
hasta la estudio proyectado, teniendo un tránsito del flujo no erosionable, por ser
cauce permanente.
RECOMENDACIONES:
a.- El tirante del caudal máximo, fue tomado con los parámetros elementales que
recomienda algunos autores como el coeficiente de rugosidad para la zona del
área del estudio, donde existen obstáculos en crecientes temporales, por lo que
es necesario considerar.
38