hidrologia y hidraulica

7/21/2019 Hidrologia y Hidraulica

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WILIAM GERARDO HUAMANI BUITRON

INGENIERO AGRICOLA – CIP 61256

R.N.C N° C34692

ESTUDIO DE HIDROLOGIA E HIDRAULICA DE RIO TUMBES EN LOS SECTORESPRADO BAJO Y ARENA LA PALMA.

UbicaciónEl área del proyecto se ubica en el ámbito del distrito de Pampas deHospital – en los sectores: PRADO BAJO Y ARENA LA PALMA – Margen Derechadel Río Tumbes, Proincia y Departamento de Tumbes!El ámbito donde se reali"arán los traba#os seg$n su ubicaci%n geográ&case encuentra entre las coordenadas 'TM de ()*,+++ Este y -(./,(++0orte hasta ()1,(++ 2ur y -(.3,+++ 0orte! 4a altitud está sobre los *3m!s!n!m!

ESTUDIO DE HIDROLOGÍA

Introducción

El estudio de Hidrología, está orientado a determinar los caudales dedise5o de las obras de de6ensa ribere5a del rio Tumbes para los sectoresPRADO BAJO Y ARENA LA PALMA, ante condiciones de lluias 7ue caen sobrelas áreas de adyacentes al rio! En tal sentido el estudio de Hidrol%gicoestá en6ocado en:Determinaci%n de descargas de dise5o para obras de de6ensa ribere5a!

Evaluación integral del sector donde se va a intervenir

Características del Rio TumbesEl río Tumbes es uno de los más importantes ríos de la 8osta del Per$ por

presentar un r9gimen regular hidrol%gico, el mismo 7ue a su e" alcan"aun olumen promedio anual de (./ Hm! Mientras por un ladopresenta una enorme potencialidad para el aproechamiento de losrecursos hídricos tan escasos en el sur del país, para diersos &nes, porotro lado en a5os h$medos presenta un riesgo potencial de inundacionesy a6ectaciones a la in6raestructura p$blica y priada, especialmente lain6raestructura hidráulica, ial! En la ;igura 0< /!+* se presentan lascuras de 6recuencia del río Tumbes para (+ =, 3( = y + =! En elerano de 1++. el río Tumbes ha a6ectado numerosas propiedades coninundaciones 7ue han ocasionado p9rdidas econ%micas!





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Figura N°01: Curvas de Frecuencia del Caudal, Estación El Tigre, Período 1963-2007





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SubCuencas! Para e6ectos de describir a la cuenca del río Tumbes, seprocedi% a diidir a la cuenca en +) subcuencas, 7ue a su e" 6ue diidaen microcuencas, las cuales son:

u!cuenca El Tigre: 8on6ormada por tres >+? microcuencas, El Tigre, El Tigre +* y El Tigre +1!

u!cuenca Ca"aderos: 8on6ormada por cinco >+)? microcuencas,8a"aderos, 8a"aderos +*, Puyango@Tumbes, 8onentos, Murci9lagoy 8erro Aerde!

u!cuenta #inda C$ara: 8on6ormada por dos >+1? micro cuencas, Trapa"ola y 4inda 8hara!

u!cuenca Puente Pu%ango: 8on6ormada por cinco >+(?microcuencas, Puente Puyango +*, Puente Puyango, PuentePuyango +1, 8onchurco y Tunina!

u!cuenca &arca!elí : 8on6ormada por cuatro >+/? microcuencas,

Marcabelí +*, Marcabelí, Balsas, Marcabelí +1! u!cuenca Portovelo: 8on6ormada por ocho >+.? microcuencasMoromoro, Portoelo, Portoelo +*, Caguachi, Portoelo +1, El2alado, mbocas y Pindo!

4a ;igura 0 +1 muestra las subcuencas y microcuencas 7ue con6ormanla cuenca hidrográ&ca del río Tumbes!





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Figura N°02. Cuenca 'idrogr()ica del *ío Tu+!es, u!cuencas % &icrocuencas





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8'E08 BF – 2E8TGRPRDG BFG C RE0 4

P4M

8'E08 MED

8'E08 4T

PE0DE0TE2 BF2

PG2B4DD DE0'0D8I0

PRE8PT8G0E2 E042 PRTE2 4T2

DE 4 8'E08





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SedimentosEl río Puyango Tumbes en El Tigre /,/* Jm1 con un estimado desedimentos acumulados en el Tigre para (+ a5os de *+( MM8 ensuspensi%n y /( MM8 de 6ondo, lo 7ue da un total de *(+ MM8! 2eg$nestudio M02TERG DE KR8'4T'R L 0DE Estudio 8omplementario @Reisi%n de Estudio de Pre6actibilidad de Gbras Hidrol%gicas del RíoPuyango@Tumbes del PEBPT!4a re6erencia del alor más alto medido en El Tigre, 6ue de !33 tonLa5oen *3, 7ue e7uiale MM8La5o, considerando un peso especí&co dematerial sumergido igual a *!1( tonLa5o si se considera un + =adicional para incluir el sedimento de 6ondo, se tendrá un transporteanual total de ! MM8!2i consideramos como estimaci%n de los sedimentos en suspensi%n, elalor promedio corresponden a *!/ millones de toneladasLa5o, yconsiderando 7ue la carga de 6ondo corresponde al + = del total decarga transportadas, el transporte total anual es de aproNimadamente de*!. millones de toneladasLa5o, e7uialente aproNimadamente a *!/(millones de mLa5o!

Tabla N°01: Estación El Tigre, Caudal Medio y Volumen de Sedimentos A! "#$anua% "s$Anua%

En base a la in6ormaci%n disponible, se puede apreciar 7ue no eNiste unabuena relaci%n entre gasto s%lido y gasto lí7uido, 7ue permita hacerotras proyecciones, dado 7ue el a5o con mayores sedimentos de arrastrecorresponde a un a5o seco como es *3!Haciendo una proyecci%n y tomando en cuenta el alor más altoregistrado, se tiene 7ue el olumen de sedimentos en suspensi%n de MM8La5o, y teniendo en cuenta 7ue eNistirá una e&ciencia de captura enlos embalses, asumida en un 3+ =, se tendría una acumulaci%n anualpor sedimentos en suspensi%n de 1!* MM8! 4os sedimentos de 6ondoestimados en + = del olumen en suspensi%n se tendría un olumen de

+!+ MM8La5o!2eg$n estudio A E2T'DG DE 84MTG4GK E HDRG4GK, reali"adopor el P8, E2T'DG DE PRE;8TB4DD PR GBR2 HDRG4GK82DE4 RG P'C0KG – T'MBE2 F'4G – 1++1!

Análisis del régimen hídrico del río

Estación de aforo4as estaciones de a6oro locali"adas en la "ona de estudio o cercanas aellas, son las 7ue se anotan en los siguientes Tabla 0+1

Tabla N°02 estaciones de aoro en la !ona del estudio





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;uente: Ministerio de gricultura >Proyecto Binacional Puyango Tumbes?





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Análisis hidrológico8onsiste en el procesamiento, análisis, determinaci%n de los parámetroshidrol%gicos para el dise5o y dimensionamiento de la de6ensa ribere5a!4os traba#os de gabinete, consisten básicamente en traba#os, deprocesamiento de la in6ormaci%n obtenida y la elaboraci%n de losin6ormes! Dentro de la in6ormaci%n procesada están los traba#os deHidrología, para generar las descargas, el cálculo de las característicashidráulicas y las recomendaciones generales 7ue se presentan!De la generaci%n de descargas, utili"ando la in6ormaci%n de la estaci%nde a6oro se han generado descargas para di6erentes periodos de retorno,lo m9todos de aproNimaci%n utili"adas son las 7ue me#or se a#usta, 7ueen este caso pueden ser el de mínimos cuadrados:

&etodología #og nor+al Metodología Kumbel Metodología 4og@Pearson

Este nálisis permite estimar las magnitudes de los eentos máNimos, eneste caso los caudales máNimos instantáneos anuales, para di6erentesPeriodos de Retorno, mediante Procedimientos Estadísticos basados endistribuciones de 6recuencias de aplicaciones más usuales descritosanteriormente!4os parámetros de las distribuciones 6ueron determinados por el m9todode momentos!

a& 'a%!( E)*(e#! Ti+! I , Dis*(ibución Gu#be%4a Distribuci%n Kumbel o doble eNponencial conocida tambi9n como de

alor eNtremo Tipo , tiene la siguiente distribuci%n de probabilidades!

2iendo O y parámetros de escala y de posici%n del modelo,respectiamente!

b" Dis*(ibución L!- , N!(#a%

2iendo:





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y Q nN, es la ariable aleatoria normalmente distribuida con media y yariancia S1y

y Q parámetro de escalaSy Q parámetro de 6orma

c& Dis*(ibución L!- , Pea(s!n IIIEsta distribuci%n es una de las series de 6unciones deriadas porPearson!4a 6unci%n de distribuci%n de probabilidades es:

En este caso se tienen las relaciones adicionales siguientes:

2iendo el sesgo:

4as magnitudes de precipitaciones máNimas en 1/ horas para di6erentesperíodos de retorno se obtendrán mediante las distribuciones U0ormalV,U4og 0ormalV, UKumbelV y U4og! Pearson tipo V!haciendo uso de los6actores de 6recuencia!El estudio hidrol%gico se reali"o en base a los datos de la estaci%n Tigre,en la Tabla 0+ se muestra los caudales máNimos por a5o!

Tabla Nº 03, Caudales +(i+os or a.o





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Caudal de máximo de diseo con arrastre de material sólido !análisis de frecuencias de ocurrencia

2e reali"o el análisis hidrol%gico con los datos de la Tabla 0 +! 4asmetodologías empleadas para el cálculo de caudales para undeterminado periodo de retorno son: &etodología #og nor+al

Metodología Kumbel Metodología 4og@Pearson

4os resultados se muestran a continuaci%n, se anali"% los caudales para*+, 1( y (+ a5os de periodo de retorno, en la Tabla 0 +/ se muestranlos caudales 7ue se elige en base a las metodologías de análisisempleadas, esto para cada periodo de retorno!

Tiempo de retorno *+ a5os





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Tiempo de retorno 1( a5os!





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Tiempo de retorno (+ a5os!





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Tabla Nº 04, Caudales ara eriodos de retorno

ESTUDIO HIDRAULICO

MODELAMIENTO HIDRULICO.

"odelamiento hidráulico con #EC$RASEl modelamiento Hidráulico se reali"o con el 2o6tWare de ingeniería HE8@

R2 !*!!4os datos para el modelamiento hidráulico son los siguientes:

Topogra6ía, esta in6ormaci%n 6ue brindada por el cliente, para lossectores PRADO BAJO Y ARENA LA PALMA – Margen Derecha del Río

Tumbes con una longitud de !+ Jm!

8oe&ciente de Mannin- /e 0.012, 7ue se determino con el estudiode suelos y las imágenes 6otográ&cas donde se puede er lascaracteri"as del lecho del rio!

8audal, este dato 6ue calculado en el punto /!1!( y se encuentraen el Tabla 0+/!

El análisis hidráulico se reali"a para los tres caudales 7ue se indica en el Tabla 0 +/ y el caudal mínimo, a continuaci%n tenemos los nieles deagua 7ue se alcan"an para los caudales anali"ados!En la ;igura 0 + y 0 +/ se muestra los nieles 7ue alcan"a el Xu#opara los caudales de dise5o! En la primera se puede er una secci%ntransersal 7ue corresponde a la progresia Y+++, los resultados paratodas las secciones se muestran en la Tabla 0< +(! En la segunda se

puede er el per&l longitudinal para los di6erentes caudales de análisis!





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Evaluación de flujo de agua u!erficiale " con #ie$!o de re#orno

Figura Nº 03, ección transversal rogresiva 3/000

Figura Nº 04, Per)il longitudinal del tra+o en estudio

Tabla Nº 0%, *esultados de las di)erentes secciones de los sectores en estudio





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Ele+entos $idr(ulicos del an(lisis ara los T* 10 a.os, T* 2 a.os % T* 100 a.os





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An3%isis (4-i#en /e% (5! en a#+%i*u/ 6 %!n-i*u/





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Ca(ac*e(5s*icas -e!#4*(icas e 7i/(3u%icas /e %a !b(a /e +(!*ección

Sección T5+ica /e #u(! c!n -a8i!nes9 +(!*ección /e %a e(!sión.

Cabe indicar que la sección típica de la protección es considerando controlar laerosión de la ribera del río para un caudal de diseño de 1200 m3/seg, más noproteger de una inundación la ribera, conociendo las descargas históricas del ríoTumbes pre diseñar tomando los caudales obtenidos del estudio hidrológico quese ad!untan al presente documento, se obtendrían ni"eles que demandarían de unestructura superior, #$obusta de considerable altura, "er corridas del %ec $as&para encausar las aguas del rio, esta de'ensa debería tener una e(tensión muchomaor a la del tramo en estudio a que si no durante la a"enida los 'lu!os de aguapodrían hacer colapsar a la estructura a'ectándola por erosión incluso por atrás dela misma) *o antes descrito parte como base de que en el tramo obser"ado nohabría 'orma de anclar el dique en inicio 'in lo que incrementaría en gran

porcenta!e la probabilidad de que este 'alle por erosión)

DIMENSIONAMIENTO Y DETALLES:

Sobre/Carga= 0.0kg/cm²

Ang.= 0.00º

h4= 0.30

h3= 3.00

h2=

1.00 B

MURO DE GAVIONESh1= 0.30 1

1.00 0.50 0.50 0.50 1.00 0.50

2.00 7.00 1.00

15.00

DATOS DE DISEÑO

Peso específico del suelo (γs): 1600kg/m³

Peso específico del gaviòn(γc): 1680kg/m³

Angulo de reposo del material(Ø): 28.0º

Coeficiente de fricción (f=Tang(Ø)): 0.532

Capacidad portante del suelo (δt): 2.00Kg/cm²

Factor de seguridad al deslizamiento(F.S.D.): 1.5

Factor de seguridad al volteo(F.S.V.): 1.75

CALCULO DEL EMPUJE ACTIVO (Ea)

Ka=

Ea= 6111.57kg, Empuje Activo

Punto de aplicación: (2H/3)= 3.1 m de la coronación.

VERIFICACION DE ESTABILIDAD

Peso(kg)

2520.00

1008.00

6720.00

5880.00

4200.002016.00

22344.00

DISTANCIA DE LA RESULTANTE(Xv)

Xv= 6.72m

PUNTO DE APLICACIÓN(d)

Altura equivalente a la sobrecarga(h'):

h'= 0.00

d= 1.33

3

12.50

DISEÑO DE MURO DE GAVIONES PROTECCIÓN

B = 10

A

5 7.75 32550.00

Proyecto:"INSTALACIÓN DELSERVICIODEPROTECCIÓN CONTRALAEROSIÓN ENLOSSECTORESSANTAMARIA,CABEZADELAGARTOYCRUZBLANCA, MARGEN DERECHA DEL RIO TUMBES, EN EL DISTRITO PAMPAS DE HOSPITAL, PROVINCIA Y REGIÓN TUMBES"

40320.00

2

39690.004

0.36

6.75

Elemento

1

N= Mr=

Mr(kg.m)=Peso * X

6300.00

6048.00

6

2.50

6.00

6.00

25200.00

B

B

150108.00

B

2

2 2

5.00

Brazo de giro (X)en m

A

A

B

A

3

a sa K h E

2

2

1γ =

a sa K h E

2

2

1γ =





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EXCENTRICIDAD(e)

Ma= 9371.08kg-m

e = B/2 - Xo = B/2-(Mr-Ma)/N

Condición e < B/6

e= 1.20 < 1.67 CONFORME, cae dentro del tercio Central

VERIFICACION AL DESLIZAMIENTO FSD

FSD = Pr/Ea = f N/Ea = 1.94>1.5 CONFORME

VERIFICACION AL VOLTEO FSV

FSV = Mr/Ma =Mr/(Pa*h/3) = 16.02>1.75 CONFORME

VERIFICACION DE PRESIONES SOBRE EL SUELO

Condición δmin,

δmáx < δt

N 6eB B

N 6e

B B

0.06

0.38

< 2 Kg/cm², CONFORME

)=(1 +

(1 -

0.38

)=

Kg/cm²

Kg/cm²0.06

< 2 Kg/cm², CONFORME=máxσ

=min

σ

=máx

σ

=min

σ





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Di:ue en(!ca/!





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Es*u/i! /e +(!;un/i/a/ /e s!ca8aciónPara calcular la socaaci%n se us% las 6%rmulas de 4acey y de Blench del

Technical Kuideline 6or Bureau o6 Reclamation asimismo, la 6%rmula de4ischtan – 4ebedie, para los di6erentes caudales seg$n los periodos de

retorno! 4os cálculos se muestran a continuaci%n!Periodo de retorno *+ a5os!





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Periodo de retorno de 1( a5os





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Periodo de retorno (+ a5os

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