GOBIERNO REGIONAL CUSCOGERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA SUB GERENCIA DE ESTUDIOS DE INVERSIND I S E O D E P A V I M E N T O

5.3 ESTUDIO HIDROLOGICO, DRENAJE Y DISEO5.3.1 ASPECTOS GENERALESLa hidrologa se centra en el anlisis y evaluacin de los problemas que originan la presencia de las aguas superficiales y subterrneas en la proyeccin de las principales estructuras a fin de dar soluciones ms convenientes a la realidad del proyecto.La hidrologa desarrolla el estudio de la intensidad de la precipitacin y la frecuencia con la que esta, origina mximos escurrimientos que igualan o exceden ciertos valores crticos, por lo que se trata de determinar los caudales probables de escurrimiento por efecto de las lluvias, y el diseo de las obras para lograr su evacuacin rpida, como medida de proteccin de la va misma.En la concepcin de este proyecto, se ha previsto la preservacin y mejoramiento de la va mediante la construccin de un sistema de drenaje (alcantarillas y --cunetas) a efectos de evacuar las aguas de lluvia y reducir la infiltracin.En este sentido su construccin beneficiara directamente a todos los usuarios de la va y a todos los pobladores de la zona. Considerando los tramos a intervenir en el proyecto denominado EXPEDIENTE DE ADECUACION DEL PROYECTO MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA: RANRACCASA - COLQUEMARCA - Dv. VELILLE - CHAMACA - TUNGASUCA - YANAOCA - YAURI: VARIANTE Dv. TUNGASUCA - INTEGRACIN KANA (QUIRIPAMPA); ACCESO SANTO TOMAS - Dv. VELILLE Y ACCESO VELILLE - Dv. SANTO TOMAS. PROVINCIAS: PARURO, CHUMBIVILCAS, CANAS, ESPINAR; REGIN CUSCOITEMTRAMOS EN EJECUCIONLONG. (Km)

1DV TUNGASUCA - TUNGASUCA13.20

2CHAMACA - EMP. VELILLE / COLQUEMARCA - SANTO TOMAS46.13

3 LIVITACA - EMP. INTEGRAC KANA (QUIRIPAMPA) 8.92

4 LIVITACA - CHAMACA 12.76

5 EMP. VELILLE / COLQUEMARCA - COLQUEMARCA 16.00

6RANRACCASA - COLQUEMARCA91.90

Se ha visto por conveniente efectuar el estudio hidrolgico del tramo ms crtico (aquel que presenta mayor intensidad de lluvias segn informacin estadstica de senamhi), para de esta manera obtener una intensidad mxima la cual puede ser replicada en los otros tramos, de esta manera se asegura colocar obras de drenaje que cubran de manera segura los requerimientos hidrolgicos( precipitaciones, escorrenta, etc.), tomando como referencia el valor critico calculado para el tramo critico elegido.Siguiendo ese criterio y tomando como base los datos estadsticos de senamhi se ha elegido el tramo Chamaca-Santo Tomas km 0+000-55+000 como base para realizar el estudio hidrolgico. 5.3.2 OBJETIVO:El presente estudio de hidrologa, tiene como objetivo evaluar y establecer los criterios que permitan determinar los parmetros hidrolgicos de diseo sobre la base del reconocimiento de

campo de la zona de estudio y la informacin meteorolgica disponible, as como definir el diseo de las obras de evacuacin de las aguas permanentes y las producidas por las lluvias.5.3.3 AREA DEL ESTUDIO:El tramo en estudio presenta las coordenadas geogrficas de:SANTO TOMAS-CHAMACALATITUDLONGITUDUTM

INICIO(SANTO TOMAS) S1427'23.81'' W7204'07.43'' 168989.1918399882.72

FIN( CHAMACA) S1418'02.73'' W7151'15.71'' 192047.0018417114.01

5.3.4 CARTOGRAFIAEl desarrollo de la va se ubica en las cartas nacionales de Santo Tomas 29-R y Livitaca 29-S, del instituto Geogrfico Nacional (IGN) a escala 1/100,000 informacin que permite cuantificar las potencialidades de reas de drenaje de los cauces que son interceptados por la va en estudio.5.3.5 PLUVIOMETRIALa informacin de las estaciones pluviomtricas localizadas en la zona en estudio, son administradas por el Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa-SENAMHI, existiendo estaciones meteorolgicas y asumiendo la estacin de Santo Tomas como estacin ndice y otras de comportamiento similar a la zona en estudio, con la cuales realizamos la generacin de datos.5.3.6 CARACTERISTICAS DE LAS ESTACIONES DE PRECIPITACION:Estacin PluviometricaUBICACINAltitud( msnm)Distrito

Latitud( S)Longitud( W)

Santo Tomas1426'7204'3,660.00Santo Tomas-Cusco

Kayra1325'7152'3,219.00Kayra-Cusco

Livitaca1419'7141'3,741.00Livitaca-Cusco

Paruro1346'7151'3,084.00Paruro-Cusco

5.3.7 TEMPERATURAEl Cusco por tener una diversidad de pisos altitudinales, presenta una variedad de climas y paisajes fito-geograficos que influyen en la agricultura y la ubicacin de las poblaciones. En las partes ms altas (3700.00 msnm a mas) son climas de temperaturas fras.El distrito de Santo Tomas se encuentra a 3660.00 m.s.n.m y Chamaca a 3754.00 m.s.n.m y tienen una temperatura media anual de 7 C.5.3.8 ESTIMACION DE CAUDALES DE DISEOSe presenta una verificacin de datos similares bajo el manejo de tres estaciones meteorolgicas para contrastar con los datos directos de precipitacin mxima que se tiene en la zona, estos son

los valores de precipitacin mxima que se usaran en el anlisis para determinar el caudal para el diseo de obras de arte.La estimacin de la precipitacin mxima, se realiza mediante la interpolacin y recopilacin de informacin de precipitaciones pluviales anuales de las estaciones del entorno, como las precipitaciones en altura de agua varan de un lugar a otro y adems, constituyen un conjunto numeroso de datos, se recurre a la estadstica, con fines de completar y extender los mismos determinando la consistencia de los registros (regionalizacin de datos). Se realiza un anlisis de consistencia por el mtodo de doble masa que verifica la consistencia del registro de cada estacin y extrapolndolas a la zona de estudio las cuales afecta a las intensidades de lluvia en intensidades mximas de diferentes periodos de retorno, empleando la distribucin de Gumbel de precipitacin mxima para diferentes tiempos de retorno de 5, 10, 25, 50 y 100 aos como se muestranESTACIONFUNCION DE PROBABILIDADPRECIPITACION MAXIMA(mm)

Tr=05 aosTr=10 aosTr=25 aosTr=50 aosTr=100 aos

Santo TomasGumbel31.4253.4462.2168.8475.47

5.3.9 DETERMINACION DE LOS PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS DE LAS CUENCASLa topografa juega un papel importante, porque sobre estos, se definirn el tipo de estructura, tamao, perfil longitudinal del canal a la entrada y salida de la estructura, cotas de fundacin de la estructura a colocar, dependiendo de las caractersticas de los lechos y de la importancia de las estructuras, se realizan prospecciones geotcnicas que permiten recomendar parmetros aproximados, para el diseo y fundacin de las obras de arte.Para obtener el caudal mximo de diseo, se ha de determinar primero los datos geomorfolgicos de las denominadas sub-cuencas que son interceptadas por el eje de la carretera; siendo requeridos por las ecuaciones de Benham y Mac Math: Area( km2), longitud del cauce mayor( L, km), pendiente del cauce( S), obtenidas a partir de las cartas nacionales.El coeficiente de escorrenta est dada por la frmula de Justin en base a parmetros descritos en su clculo, no se adopta este coeficiente en funcin al tipo de cobertura debido a la variedad de infiltracin y topografa que presenta la zona.5.3.10 DETERMINACION DEL TIEMPO DE CONCENTRACION (Tc)El tiempo de concentracin es el tiempo definido como el tiempo requerido para que una gota de agua cada en el extremo ms alejado del rea de la cuenca llegue a la seccin de salida, para determinar este tiempo empleamos la frmula de Benham, para las diferentes sub-cuencas observadas en el plano hidrolgico5.3.11 CALCULO DEL CAUDAL MAXIMOEl caudal mximo hallado para las cuencas identificadas son halladas mediante la generacin de intensidades para la cuenca en estudio con el empleo de la estadstica y la ley de distribucin

GUMBEL y la vida del proyecto (Vida til), considerado dentro de un periodo de retorno par el evento mximo (50 aos) y la Formula de MAC-MATH5.3.12 ESTUDIOS DE DRENAJELa importancia del estudio consiste en definir el diseo de las obras de evacuacin de las aguas permanentes y las producidas por las lluvias, lograr su evacuacin rpida, controlar y minimizar el problema que genera la escorrenta superficial y sub-superficial a la carpeta de rodadura, proporcionando un diseo adecuado de las obras de drenaje propuestas y evitar el deterioro permanente y progresivo de la va.5.3.13 ASPECTOS TOPOGRAFICOS, GEOLOGICOS E HIDROLOGICOSLa zona de estudio Santo Tomas-Chamaca, presenta un territorio accidentado, con valles estrechos y laderas de fuerte pendiente. El clima es frio, moderadamente lluvioso y con amplitud trmica moderada. En lneas generales presenta las siguientes caractersticas: Altitud Promedio:3,660.00 msnm rea de la Cuenca de Influencia:2,063.61 Has Temperatura Mxima: 12 C Temperatura Mnima: 2 C Humedad Relativa Promedio: 75%5.3.14 CALCULO DE LA PRECIPITACION5.3.14.1 ANALISIS DE DATOS PLUVIOMETRICOSEn la zona, se cuentan con estaciones meteorolgicas por ello, para el clculo de las precipitaciones pluviomtricas se hace necesario contrastar datos a partir de estaciones con caractersticas topogrficas y climatolgicas similares, se tiene en el departamento registros meteorolgicos para la generacin y clculo de precipitaciones, para lo cual se ha considerado las estaciones de Santo Tomas( ndice), Paruro, Livitaca, Kayra ( de contraste) y con fines de completar y extender los datos, se recurre a la estadstica, para determinar la consistencia de los registros( regionalizacin de datos).Curva Masa de Precipitacin, para determinar, si la informacin disponible es confiable, se realiza un anlisis de consistencia por el mtodo de doble masa; que verifica la consistencia del registro de cada estacin, con los correspondientes factores de correccin, por altura y/o micro clima al momento de extrapolar las magnitudes de los eventos meteorolgicos.

5.3.14.2 Regionalizacin de Datos Pluviomtricos:La regionalizacin de datos permite calcular la precipitacin media en la cuenca en estudio, se basa en la obtencin del coeficiente de correlacin simple, a partir de un estudio probabilstico entre las estaciones cercanas a la cuenca y la estacin ndice que en este caso es la estacin de Kayra.Del anlisis de los datos pluviomtricos y de la altura promedio para la cuenca en estudio, se obtiene:Y= 913.69 mmFactor de Correccin, tomando en cuenta la altura sobre el nivel del mar de cada estacin y las precipitaciones medias de las diferentes estaciones con la estacin ndice de Kayra de la cual se poseen mayores datos, obtenindose un valor de:Fc=Factor de Correccin= 1.369

Este factor afecta a las intensidades de lluvia correspondientes para la zona en estudio, de diferentes periodos de duracin, para lo cual se realiza el clculo con diferentes periodos de retorno, mediante la distribucin de Gumbel5.3.14.3 REGIONALIZACION DE DATOS

Precipitacion Media Anual en la Zona de Proyecto

EstacinAltitud(m.s.n.m)Precipt. Media (mm)

Kayra3219.00667.52

Santo Tomas3661.00844.35

Livitaca3741.00930.68

Paruro3084.00807.60

Zona del Proyecto3842.50Y

Media3426.25812.54

Desv. Estndar323.66109.58

r =0.718

a=812.538Y =812.538 + 0.243 ( X -'X)

b=0.243913.69

Y = 913.69

Factor de Correccin.

Factor de Correccin =(Precipitacin Media Anual de la Cuenca)

(Precipitacin Media Anual de la Estacin Indice )

Factor de Correccin =1.369

INTENSIDADES MAXIMAS ANUALES REGIONALIZADAS A PARTIR DE LA ESTACION INDICE

N REGISTROAOESTACION INDICECUENCA EN ESTUDIO(X)

153060120153060120

1196332.1022.4012.408.3643.930.717.011.4

2196415.6014.808.857.6421.420.312.110.5

3196540.0026.9315.637.6554.836.921.410.5

4196627.9016.809.915.8138.223.013.68.0

5196722.9411.607.695.2031.415.910.57.1

6196816.0014.0010.117.0521.919.213.89.6

7196933.9922.8913.409.1846.531.318.312.6

8197032.2032.2017.109.0644.144.123.412.4

9197138.2020.6010.407.7552.328.214.210.6

10197219.5019.5015.009.8626.726.720.513.5

11197333.8428.4915.1012.7546.339.020.717.5

12197419.5013.808.107.9626.718.911.110.9

1319759.509.509.505.4013.013.013.07.4

14197632.0032.0016.038.0543.843.821.911.0

15197729.1815.4012.308.6039.921.116.811.8

16197840.2020.2016.509.7355.027.622.613.3

17197922.4520.6511.657.7730.728.315.910.6

18198022.3218.8714.8111.1730.625.820.315.3

N Datos1818181818181818

Media27.0820.0412.478.2837.0727.4217.0711.33

Desv. Estandar9.006.613.081.9012.329.054.212.60

FC1.36878

5.3.14.4 CALCULO DEL ESCURRIMIENTO:Las precipitaciones dan inicio a la escorrenta superficial y escorrentas sub-superficial, ambas constituyen la escorrenta directa o llamada tambin lluvia neta; dependiendo de las caractersticas topogrficas, fisiogrficas, vegetacin y caractersticas meteorolgicas. Desde el punto de vista hidrolgico, el escurrimiento viene a ser el agua que discurre sobre la superficie como resultado de una precipitacin, deprecindose las aguas que se infiltran en el suelo, que se evaporan y las retenidas por las plantas y el suelo.5.3.14.5 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA:Parmetro que determina la relacin entre el volumen de agua que corre sobre el terreno y el volumen de precipitacin, la cual se halla a partir del mtodo de Justin, en cuya frmula interviene la caracterstica pendiente de la cuenca, la temperatura y precipitacin producida en la zona, las que tienen fuerte incidencia sobre la altura de escorrenta.Esta dada por:*100

Ce:Coeficiente de escorrenta.

F:Altura de escorrenta en mm, en la cuenca.

S:Pendiente del rea tributaria de la cuenca

R:Promedio Anual de la Precipitacin:844.35 mm

T:Temperatura media anual( C)=7C

CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO( METODO DE JUSTIN)

CUENCACota(m.s.n.m)AREA( M2)TEMP.(C)RSFCe

maxmin

Subcuenca 014300.004050.008353997913.690.27560.37390.61

Subcuenca 024300.004200.008739937913.690.11484.48140.53

Subcuenca 034250.004159.007651577913.690.10482.39710.53

Subcuenca 044100.004050.009521487913.690.05432.24970.47

Subcuenca 054050.004000.007520067913.690.06440.22750.48

Subcuenca 064000.003950.0011350097913.690.05426.40460.47

Subcuenca 073938.003900.0016874477913.690.03396.27810.43

Subcuenca 083950.003900.0022373487913.690.03404.55720.44

Subcuenca 093950.003900.0014937367913.690.04417.42470.46

Subcuenca 103950.003900.0018483757913.690.04410.58970.45

Subcuenca 113950.003900.009919077913.690.05430.88150.47

Subcuenca 123950.003900.0013654887913.690.04420.33880.46

Subcuenca 134215.003965.007332067913.690.29566.06940.62

Subcuenca 144215.004015.0020579087913.690.14504.79270.55

Subcuenca 153900.003750.0011874457913.690.14503.79700.55

Subcuenca 163850.003450.007913627913.690.45605.25610.66

Subcuenca 173750.003450.009222077913.690.31572.03630.63

5.3.14.6 ESTIMACION DE CAUDALES MAXIMOS EN LA CUENCALas mximas descargas provocan serios problemas en la plataforma de carreteras, para lo cual se hace necesario colocar un sistema de obras de arte que contrarresten los efectos negativos de las lluvias y ayuden a evacuar estas aguas en un tiempo prudente, de tal forma que la superficie de la carretera quede libre. Para la estimacin de estos caudales se emplea la Formula de Mac Math.En la determinacin de los diferentes caudales de escorrenta, es necesario conocer parmetros como: el coeficiente de escorrenta (calculado previamente), el tiempo de concentracin y la generacin de periodos de retorno; los cuales se desarrollan a continuacin:Tiempo de Concentracin (Tc)El tiempo de concentracin representa el tiempo que demora una partcula de agua para trasladarse del punto ms remoto de la cuenca hasta el punto de desage o de inters. Cuando haya transcurrido este tiempo, toda l cuenca estar contribuyendo a formar el caudal de la escorrenta que tendr en consecuencia un valor mximo; es decir sirve para determinar el caudal mximo que se producir.Empleando la frmula de Benham:

LLongitud del curso de agua ms largo( km)

HDesnivel mximo del curso de agua ms largo(m)

Se calculan los tiempos de concentracin, los puntos de inters corresponden a los lugares donde la cuenca se intercepta con la carretera en desarrollo, ya que en estos puntos se presentaran las mximas escorrentas y se tendrn que construir alcantarillas para que el agua pase por debajo de la carretera.Generacin de precipitaciones pluviales para diferentes periodos de retorno (PTR)Se calcula las intensidades generadas para la Cuenca en estudio previamente corregidas con el factor de correccin, y se procede a hallar las intensidades para diferentes periodos de retorno, empleando la formula siguiente:

Estas intensidades han sido determinados mediante el empleo de la estadstica y la ley de distribucin de Gumbel, para:Precipitacin Modal

Proyeccin Probabilstica de Diferentes Valores en aos

Donde:

t:Tiempo de Retorno en aos

Intens. Promedio:Intensidad en milimetros por hora, extrapolados

PTR:Intensidades maximas para diferentes periodos de retorno

CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACION

NNOMBRE DE LA CUENCAH(m)L(m)Area( Has)

MAXPto. Interior

1Subcuenca 0143004050250622.383.54

2Subcuenca 02430042001001224.387.4

3Subcuenca 034250415991638.976.52

4Subcuenca 044100405050698.195.21

5Subcuenca 0540504000501079.275.2

6Subcuenca 064000395050868.3113.5

7Subcuenca 073938390038854.5168.74

8Subcuenca 0839503900501925.1223.73

9Subcuenca 0939503900501536.5149.37

10Subcuenca 103950390050985.8184.84

11Subcuenca 1139503900501417.799.19

12Subcuenca 123950390050875.4136.55

13Subcuenca 134215396525098673.32

14Subcuenca 14421540152001079.2205.79

15Subcuenca 1539003750150636.3118.74

16Subcuenca 1638503450400476.379.14

17Subcuenca 1737503450300166092.22

En la eleccin de la intensidad mxima de trabajo se tiene la premisa de: Es importante, considerar el horizonte de vida del proyecto( Vida til), a partir del Riesgo de Falla de las obras por causa de un evento mayor al considerado dentro de un periodo de retorno para el evento mximo, dados en:TIPO DE OBRACATEGORIA DE OBRAPERIODO DE RETORNO AOS

PUENTESDuales 1ra Clase100-200

2da, 3ra, 4ta Clase100

ALCANTARILLAS(D1.5)Duales 1ra50-100

2da, 3ra, 4ta Clase25-50

ALCANTARILLAS(D1.5)Duales 1ra25-50

2da, 3ra, 4ta Clase10-50

DRENAJE DE LA PLATAFORMADuales 1ra10-25

2da, 3ra, 4ta Clase5-10

Para el clculo de los caudales mximos, recurrimos a un periodo de retorno de 50 aos, por lo tanto se tiene la frmula de MAC-MATH:

Q:Caudal en m3/s

Ce:Coeficiente de Escorrenta, dada por la frmula de Justin

PTR:Precipitacin Total en un tiempo de retorno(mm/h)

A:rea en Has

S:Pendiente en m/km

GENERACION DE CAUDALES MAXIMOS POR EL METODO DE MAC-MATH

NNOMBRE DE LA CUENCACePTR(mm/h)A(Has)SQmax( m3/s)

1Subcuenca 010.6172.1883.540.270.33

2Subcuenca 020.5372.1887.40.110.20

3Subcuenca 030.5372.1876.520.100.18

4Subcuenca 040.4772.1895.210.050.14

5Subcuenca 050.4872.1875.20.060.13

6Subcuenca 060.4772.18113.50.050.14

7Subcuenca 070.4372.18168.740.030.14

8Subcuenca 080.4453.23223.730.030.13

9Subcuenca 090.4653.23149.370.040.12

10Subcuenca 100.4572.18184.840.040.17

11Subcuenca 110.4753.2399.190.050.10

12Subcuenca 120.4672.18136.550.040.15

13Subcuenca 130.6272.1873.320.290.32

14Subcuenca 140.5572.18205.790.140.38

15Subcuenca 150.5572.18118.740.140.28

16Subcuenca 160.6672.1879.140.450.43

17Subcuenca 170.6372.1892.220.310.38

Se ha empleado el clculo de caudales mediante la frmula de Mac-Math, debido a que considera parmetros como la pendiente del terreno, variaciones de intensidad de lluvia, y tiempos de concentracin en comparacin con el mtodo racional que no toma en cuenta las variaciones de la intensidad de la lluvia en el rea durante todo el tiempo de concentracin, tampoco el efecto de almacenamiento en la cuenca a drenar, ya que supone que la descarga es igual a la precipitacin pluvial menos toda la retencin de la cuenca. Esta frmula siempre sobrestima el escurrimiento, con errores apreciables al crecer el tamao del rea a drenar. De aqu que este mtodo es solo confiable para cuencas pequeas y no para cuencas de tamaos considerables como es el caso.

5.3.15 DISEO DE OBRAS DE ARTE5.3.15.1GENERALIDADESEl agua es el elemento que empleado adecuadamente puede proporcionar la mayor densificacin en un suelo; sin embargo el exceso de cantidad y/o la permanencia excesiva de ste en las capas granulares produce su disgregacin y deformacin, especialmente si se trata de materiales con plasticidad. Debido a que la estructura de pavimento que se est diseando est basada en el empleo mayoritario de agregados naturales estabilizados, es que se requiere de un adecuado sistema que permita evacuar rpidamente las aguas procedentes de las lluvias y/o taludes superiores.Se tienen sectores de carretera sensibles de inundacin. Esto podra producir asentamientos por problemas de drenaje, que requerirn la imperiosa necesidad de ejecutar ESTRUCTURAS ESPECIALES DE DRENAJE, para garantizar la estabilizacin de estos puntos sensibles y hacer posible la ejecucin del pavimento (solucin bsica), y de su Conservacin Peridica. De no aplicar la solucin adecuada se pueden presentar las siguientes consecuencias: Suelos deformados por la presencia de agua. Zonas de empozamiento de agua. Erosin en la plataforma vial por falta de cunetas revestidas de concreto para encausar las aguas de escorrenta. Inestabilidad de taludes Cursos de agua que atraviesan la plataforma sin obras de drenaje, etc.Las recomendaciones para el control del agua en la plataforma vial son: Colocar alcantarillas y/o tuberas para permitir cruzar el agua desde un sector a otro, y la plataforma vial no se convierta en una especie de represa. Para evitar que las aguas de escorrenta provenientes de los taludes superiores erosionen y debiliten los suelos, es necesario la construccin de zanjas de coronacin. As tambin, para el control de las aguas subterrneas provenientes del talud superior, se debern construir subdrenes de grava, longitudinales al eje de la va, debajo de las cunetas de concreto. Estos subdrenes de grava tendrn desfogues transversales al eje de la va cada 300 metros.

Finalmente, es conveniente la construccin de cunetas de tierra a lo largo de toda la va para evacuar las aguas superficiales, y de concreto en los casos de suelos sensibles de acuerdo a lo indicado en el grfico siguiente

Esta solucin es aplicable tambin para los tramos que no han podido ser detectados visualmente durante las perforaciones e inspeccin de estudio, pero que lgicamente pueden ser ubicados durante el proceso de la conservacin de la plataforma.La ejecucin de estas estructuras especiales de drenaje, actuarn en forma conjunta, determinando el control de las aguas subterrneas. Adems, en caso que se produzca el acceso del agua por la misma plataforma, esta podr circular por la pendiente (3%) que tendr la plataforma, dirigiendo la circulacin del agua hacia el subdren de piedra, ubicado por debajo de la cuneta de concreto.A diferencia de un Proyecto de Construccin donde las actividades de mejoramiento programadas devienen de toda una serie de estudios que definen su ubicacin y tipos de trabajos, en los Proyectos de Gestin Vial de Conservacin la ubicacin de estas zonas dbiles son el resultado de las permanentes evaluaciones que el contratista conservador y Supervisin realizan sobre la calzada. En este contexto las caractersticas particulares de los tramos en los que se ejecutarn los trabajos de conservacin peridica, establecen que en poca de lluvia, se produzcan diversos efectos sobre la va, afectando de manera importante los niveles de transitabilidad, estos tramos constituirn PUNTOS CRTICOS, los cuales requieren de la ejecucin de ESTRUCTURAS ESPECIALES, como las mencionadas anteriormente, con el fin de garantizar los niveles de transitabilidad aceptables.

En toda la obra vial el drenaje de la carretera, tanto superficial como subterrnea, constituye uno de los aspectos de vital importancia para el buen funcionamiento de la plataforma del camino y comportamiento del pavimento.Durante los trabajos de campo se efectuaron las labores de reconocimiento para identificar quebradas, cauces importantes y sus diagramas fluviales, en particular aquellos cauces que desfogan a travs de la carretera. Se inspeccion el estado actual de las obras de arte y drenaje existentes, as mismo se formul el inventario de alcantarillas y otras estructuras existentes en los siguientes tramos:ITEMTRAMOS EN EJECUCION

1DV TUNGASUCA - TUNGASUCA

2CHAMACA - EMP. VELILLE / COLQUEMARCA - SANTO TOMAS

3 LIVITACA - EMP. INTEGRAC KANA (QUIRIPAMPA)

4 LIVITACA - CHAMACA

5 EMP. VELILLE / COLQUEMARCA - COLQUEMARCA

6RANRACCASA - COLQUEMARCA

7YANAOCA-YAURI

Es necesario realizar la limpieza y reconformacin de las cunetas existentes, as como el revestimiento de algunos tramos de cunetas en zonas crticas, las cuales se aprecian a mayor detalle en las hojas de metrados para permitir el correcto drenaje longitudinal en la va. A su vez, el sistema de drenaje transversal, principalmente representado por las alcantarillas y badenes, segn lo evaluado, requiere tambin del reemplazo y la proyeccin de nuevas estructuras, las cuales se complementaran con la limpieza de las obras de arte longitudinal y transversal existentes que se encuentren estructuralmente en buen estado las cuales se identifican en el inventario vial.

5.3.15.2OBJETIVOEvaluar el sistema drenaje existente y plantear una mejor propuesta tcnica para el mejoramiento de la estructura y mejor control de flujo de agua superficial y subsuperficial con la finalidad de garantizar la mayor durabilidad de las obras.

5.3.15.3SISTEMA DE DRENAJEDRENAJE SUPERFICIALEl drenaje superficial tiene como finalidad alejar las aguas del camino, para evitar el impacto negativo de las mismas sobre su estabilidad, durabilidad y transitabilidad.Drenaje TransversalBombeo y PeralteLa eliminacin del agua de la superficie de rodadura se efecta por medio del bombeo en las secciones en tangente y del peralte en las curvas, provocando el escurrimiento de las aguas hacia las cunetas. Los valores del bombeo variaran entre 2% y 3%, en los tramos en curva el bombeo ser sustituido por el peralte.

Ilustracin 1. Seccin Transversal Tpica.AlcantarillasEn general, el diseo de las alcantarillas se divide principalmente en dos grupos:a) Alcantarillas para drenaje en quebradas de cauce fijo y b) Alcantarillas para drenaje pluvial.En cada uno de los grupos se determina el tipo de estructura, dimensionamiento, materiales, tipo de proteccin, etc.

En la evaluacin en campo realizada, se observ que la gran mayora de alcantarillas existentes cumplen la funcin de alcantarillas pluviales, sobre lo cual se realiz la toma de datos sobre su estado estructural y funcional para determinar su limpieza, reemplazo o proyectar nuevas estructuras en los puntos que sean necesarios.En este punto, se debe mencionar que se logr identificar una cantidad considerable de cunetas de entrega, razn por la cual, la ubicacin de las alcantarillas proyectadas ha tomado en consideracin dichas estructuras.

El control de la ubicacin de dichas alcantarillas est en funcin al caudal a eliminarse, la capacidad hidrulica de las cunetas en funcin a su longitud as como de evitar colocarlo

en zonas propensas a derrumbes que obstruiran el sistema de drenaje proyectado, para lo cual se procur tambin colocarlo en puntos bajos de las curvas verticales.Las alcantarillas a proyectar son del tipo TMC de 48 de dimetro; para lo cual su eleccin, adems de tener en consideracin el caudal y el dimensionamiento producto del resultado del clculo hidrulico cuyo mximo caudal de diseo es 2.5 m3/s, se tendr en consideracin la zona donde se desarrollar el proyecto; esto es, debido a la presencia de troncos, malezas, arbustos, y dems vegetacin propios de la selva, por lo que dimetros inferiores a 48 se obstruiran con mayor prontitud; as como tambin se colmataran con el material proveniente de las cunetas, las cuales estn conformadas mayormente en tierra o producto del derrumbe eventual en algn tramo de la carretera pudiendo poner incluso en riesgo la transitabilidad.La longitud de la alcantarilla as como el tipo de cabezal se adecuar a las condiciones del terreno, proyectndose en general cabezales tipo alero inclinado de 45 y de ser necesario se proyectar muro cabezal de concreto ciclpeo; en ese sentido, se proyectar alcantarillas en zonas de cauce definido y/o en zonas en donde la descarga se realice sin perjudicar la estabilidad del talud y, en medida de lo posible, fuera de zonas de sembro para evitar afectaciones a la poblacin aledaa.

Ilustracin 2. Alcantarilla TMC Tpica.

En quebradas de cauce fijo (proveniente de quebradas, riachuelos, etc.), dependiendo de las condiciones del terreno, podrn proyectarse alcantarillas o en su defecto badenes, los cuales en su mayora sern de concreto ciclpeo o mampostera.

BadenesLos badenes a proyectar se ubicaran bsicamente en zonas de quebradas pequeas con cauce fijo y sern en su mayora de concreto simple Fc=210 kg/cm2, esto es, dado ya que la mayora de badenes identificados en concreto ciclpeo requieren de reparaciones menores mientras que los badenes en piedra han erosionado considerablemente su superficie de rodadura.Dado que las quebradas consideradas en el inventario son propensas a la ocurrencia de flujos de escombros, se estima que la colocacin de una alcantarilla sera inapropiada debido a que dicha estructura se colmatara rpidamente, dejndola finalmente inutilizable.Se identificaron tambin zonas en las cuales los badenes han sido erosionados fuertemente en su zona de descarga, requiriendo para ello la colocacin de proteccin con enrocado u otra obra complementaria, en algunos casos dichas estructuras han sido identificadas como Puntos Crticos.

5.3.15.4 DISEO HIDRAULICO DE ALCANTARILLASAlcantarillaSon estructuras que tienen por objeto garantizar el curso normal de las aguas, son diseadas de tal manera que tengan capacidad suficiente para desalojar rpidamente el agua que llega a ellas, como el de resistir el peso de los rellenos y por ultimo soportar las cargas que produce el trnsito vehicular.La pendiente ideal para una alcantarilla es la que no ocasiona sedimento ni velocidad excesiva y evita la erosin es decir las velocidades medias de la corriente del agua en la alcantarilla estn en funcin del tipo de tubera y la pendiente, en nuestro caso utilizaremos la tubera TMC (Tubera metlica corrugada).Reemplazo de alcantarillas existentesExisten alcantarillas en mal estado las cuales debern reemplazarse por las siguientes consideraciones:Las alcantarillas construidas utilizando piedras tipo muro seco, es decir los estribos son de piedra acomodada sin aglomerante, denominadas tajeas.Durante el transito del escurrimiento superficial, el agua se filtra incrementando la humedad del suelo de cimentacin, producindose deformaciones a lo largo de la alcantarilla y en la superficie a nivel de rasante.En idntica manera las alcantarillas construidas con estribos de mampostera de piedra, la durabilidad no se puede garantizar al no disponer de informacin de las caractersticas fsicas del aglomerante.Las dimensiones luz y altura de las alcantarillas existentes son muy pequeas y no permiten las labores de mantenimiento y limpieza.Las alcantarillas mayores presentan fracturas en los estribos y aleros, las superficies expuestas de los estribos y aleros presentan procesos erosivos por acciones de las condiciones meteorolgicas.Diseo de AlcantarillasSe utilizara la teora establecida para flujo en canales abiertos, deducida por Manning expresada matemticamente mediante la siguiente expresin:)/nQ=Descarga en m3/seg.A=rea Hidrulica del canal m2R=(A/P) Radio Hidraulico(m)P= Permetro mojado(m)

S= Pendiente m/mn= Coeficiente de rugosidad.Considerando un tirante Mximo d=0.75DLos elementos geomtricos se obtienen directamente del campo, incluyendo la pendiente longitudinal del cauce, los valores del coeficiente de rugosidad y de la velocidad erosiva, se determinan de acuerdo a valores deductivos en laboratorio o zonas experimentales.RUGOSIDAD DE MANNING CHOW V.T 1994

SuperficieMnimoNormalMximo

Tuberia Metalica Corrugada(TMC)0.0210.0240.030

Concreto sin pulir0.0140.0170.020

Mampostera de piedra, cementada0.0180.0250.030

Corrientes Naturales, ancho menor de 30m

Tierra Limpia0.0250.0300.033

Tierra con piedras0.0300.0350.040

El coeficiente de rugosidad permite utilizar la frmula de Manning, para calcular la descarga que transita en canales abiertos (alcantarillas), y su valor es de acuerdo al tipo de material por donde circula el escurrimiento superficial.Velocidad Del Escurrimiento SuperficialLa velocidad del flujo debe estar entre los valores de velocidad mxima no erosiva, se ha considerado los indicados en los siguientes cuadros:VELOCIDADES MAXIMAS NO EROSIVAS por Fortier y Scobey

DESCRIPCIONVelocidad m/seg

Arena Fina en Estado Movedizo0.45-0.76

Marga arenosa no coloidal053-0.76

Marga gradada a cantos rodados, no coloidal1.14-1.52

Limos gradados a cantos rodados coloidales1.22-1.52

Grava gruesa no coloidal1.22-1.83

Cantos Rodados y ripios de cantera1.52-1.57

Mediante la frmula de TalbotDonde:C=Coeficiente que depende de la topografa del terreno.A= rea de influencia (Ha).

a= rea hidrulica (m2)Adems se tiene:

Coeficiente del Terreno segn Talbot

Descripcinc

Terrenos montaosos con suelo de roca y pendientes pronunciadas1.00

Terrenos quebrados con pendientes moderadas0.65

Terrenos irregulares muy largos0.50

Terrenos agrcolas ondulados0.33

Terrenos llanos, sensiblemente horizontales0.20

Determinacin del dimetro de la tubera mediante la frmula de ManningSe trabajara con el caudal mximo de las 17 sub-cuencas identificadas en el estudio hidrolgico, para tener una alcantarilla tipo y replicarla en las dems GENERACION DE CAUDALES MAXIMOS POR EL METODO DE MAC-MATH

NNOMBRE DE LA CUENCACePTR(mm/h)A(Has)SQmax( m3/s)

1Subcuenca 010.6172.1883.540.270.33

2Subcuenca 020.5372.1887.40.110.20

3Subcuenca 030.5372.1876.520.100.18

4Subcuenca 040.4772.1895.210.050.14

5Subcuenca 050.4872.1875.20.060.13

6Subcuenca 060.4772.18113.50.050.14

7Subcuenca 070.4372.18168.740.030.14

8Subcuenca 080.4453.23223.730.030.13

9Subcuenca 090.4653.23149.370.040.12

10Subcuenca 100.4572.18184.840.040.17

11Subcuenca 110.4753.2399.190.050.10

12Subcuenca 120.4672.18136.550.040.15

13Subcuenca 130.6272.1873.320.290.32

14Subcuenca 140.5572.18205.790.140.38

15Subcuenca 150.5572.18118.740.140.28

16Subcuenca 160.6672.1879.140.450.43

17Subcuenca 170.6372.1892.220.310.38

Considerando un tirante mximo d=0.75D

Entonces A=0.6318P=2.0944DR=A/PR=0.3016DReemplazando en la formula y despejando D

Para Q= 0.43 m3/s S= 0.02 n= 0.024Despejando D en la formula obtenemos:D= 0.60 m Obtenemos un resultado de 0.60 m de dimetro de tubera, pero por cuestiones de seguridad y en atencin a las dimensiones de las alcantarillas colocadas en los tramos ya intervenidos elegimos tubera TMC de 48 o 1.20 m de dimetro.Por ser esta la cuenca ms crtica de todos los tramos a intervenir y el caudal obtenido tambin el ms crtico replicamos este clculo para los dems tramos del proyecto: EXPEDIENTE DE ADECUACION DEL PROYECTO MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA: RANRACCASA - COLQUEMARCA - Dv. VELILLE - CHAMACA - TUNGASUCA - YANAOCA - YAURI: VARIANTE Dv. TUNGASUCA - INTEGRACIN KANA (QUIRIPAMPA); ACCESO SANTO TOMAS - Dv. VELILLE Y ACCESO VELILLE - Dv. SANTO TOMAS. PROVINCIAS: PARURO, CHUMBIVILCAS, CANAS, ESPINAR; REGIN CUSCO

5.3.15.4 ANLISIS, CLCULO Y DISEO ESTRUCTURAL DE LOS MUROS Y ALEROS DE ALCANTARILLAS

Los Muros y Aleros de las alcantarillas presentan las siguientes caractersticas de diseo: Seccin: Rectangular

Seccin: B = 150 cm H = 2.00 m. (ms crtico)

Material: Concreto Armado fc = 210 Kg/cm2

Dimetro de Alcantarillas: 48

Material Relleno: Granular Compactado (Densidad mnima 85%)

Base o Cama de asiento de tubo: 0.30 m.

Peso Especfico del Relleno: 1,650 Kg/m3

Peso Especfico del Concreto Armado: 2,400 kg/m3

Capacidad Portante del Terreno: 1.0 Kg/cm2. ( mnimo )

Mtodo de Clculo Estructural: Cargas de Trabajo

Tipo de Estructura: Especial

Cargas de Diseo

Se han considerado las siguientes cargas de trabajoWtotal = Wp + Wt + Ws/c + WsDonde: Wp = Peso propio de la estructura Wt = Presin del Suelo de Relleno Ws/c = Sobrecarga Ws = Sismo WTOTAL = Carga Total Clculo de MomentosM1 = 9*W*L / 128M2 = W*L / 10M3 = P*L

Donde: M1 = Momento por Peso Propio y Empuje de Suelo de Relleno M2 = Momento por Sobrecarga M3 = Momento por Sismo W = Carga Distribuida L = Luz de la estructura

Calculo del Peralted = [ M / R * b ]0.5Donde: d = Peralte efectivo M = Momento de Diseo R = Factor de Carga de Trabajo b = ancho

Calculo del Refuerzo TotalAs = M / fs * j * dDonde: As = Seccin de Refuerzo M = Momento de Diseo d = Peralte efectivo fs = Factor de Carga de Trabajo j = Factor de Carga de Trabajo.

Calculo del Refuerzo por Corteu = V / Eo * j * dDonde: u = Esfuerzo unitario de adherencia V = Cortante de Diseo d = Peralte efectivo Eo = Permetro j = Factor de Carga de Trabajo

5.3.15.5 MUROS SECOSSe han encontrado sectores crticos en algunos tramos de la Red Vial N1 donde se plantean la construccin de muros secos, por los siguientes motivos:a) Secciones inadecuadas, por lo angosto de la plataforma. Es recomendable la construccin de muros para darle el ancho mnimo a la plataforma.En varios sectores de plataforma angosta, es recomendable la construccin de cunetas en U no revestidas, de tal forma que sean parte de la calzada y que a su vez drenen el agua cada sobre la calzada. La pendiente de la seccin debe ser en un slo sentido, debiendo encontrarse el peralte en el hombro de la plataforma. Las aguas colectadas deben direccionarse hacia cajas receptoras, y desde all a las correspondientes alcantarillas.b) Derrumbes de taludes superiores y deslizamientos de suelos. Estos deslizamientos se activan durante el periodo de lluvias, interrumpiendo el trnsito de los vehculos. Adems de ello las rocas cadas van a daar el recubrimiento superficial. Requiere que en estos sectores se construyan zanjas de coronacin y sean atendidos permanentemente por emergencia para la limpieza permanente de estos sectores.c) Rocas agrietadas que se desprenden de los taludes superiores. Se requiere su retiro (desquinche).DISEO DE MUROS DE CONTENCINLos muros son estructuras que se utilizan para proporcionar estabilidad al suelo u otros materiales, sern construidos con mampostera de piedra asentada en concreto, denominado tipo "muro de mampostera", se tienen alturas de 2.5;3.0 y 4.00 metros donde constructivamente se dispondrn en forma escalonada con alturas mximas de 1.50 m , lo cual permitir que la estructura obtenga estabilidad frente a los empujes de tierra y sobrecargas generadas por el trnsito de vehculos La seguridad de su funcin ha de obtenerse con el uso de la teora de empujes complementando con drenajes adecuados.Los casos ms comunes de su utilizacin son:1. Confinamiento de terraplenes, sea porque no se dispone de espacio para su derrame, o porque tales derrames resultaran demasiado largos, angostos y difciles de construir como suele suceder en seccin en balcn sobre laderas de pendiente fuerte.2. Confinamiento de accesos a puentes, pasos a desnivel, alcantarillas y otras estructuras.

PROCEDIMIENTO DE DISEOEl diseo de muros, depende de su peso propio el cual es de suma importancia, tanto para resistir el volteo como para oponerse al deslizamiento producido por las presiones o empujes laterales del terreno y proporcionar la estabilidad del mismo, en este caso de mampostera de piedra, de forma trapezoidal y las dimensiones del elemento sern tales que la resultante de cargas caiga dentro del tercio medio de la base.En el presente proyecto, se opta por el muro de gravedad y el material a emplearse para su construccin ser de mampostera de piedra asentada en concreto.

La teora de clculo se realiz considerando los valores recomendados por las normas para este tipo de muro; verificando su estabilidad para los muros de condicin ms crtica.

CALCULO DE EMPUJES ACTIVOLa fuerza de empuje lateral del suelo o presin activa del suelo puede ser calculado por el mtodo de Coulomb, dado por:Empuje Total Activo (Pa) = Empuje del suelo + Empuje por sobrecarga.

Empuje del suelo = 1/2**H2*Ka.

Empuje por sobrecarga = q*Ka*H

Donde

= Angulo sobre la horizontal del talud del material = Angulo de friccin interna. = Peso unitario del rellenoH = Altura total del muroq = SobrecargaKa = Empuje activoClculo de las fuerzas estabilizadoras:

COMPROBACIONES DE ESTABILIDAD A EFECTUARCoeficiente de seguridad al vuelco:Es la razn de todos los momentos estabilizadores, respecto al pie del muro; a todos los momentos volcadores.

Coeficiente de seguridad al deslizamiento por la base del muro:Es la razn entre la resistencia al corte de contacto entre base y terreno y la fuerza tangencial, en dicha base.

Comprobacin de paso de la resultante por el ncleo central:Se acepta comnmente que la resultante debe pasar por el ncleo central, lo cual no es evidentemente necesario, por ser una regla emprica. Algunos autores admiten que la resultante puede pasar a una distancia del pie igual a 1/6 de la anchura, en lugar de 1/3 como corresponde al ncleo central en el caso de muro de cimentacin rectangular.

Dnde:B : Base del muro : Sumatoria de las fuerzas momentadas y momento de volteoproducido por Pah a H/3. : Sumatoria de las fuerzas actuantes.

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EXPEDIENTE DE ADECUACIN DEL PROYECTO:"MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA: RANRACCASA - COLQUEMARCA - Dv. VELILLE - CHAMACA - TUNGASUCA - YANAOCA - YAURI: VARIANTE Dv. TUNGASUCA - INTEGRACIN KANA (QUIRIPAMPA); ACCESO SANTO TOMAS - Dv. VELILLE Y ACCESO VELILLE - Dv. SANTO TOMAS. PROVINCIAS: PARURO, CHUMBIVILCAS, CANAS, ESPINAR; REGIN CUSCO