informe hidraulica

REPBLICA DEL PERU - GOBIERNO REGIONAL DE TACNAPROGRAMA DE CAMINOS DEPARTAMENTALES PCDESTUDIO DEFINITIVO PARA LA REHABILITACIN DE LA CARRETERA EMPALME PE-38 TARATA CANDARAVE EMP. PE-36 A (BINACIONAL). TRAMO: CANDARAVE EMP. CARRETERA BINACIONAL KM 143+500

II.4.1 GeneralidadesEl proyecto se encuentra ubicado en el distrito de Candarave, perteneciente a la provincia de Candarave, Regin y departamento Tacna, el trazo discurre por los poblados de Concomani, Queualaca, Cairire, Araane, Colpapampa, Apacheta Tablar, Callaza Chico, Pampa Paypatja, Pampa Tuntachaui, Huilajancara y Vallecito, hasta empalmar en la Carretera Binacional Moquegua-Desaguadero, en la Progresiva 143+500, teniendo una longitud aproximada total de 56.78 km.La Carretera Emp. R 36 TARATA L.V. y Departamental (Pasto Grande) (Puno) Tramo KM 74+500 al KM 139+500 (Carretera Candarave-Empalme Carretera Binacional Moquegua-Desaguadero), se ubica en el extremo Nor-Oriental del departamento de Tacna, desarrollndose el proyecto en la cuenca del Ro Locumba, en donde el afluente principal es el Ro Callazas, afluente del Ro Curibaya. La cuenca del ro Locumba, nace en los cerros Oquelaca y Chanane en el Departamento de Moquegua a 5,100 m.s.n.m. tiene una longitud aproximada de 170 Km. Los ros Huaytiri y Humapalca da origen a la laguna Suches de ella nace el ro Calllazas que confluye con el Matazas y Salado que al unirse poseen un caudal de 1830 m3/seg., desembocando finalmente en la laguna Aricota. Ros: Huaytiri, Humapalca, Callazas, Matazas, Salado, Curibaya, Cinto, conforman la cuenca del ro locumba. Lagunas: Suches y Aricota. El trazo, de la carretera posee una clara direccin Sur Norte es interceptado por diversas quebradas que fluyen al Ro Callazas, entre las ms importantes tenemos: La quebrada Azufre Chico en la Progresiva Km. 29+160, Quebrada Azufre Grande en la progresiva Km. 30+970, Quebrada Zuripujo en la progresiva Km. 38+280, y el mismo Ro Callazas en la Progresiva Km. 48+650, Quebrada Castilpujo en la progresiva Km. 52+750.ClimaLa localidad de CANDARAVE se caracteriza por presentar temperaturas medias mensuales de 9,7 C en promedio; Temperatura mxima media promedio de 15,9 C principalmente en los meses de enero y febrero; Temperaturas mnimas medias mensuales de 3,5 C que por lo general se dan en los meses de junio, julio, agosto. La precipitacin promedio mensual de es de 13.5 mm. Por su parte la evaporacin promedio total mensual es de 88.4 mm, lo que marca los acentuados dficit hdricos de la regin.La Humedad Relativas Mx. promedios son de 53,7 % que ocurren ms a menudo en enero, febrero y marzo y la velocidad de viento en promedio de 1,54 m/s en direccin SEEntre los meses de Junio a Septiembre, se presentan fuertes Heladas, presentndose neblina en la noche y el da, las lluvias son de mayor intensidad, producindose nevadas por encima de los 4 500 m.s.n.m. Las temperaturas son bajas, con gradientes trmicas entre el da y la noche; las precipitaciones slidas dan lugar a acumulaciones de nieve en las cimas de las montaas dando origen a nevados; los vientos son fuertes todo el ao. La vegetacin es escasa y se desarrolla en los flancos, consistentes en Ichu, Yaretas, musgos y Lquenes.Segn el Diagrama Climtico de Holdrige, y en base a los datos de precipitacin y temperatura media anual, se puede concluir que la zona pertenece a una clasificacin MATORRAL DESERTICO.II.4.2 Anlisis de las Cuencas de Aporte.Como ya se indic precedentemente la carretera posee una clara direccin Sur Norte es interceptado por diversas quebradas que fluyen al Ro Callazas. A los efectos de poder establecer cules son las quebradas que aportan a la zona de caminos y caracterizar sus propiedades fsiogrficas, se emplearon las cartas topogrficas del Instituto Geogrfico Nacional (IGN) de Lima, Per, en escala 1:100.000.Particularmente se consideraron las cartas 2837 34 V correspondiente a Huaytire y la 2836 35 V, correspondiente a Tarata. En base a ellas y al trazado de la carretera se determinaron las quebradas de aporte a la misma y las cuencas correspondientes. El plano de cuencas hidrogrficas muestra la distribucin de las mismas. Efectuado el anlisis de cada una de las cuencas sobre el plano respectivo, se pudo establecer las caractersticas fisiogrficas de las mismas, determinndose los parmetros requeridos para la estimacin de los caudales mximos para cada una de ellas. La tabla 5.1 muestra los valores calculados.

Tabla 5.1II.4.3 Anlisis de la PrecipitacinSegn surge de los estudios efectuados por la Escuela de Ingeniera Geolgica Geotecnia de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann De Tacna, en el trabajo denominado Estudio mapa de peligros de la ciudad de Candarave, existen en la zona las siguientes estaciones pluviomtricas: Candarave, Suches, Chuapalca, El Ayro y Paucarani, informacin informaciones proporcionadas por el PET, SPCC y el SENAMHI, que cuentan con registros diarios de precipitacin.As mismo se ha detectado tambin la existencia de una estacin pluviomtrica en la zona prxima al proyecto denominado Estacin Tacalaya, la cual posee tambin registros diarios de la variable.Las estaciones pluviomtricas estn ubicadas de manera que con relativa confiabilidad muestran el rgimen de precipitaciones en la zona de estudio. En dicha zona hay suficiente informacin de las observaciones diarias de la precipitacin para los anlisis estadsticos y los perodos de retorno en el orden de magnitud de 50 hasta 100 como mximo. Lamentablemente el perodo de trabajo de los pluvigrafos (Chuapalca y El Ayro) es insuficiente para los anlisis estadsticos de la intensidad de precipitaciones. Estos datos, en vista de las caractersticas de las reas drenadas de las quebradas y de los requerimientos que se presentan, son claves para los clculos de las avenidas. La informacin as corregida (segn la observacin registrada en pluvigrafo) fu utilizada en los anlisis estadsticos. Los datos de las precipitaciones diarias mximas, registrados en la estacin El Ayro muestran mayores lluvias que la informacin registrada en otras dos estaciones; como, por ejemplo, los registros de la precipitacin diaria mxima en los aos 1986 (70 mm), 1987 (87,9 mm), 1 988 (69 mm) y 1 989 (64 mm). En el mismo perodo, se registraron precipitaciones significativamente menores en las estaciones Chuapalca y Paucarani. Desafortunadamente para esos aos no se cuenta con registros de la estacin Tacalaya.II.4.3.1 Precipitaciones Diarias MximasSegn surge del trabajo efectuado por le Escuela de Ingeniera Geolgica Geotcnica se analizaron las precipitaciones diarias mximas registradas en tres estaciones pluviomtricas. Luego de practicar los controles de calidad de la informacin previos y la comparacin de observaciones en el perodo comn (simultneo) de funcionamiento de las estaciones, se hicieron los anlisis estadsticos de datos.Los anlisis estadsticos de precipitaciones diarias mximas fueron realizados para toda la informacin registrada, considerando que en la estacin El Ayro fueron registradas precipitaciones diarias bastantes mayores, comparadas con las de las otras dos estaciones.Fueron aplicadas diferentes distribuciones tericas (Log-normal, Pearson III, Log-Pearson III y Gumbel). A partir de los criterios adoptados para elegir la distribucin (parmetros de distribuciones, prueba de Chi-cuadrado y mtodo de desviacin), la mejor adaptacin a todos los datos se obtuvo con la distribucin Log-normal de tresLa tabla 5.2. muestra los resultados obtenidos en ese estudio para diferentes periodos de retorno.

Tabla 5.2

Por su parte si se analiza la informacin proveniente de la estacin Tacalaya, para el periodo 1963 -1992, cuyos datos fueron obtenidos del informe de Modificacin del Estudio de Impacto Ambiental del Proyecto Quellaveco y cuyos valores se indican en la tabla 5.3, se puede apreciar que las precipitaciones son algo menores a las anteriores, lo cual estara indicando un gradiente decreciente de las lluvias mximas diarias en la direccin SE-NW.Por otra parte, si se realiza el mismo ajuste de distribuciones de probabilidades para estimar los valores de las lluvias mximas en 24 hs para diferentes periodos de retorno estas tendencias quedan claramente evidenciadas.

Tabla 5.3

En efecto, para esta ltima estacin se aplicaron los ajustes a las Log-normal, Pearson III, Log-Pearson III y Gumbel, determinndose que para el tipo Log Normal los valores alcanzados para los periodos de retorno evaluado son sensiblemente menores a lo de la tabla 2.2. En efecto tal como se puede apreciar en la tabla 5.4 y el grafico 5.1, para el periodo de retorno correspondiente a 100 aos la mxima precipitacin para 24 hs de duracin esperada es de 46.57 mm.

Tabla 5.4

Figura 5.1

De los valores obtenidos, es claro entonces que existe gradiente negativo de la precipitacin en el sentido SE-NW pero que adems decrece con la altitud, habida cuenta que la ultima estacin analizada se encuentra localizada aproximadamente a los 4.400 ms de altitud mientras que las primeras a los 3.500.

II.4.3.2 Intensidad de la PrecipitacinTeniendo en cuenta la falta de informacin pluviogrfica en la regin, que cuente con una serie de registros de larga duracin que permita efectuar un anlisis de la distribucin temporal de las lluvias, se debe recurrir al empleo de mtodos alternativos que permitan desagregar los datos diarios en otros de menor duracin, que permitan conocer la distribucin temporal de esa lluvia total.Para ello se puede recurrir al empleo de mtodos convencionales en la hidrologa, como ser la desagregacin por el mtodo del SCS, o bien recurrir al ajuste en base a datos medidos en estaciones prximas, que cuenten con series de calidad y cantidad suficiente para conocer esta distribucin.En el presente estudio se plantearn ambas metodologas se analizaran los resultados y en base a ello se seleccionara la metodologa que ms se aproxima a los valores reales.II.4.3.3 Estudios de Intensidad - Duracin - Frecuencia (I-D-F)En virtud de la informacin disponible, de la longitud del tramo de la ruta analizada y la variabilidad de las precipitaciones en la zona, se consider conveniente, determinar al menos dos juegos de curvas I-D-F, para generalizar su uso a las cuencas ubicadas en el extremo sur del tramo, otra para aquellas localizadas en el extremo Norte del tramo. Como ya se menciono, para las cuencas del Sur existe estudio efectuado por le Escuela de Ingeniera Geolgica Geotcnica de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann de Tacna en la que se analizaron las precipitaciones diarias mximas registradas en tres estaciones pluviomtricas de la zona (Candarave, El Ayro y Chuapalca). En ese estudio se llevo a cabo un anlisis de valores extremos y fueron aplicadas diferentes distribuciones tericas (Log-normal, Pearson III, Log-Pearson III y Gumbel). A partir de los criterios adoptados para elegir la distribucin (parmetros de distribuciones, prueba de Chi-cuadrado y mtodo de desviacin), la que mejor ajust a las series de datos fue la distribucin Log-normal de tres parmetros. Los resultados de los anlisis estadsticos de precipitaciones diarias mximas para la zona de estudio se muestran en la siguiente Tabla 5.5

Tabla 5.5En virtud de que solo se dispone de series adecuadas de datos de lluvias totales en 24 hs. es necesario aplicar algn algoritmo de desagregacin de los datos globales e incrementales. Para ello, se puede aplicar un modelo basado en patrones obtenidos de comportamientos semejantes de climas con caractersticas similares, que cuenten con registros pluviogrficos y que permiten re-crear la evolucin temporal de los episodios de tormentas para las condiciones extremas asociadas al diseo hidrolgico. Otras metodologas que presenta el estado del arte, es la de aplicar mtodos empricos tales como la tcnica estndar propuesta por el Servicio de Conservacin de Suelos (SCS, Soil Conservation Service) de los Estados Unidos de Amrica (Chow, Maidment y Mays, 1988), considerando las distribuciones sintticas adimensionales de la precipitacin del Tipo I correspondientes a climas del Pacifico. Otro modelo es el propuesto por Frederich Bell que permite calcular la lluvia mxima asociada a un periodo de retorno y una duracin de tormenta, usando como valor ndice la lluvia de una hora de duracin y 10 aos de perodo de retorno, mediante la expresin. PTt = (0.21 LN T+0.52)(0.54 t0.25-0.50)P1060Donde:t: duracin [min]T: periodo de retorno [aos]PTt : precipitacin cada en t minutos con periodo de retorno TP1060: precipitacin cada en 60 minutos con periodo de retorno de 10 aos

En este caso y debido a la falta del valor de P1060 , es posible obtener el mismo en base al modelo de Yance Tueros que lo estima a partir de la precipitacin mxima en 24 hs. mediante la ecuacin:I = aPb24 Donde I: intensidad mxima [mm/h]a y b: parmetros del modelo P24 : precipitacin mxima 24 hs.En el caso que nos ocupa se emplearan las tres metodologas y se seleccionar aquella que se considere ms adecuada a la serie de datos disponible y al tipo de desagregacin que se requiera. En efecto para el primer caso, y en base a los estudios efectuados por la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann de Tacna, se pudo obtener datos de una estacin que posee datos pluviogrficos y cuyas caractersticas orogrficas, altitudes, regiones climticas, etc. iguales/similares con respecto a la zona de trabajo. Segn el citado estudio la estacin San Calixto, en La Paz, Bolivia. Esta estacin se ubica a 3 665 m.s.n.m. y dispone de informacin de buena calidad para intensidad de precipitaciones desde 15 minutos hasta 24 horas, correspondientes al perodo 1 960-1 991. La tabla 5.6 adjunta muestra el resultado del anlisis estadstico de la serie de valores mximos para diferentes duraciones:Resultados de anlisis estadsticos dePrecipitaciones (mm) San Calixto, La Paz. 1960 1991

Tabla 5.6

Consecuentemente se generaron distribucin temporal de las lluvias de 24 hs, obtenida a partir del patrn de distribucin que presenta la curva I-D-F de la estacin San Calixto, es decir generando la desagregacin de las tormentas mximas de 24 hs de las estaciones consideradas (Candarabe El Ayro y Chuapalca) y Taclaya en base al patrn de distribucin obtenido en las de la estacin con registros, a partir del mtodo del SCS y del Modelo de Bell.Respecto de este ltimo cabe destacar que su aplicacin demanda del valor de la precipitacin mxima para una hora de duracin y un periodo de retorno de 10 aos. Este parmetro puede ser obtenido o bien mediante datos medidos en pluvigrafos o mediante la ecuacin de Yance Tueros, la cual requiere de los parmetros a y b, que deben ser ajustados en base a registros pluviomtricos y pluviogrficos. Para el caso que nos ocupa, solo fue posible encontrar estos parmetros para la estacin Tocache. (a=0,4602 y b=0.876). Sin embargo dicha estacin se encuentra al norte del pas y las caractersticas fisiogrficas de la regin difieren sensiblemente con las de la zona de estudio. En consecuencia para la aplicacin de este mtodo se empleo como valor de P1060 , el correspondiente a la estacin San Calixto, la cual cuenta con las condiciones y longitud de la serie adecuadas para asumir como dato vlido. En consecuencia para los valores de las lluvias mximas de las estaciones de Candarave se aplicaran las tres metodologas, mientras que para los datos de la estacin de Tacalaya solo se emplearan los dos primeros (patrn de distribucin y SCS), ya que se considera que ni los valores de San Calixto ni los de Tocache son valores representativos para Tacalaya.Asumidas estas hiptesis, las figuras 5.2 y 5.3 muestran las curvas IDF obtenidas.

Figura 5.2 Curva IDF Candarave

Figura 5.3 Curva IDF Tacalaya

Teniendo en cuenta la calidad de la informacin usada para la generacin de las curvas IDF y la incertidumbre que provoca la extrapolacin de datos, se decidi emplear las curvas envolventes superiores, ya que ello implica los valores de intensidades ms altos.Por su parte, y debido a que lo estudios del proceso lluvia-escorrenta se lleva a cabo mediante la aplicacin de tcnicas computacionales, resulta necesario ajustar esta familia de curvas a una ecuacin matemtica dada (usando TR como parmetro fijo para cada una de las curvas). A fin de facilitar su posterior manipulacin, las curvas I-D-F se ajustaron a las ecuaciones matemticas, como las mostradas en las ec [1] a [4], obtenindose que la de mejor ajuste para el caso que nos ocupa es la ec [2] tipo Talbot

[1]

[2]

[3]

[4]Los valores resultantes de los parmetros a, b y c para cada perodo de retorno que se consider, y para cada estacin se sintetizan en las tabla 5.7

Tabla 5.7.- Coeficientes Ec. Talbot curvas IDF

II.4.3.4 Tormenta de ProyectoLa tormenta de proyecto para el conjunto de cuencas que aportan al sistema de drenaje vial a disear, se estableci teniendo en cuenta las curvas Intensidad - Duracin - Frecuencia de la regin, as como tambin las caractersticas fisiogrficas de las cuencas y su incidencia en la funcin de respuesta hidrolgica. Dado que las cuencas bajo estudio tienen tiempos de concentracin variables, se debi adoptar duraciones de tormentas adecuadas a los tiempos de concentracin de cada una de de ellas. Asimismo, y teniendo en cuenta que el nivel de desagregacin temporal de los datos pluviogrficos no es el deseable, se eligi un Dt=10minutos como intervalo elemental de tiempo para el hietograma de diseo.En primera instancia se debe determinar los tiempos de concentracin de cada una de las cuencas. Considerando que la ecuacin de Kirpich fue ajustada para superficies de 80 Has, aproximadamente y en este caso es el orden de magnitud de las cuencas estudiadas se decidi emplear esta. La ecuacin se expresa como:

donde: L: Longitud del Overland FlowS: Pendiente media de la cuenca La tabla 5.8 muestra los valores de los tiempos de concentracin de cada sub cuenca, obtenidos mediante la aplicacin de la ecuacin precedente.

Table 5.8

En base a los tiempos de concentracin se determinaron las tormentas de diseo para cada cuenca, aplicndose para la desagregacin el mtodo de los bloques alternos.II.4.4 Determinacin de Caudales de DiseoPara la estimacin de los caudales de diseo, y en virtud de las dimensiones de las cuencas y el objeto de estudio se recurre al empleo de un modelo de hidrograma unitario triangular tal como el del Soil Conservatios Service (SCS). En lo que respecta al periodo de recurrencia a emplear, se estima que por la categora de la ruta y considerando adems que no hay cursos permanentes o efmeros que demanden la construccin de un puente, es que se adopta un periodo de retorno de 25 aos.Los resultados de obtenidos para cada una de las sub cuencas se indican en la tabla 5.9

Tabla 5.9II.4.5 Anlisis Hidrulico de los Desages Sobre la base de los resultados obtenidos en lo referente a los caudales generados en las cuencas de porte a la zona de camino, resulta ahora necesario disear el sistema de evacuacin a los efectos de garantizar la eliminacin del agua de las cunetas y en general zona de caminos. Para ello se requiere de un sistema de drenajes transversales y otro longitudinal que permita transitar los excesos lquidos hacia zonas en las cuales no genere problema alguno.II.4.5.1 Drenaje Transversal Menor (alcantarillas)Consiste fundamentalmente en un conjunto de obras de arte, que drenen los flujos en direccin transversal a la traza de la ruta. En este caso particular se trata solo de obras de arte menor, es decir alcantarillas, debido a que no atraviesa la traza ningn curso fluvial de carcter permanente o efmero.En virtud de ello se asume como hiptesis para el clculo hidrulico de las mismas una verificacin hidrulica que se lleva a cabo mediante la aplicacin del programa computacional Dodson HYDROCALC, el cual es una implementacin en entorno MS Windows del paquete de software HY8, de la Federal Highway Administration (FHWA) de Estados Unidos, el cual emplea los procedimientos oficiales de la Bureau of Public Roads de EE UU.II.4.5.1.1 Metodologa para determinacin de caudales de diseoEl empleo de este programa hace ms flexible el anlisis de alternativas, ya que se pueden variar los parmetros de diseo (coeficientes de rugosidad, geometra del canal de salida, condiciones de entrada, etc.) sobre la marcha de cada corrida y as seleccionar las opciones ptimas, de acuerdo a los criterios de funcionamiento hidrulico establecidos.El programa computacional entrega como resultado final la cota de agua en la entrada para las condiciones extremas de funcionamiento de la alcantarilla, tanto para la situacin de control en la entrada, como la de control en la salida. Asimismo, proporciona el tipo de flujo con el que trabaja la alcantarilla, tirantes normal y crtico del conducto, profundidades y velocidades en la seccin de salida y en el canal de descarga. Los datos con se alimenta el programa son: - Caudal de diseo- Dimensiones de la alcantarilla- Longitud de la alcantarilla- Pendientes de la alcantarilla y canales de entrada y descarga- Coeficiente de rugosidad de la alcantarilla- Tipo y geometra de la embocadura- Dimensiones y caractersticas del canal de descarga

II.4.5.1.2 Diseo Hidrulico de AlcantarillasEn este estudio se adoptaron las siguientes hiptesis y valores de parmetros para aplicar el programa HYDROCALC:- Canal de entrada y descarga: se considera el mismo con una pendiente compatible con la pendiente transversal del terreno en el cruce en cuestin, estimado a travs de las cartas topogrficas antecedentes y los levantamientos de campaa ejecutados en este estudio. Asimismo, se supone que el canal tendr una geometra trapecial, con solera de hormign o del material en que se encuentre construido y taludes laterales de tierra con inclinacin: 2(H):1(V). El coeficiente de rugosidad de Manning adoptado para el canal fue de 0.03, el cual se considera compatible con la naturaleza de los contornos descripta. Para el ancho de fondo b, se fij como criterio el de asignarle el doble del ancho de la seccin de la alcantarilla B, pero con un valor mnimo de 3.00 mts., es decir:b = 2 B ; b > 3.00 mts.Para la embocadura, se consideraron a las a 45 con respecto al eje longitudinal del canal y el dintel de la seccin de entrada convencional, es decir, con aristas vivas. La pendiente de la alcantarilla se eligi idntica a la asignada al canal de aproximacin y descarga, a fin de evitar quiebres que puedan generar efectos de remanso adicionales a los ocasionados por la alcantarilla propiamente dicha.

II.4.5.1.3 Obras de ProteccinPara el caso de las alcantarillas en los cuales la velocidad en el canal de descarga sobrepasa los 1.5 m/s, se recomienda la colocacin de proteccin contra la erosin. Bsicamente las obras de proteccin recomendadas es la colocacin de un zampeado de piedra Rip-Rap o de lo contrario un sistema de colchonetas de gaviones. II.4.5.1.4 Verificacin de las alcantarillas de desages pluviales existentes y proyectadas.A los efectos de poder establecer la capacidad de descarga de las alcantarillas que atraviesan toda la traza de la carretera en estudio se empleo el paquete de Software mencionado precedentemente y se realiz la verificacin para cada una de ellas considerando su longitud y cotas de entrada y salida.Cabe destacar que a partir de la alcantarilla de la progresiva 32.499,50, todas las alcantarillas son de cao corrugado de 0.90 mts de dimetro y su pendiente promedio del 3,5 %, con lo cual su capacidad de descarga es similar para todas ellas, razn por la cual solo se presenta la correspondiente a la 32.499,50 ya que ella es representativa de las restantes 21 alcantarillas que se encuentran hasta el final del tramo.La Tabla 5.10 muestra la capacidad hidrulica de cada una de las alcantarillas y su localizacin respecto a la sub cuenca a la que pertenece.

Tabla 5.10

Tabla 5.10

Tabla 5.10

Tabla 5.10

Tabla 5.10

En el Anexo se adjuntan las tablas y figuras que muestran los parmetros hidrulicos de cada una de las alcantarillas verificadas y su condicin de funcionamiento para la situacin de diseo adoptada.En la Tabla 5.11 se resume la capacidad del sistema de drenaje menor de la carretera en estudio:

Tabla 5.11De este anlisis surge la necesidad de ampliar la capacidad hidrulica del sistema, incorporando nuevas alcantarillas en las progresivas 44+335,00 y 47+730,00, en correspondencia con la QTaypicirca y Q Vilaque, respectivamente.II.4.5.1.5 Obras de mejora propuestas para las alcantarillas existentes.Del estudio hidrulico surge la necesidad de rehabilitar la alcantarilla de TMC ubicada en la progresiva 21.928,00 que actualmente se encuentra tapada su salida. Por otra parte se proyecta la prolongacin de algunas de las alcantarillas existentes de TMC y de las tajeas y se han proyectado obras de mejora que consisten en la cabecera en las alcantarillas de TMC que as lo requieren y que se detallan en la planilla siguiente.

II.4.5.1.6 Alcantarillas nuevasSe han proyectado dos alcantarillas de TMC, y se rehabilita la de la progresiva 21+928 que se encontraba fuera de servicio con las siguientes dimensiones:

II.4.5.2 CunetasEn el presente proyecto las cunetas son de tierra en algunos sectores y revestidas con mampostera de piedra en otros. Si bien la carretera es de tipo afirmado, por las caractersticas del material se observa una importante erosin por escorrenta longitudinal en algunos sectores, con la finalidad de preservar el ancho de calzada se propone el revestimiento de ciertos sectores de cuentas, tanto del lado derecho como del lado izquierdo de la calzada.La cuneta seleccionada ser de seccin triangular y las dimensiones respondern a las indicadas para Regin Seca en la Figura 4.1.3.9a del Manual para el Diseo de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Trnsito

Clculo del caudal de diseo de las cuentasEl caudal de diseo en el que desagua una cuenca pequea o superficie se obtiene mediante la frmula racional, a saber:Q = C x I x A / 3,6Donde, Q: Caudal m3/segI: intensidad de la precipitacin pluvial mxima, previsible, correspondiente a una duracin igual al tiempo de concentracin y a un perodo de retorno dado, en mm/hA: rea de la cuenca en km2C: coeficiente de escorrenta.Para el caso que nos ocupa, tenemos:

Coeficiente de duracin de lluvias se obtuvo del Cuadro siguiente:

Manual de Carreteras no pavimentadas de bajo volumen de trnsito.

El Q en m3/s, paraC =0.30 (segn Cuadro 4.1.2.d: coeficiente de esocrrenta, dependiente del tipo de superficie. Para superficie de grava, se adopta: C= 0,30)I = 13 mm/hr A =0.010 Km2; considerando la longitud de la cuneta 500 m y la superficie adyacente de ancho 20 m, ancho promedio de la zona a escurrir. Con estos valores obtenemos Q= 11,00 l/sLas dimensiones de las cunetas proyectadas son las siguientes:H = 0,20 m; Taludes: Zi = 1/2 y Ze =1:1

El clculo de la capacidad hidrulica de la cuneta triangular para diferentes pendientes longitudinales se resume en la siguiente tabla:

Para el caso de las cunetas revestidas donde n= 0,025 para la misma seccin se obtienen los siguientes resultados:

La seccin de cuneta proyectada, tanto para cunetas revestidas como sin revestir tiene una capacidad de conduccin suficiente para drenar las aguas provenientes de la plataforma y taludes adyacentes.Pendiente longitudinal de las cunetasLa pendiente longitudinal de las cunetas tiende a adoptar la pendiente del terreno natural. Cuando sta es muy pronunciada y con la finalidad de proteger la plataforma de la erosin producida por la escorrenta se ha previsto revestir aquellas cunetas que presenten una pendiente longitudinal igual o mayor al 3%. En este sentido se ha tenido en cuenta las recomendaciones en cuanto a las velocidades mximas admisibles para cada tipo de superficie indicadas en el Cuadro 4.1.1.c del Manual. Cuadro 4.1.1.c: Velocidad mxima del agua

tipo de superficiemxima velocidad admisible (m/s)

Arena fina o limo (poca o ninguna arcilla)0.20 0.60

Arena arcillosa dura, margas duras0.60 0.90

Terreno parcialmente cubierto de vegetacin0.60 1.20

Arcilla, grava, pizarras blandas con cubierta vegetal1.20 1.50

Hierba1.20 1.80

Conglomerado, pizarras duras, rocas blandas1.40 2.40

Mampostera, rocas duras3.00 4.50 *

Concreto4.50 6.00 *

* Para flujos de muy corta duracin

Los tramos de cunetas de material suelto y de cunetas revestidas, propuestos en el presente proyecto se detallan en las tablas siguientes:

Las cuentas vierten sus aguas directamente en las entradas y/o salidas de las alcantarillas, o bien al terreno natural. Se prev el revestimiento de las bajadas hacia las entradas y/o salidas de las alcantarillas para aquellos casos donde las pendientes longitudinales resulten superiores al 3%, con la finalidad de evitar erosiones en estos puntos. Este revestimiento se ha considerado en la planilla precedente correspondiente a construccin de cunetas con emboquillado de piedra.II.4.5.3 Drenaje Transversal Mayor (Puente)II.4.5.3.1 Anlisis Hidrulico del Ro Callazas, El Ro Callaza cruza la carretera en la progresiva 48 +230 de la carretera Candarave Emp. Carretera Binacional y tiene su vertiente de origen en las descargas del Lago Suches o Huaytre. Adems de estas descargas recibe el aporte de pequeas quebradas como las de Catsipulejo, Pabelluni y las de bajan de los cerros Huataani, Sasahuni. El mismo posee una direccin de escurrimiento dominante e el sentido N-S y luego de recorrer aproximadamente unos 50 Kms, descarga sus aguas en el Lago Aricota. La Figura 5.4 muestra una ubicacin general del Ro, mientras que la Figura 5.5, muestra el detalle del punto donde el Ro atraviesa la carretera.

Figura 5.4.- Ubicacin del tramo en estudio

Figura 5.5- Detalle del tramo en estudio

Si bien el curso se localiza por encima de los 4.000 msnm, el mismo es un curso de escasa pendiente, con un cauce definido en algunos sectores, y anrquico en otros donde se evidencia la ocurrencia desbordes an para pequeos caudales de escorrenta. En el sector del cruce, el ro presenta un curso bien definido, con una seccin cuasi parablica. La figura 5.6, muestra la seccin de cruce con la carretera.

Figura 5.6. Aspecto general del cauce en el tramo en estudio

Caracterizacin Hidrolgica del Ro CallazasDe acuerdo a los antecedentes consultados, el ro Callazas no cuenta con una red de mediciones hidromtricas y de caudales en las proximidades de la zona del cruce. Segn los datos relevados, la estacin que mayores registros posee esta estacin Candarave (Pallata), ubicada al sur de la ciudad de Candarave, Los registros de esta estacin poseen una serie medida desde el ao 1960 al 2000, con registros medios diarios y de 1991 al 2000, con mediciones de descargas mximas y mnimas diarias. Segn estos registros extrados del Diagnstico Agrario 2004 Regin Tacna realizado por la Direccin Regional Agraria Tacna, indican que el Ro Callazas en esa seccin de medicin, se ha observado para la serie de diez aos una descarga mxima de 18,35 m3/s, un caudal medio de 0,919 m3/s y una descarga mnima de 0,120 m3/s. Por su parte las descargas del ro Callazas en la parte alta son registradas en la estacin Coranchay donde se reparte las aguas para uso agrcola de Candarave y otros, tiene una mxima de 11,10 m3/s, media de 1,828 m3/s y una mnima de 1,032 m3/s.Teniendo en cuenta estos registros, y considerando que los mismos poseen una recurrencia de al menos 10 aos, y que adems los mismos fueron medidos al sur de la seccin e estudio, y en su tramo medio recibe aportes quebradas intermedias, tales como las del Ro Matazas, Callazas Grande, Callazas Chico entre otras, es que se considera se adopta para el anlisis hidrodinmico del ro en la zona de estudio de 20 m3/s. Como complemente a este criterio, y teniendo en cuenta la morfologa de las secciones transversales relevadas, se estimar un caudal de diseo en base al concepto de umbral de desborde o bankfull.Finalmente en base a ambos criterios se definir y recomendara la longitud de puente necesario para garantizar la evacuacin de estos caudales son generar procesos erosivo ni largas curvas de remando aguas arriba. Modelacin con HEC-RASEl paquete de software HEC-RAS (River Analysis System), desarrollado por el Centro de Ingeniera Hidrolgica (Hydrologic Engineering Center, 1998) del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los EE.UU. (U. S. Army Corps of Engineers), es una evolucin del conocido y ampliamente utilizado HEC-2, con varias mejoras con respecto a ste, entre las que destaca la interfaz grfica de usuario que facilita las labores de preproceso y postproceso. El modelo numrico incluido en este programa permite realizar anlisis del flujo permanente unidimensional (1D) gradualmente variado en cauces naturales de secciones transversales de geometra cualesquiera.El modelo HEC-RAS est basado en una solucin numrica de la ecuacin diferencial del flujo gradualmente variado en cauces de secciones no prismticas mediante la implementacin del mtodo estndar por etapas (standard step method).HEC-RAS es un paquete integrado de programas de anlisis hidrulicos, en los cuales el usuario interacta con el sistema a travs de una Interfaz Grfica de Usuario (GUI). El sistema es capaz de realizar el clculo del perfil de flujo en rgimen estacionario y no estacionario, y tambin incluye (en su versin 3.1) un mdulo elemental para estimar el transporte de sedimentos y realizar varios clculos de diseo hidrulico.El clculo del perfil hidrulico se realiza de una seccin a otra mediante el empleo de la ecuacin de la energa a travs del mtodo iterativo conocido como el Mtodo Estndar por Etapas. La ecuacin de la energa se puede escribir como:

donde:y1, y2 : profundidad del agua en las secciones transversales 1 y 2.z1, z2 : elevacin del canal principal en las secciones 1 y 2.V1, V2 : Velocidad promedio en las secciones 1 y 2 (= Q/A).D1, D2 : Coeficientes de Coriolis.g : Aceleracin de la gravedad.he : Prdida de carga (energa por unidad de peso)En la Figura siguiente se muestra el esquema con los trminos de la ecuacin de la energa.

Representacin de la ecuacin de la Energa en el modelo HEC-RAS

La altura de prdidas de energa (he) entre dos secciones est compuesta por la altura debida a las prdidas por friccin y por la altura debida a las prdidas localizadas por contraccin y por expansin. La ecuacin para la altura de prdida de energa es:

donde:L : distancia ponderada de la longitud del tramo

: pendiente representativa del tramoC : coeficiente de contraccin o expansin

La distancia ponderada de la longitud de un tramo se calcula de la siguiente manera:

donde:Llob, Lch, Lrob : longitud de los tramos de la seccin transversal para la planicie de inundacin izquierda, el canal principal y la planicie de inundacin derecha respectivamente.

: promedio aritmtico entre los caudales de una seccin: caudal de la planicie de inundacin izquierda, del canal principal y de la planicie derecha respectivamente.La determinacin del caudal total y del coeficiente de velocidad en una seccin transversal requiere de la subdivisin del flujo en fajas para las cuales la velocidad se puede asumir uniformemente distribuida. La aproximacin empleada por HEC-RAS es dividir el flujo por fajas en las reas de inundacin, usando los coeficientes de Manning ingresados para cada sector como elemento de divisin (ubicacin en donde cambia el valor de n) tal como se muestra en el esquema de subdivisin lateral en fajas de la seccin transversal.El caudal se calcula dentro de cada subdivisin de la siguiente forma en base a la ecuacin de Manning:

donde:K = factor de conduccinn = coeficiente de Manning A = rea del flujo para la subdivisinR = radio hidrulico (rea / permetro mojado)cu = 1.0 para unidades SI y cu = 1.486 para unidades inglesas

El programa suma todos los caudales en la planicie de inundacin para obtener la conduccin en la misma, tanto para la planicie izquierda como para la derecha. La conduccin del canal principal se calcula por lo general como una sola faja. La conduccin total de la seccin transversal se obtiene sumando las tres subdivisiones.

Mtodo de subdivisin por defecto en HEC-RAS

HEC-RAS dispone de un mtodo alternativo para calcular la conductancia entre cada punto de quiebre de la planicie de inundacin. Los caudales de cada faja se suman para obtener los caudales totales en las diferentes planicies. El caudal total es la suma de los caudales de las tres subdivisiones. Este mtodo se usa por defecto en el programa HEC-2.

Mtodo de subdivisin alternativo en HEC-RAS

Los resultados de ambos mtodos sern diferentes cuando las planicies de inundacin presenten vegetacin y pendientes muy empinadas. En general, la aproximacin por defecto de HEC-RAS calcula una conduccin menor para igual elevacin de superficie que la metodologa alternativa.El caudal en el canal principal no se divide en fajas a menos que se presenten diferentes rugosidades dentro el mismo. Cuando se presentan diferentes valores de n en el mismo, el programa HEC-RAS verifica si el canal principal tiene taludes superiores a z = 5. Si el resultado es positivo, establece las fajas en los cambios de n y calcula el valor de nc en base a la siguiente relacin (Chow, 1959):

donde:nc : coeficiente de rugosidad equivalenteP : permetro mojado de la seccin principalPi : permetro mojado de la faja ini : coeficiente de rugosidad de Manning de la faja iLa pendiente del canal principal en HEC-RAS se define como la distancia horizontal entre valores adyacentes de las progresivas de n dentro de dicho canal sobre la diferencia de altura de estos puntos. El valor de nc debe ser razonable. El valor calculado se presenta como n en los resultados.Debido a que el programa HEC-RAS permite determinar perfiles para flujo unidimensional, se calcula una energa cintica media para cada seccin transversal. Para una elevacin dada de la superficie libre, la energa cintica media se calcula ponderando la energa de las tres subsecciones: seccin izquierda, canal principal y seccin derecha. En la Figura siguiente se muestra como se calcula la energa para una seccin transversal sin planicie de inundacin izquierda.

Esquema para el clculo de la energa cintica media

Para calcular la energa cintica es necesario conocer la altura de velocidad y el coeficiente de Coriolis D. El coeficiente se calcula como sigue:Altura de Energa Cintica Media = Altura de Velocidad ponderada al Caudal

donde:V1 : es la velocidad media en la subseccin 1 yV2 : es la velocidad media en la subseccin 2.

En general:

El coeficiente de Coriolis para una seccin compuesta se calcula en base a las conducciones de los tres elementos: planicie izquierda, derecha y canal principal. Tambin se puede expresar en base a los caudales y a las reas, tal como se muestra en la siguiente ecuacin:

donde:At : rea totalKlob, Kch, Krob: conductancia de la planicie de inundacin izquierda, del canal principal y de la planicie de inundacin derecha respectivamente.Kt : conductancia total.

Clculo de la Prdida por Friccin. El programa evala la prdida por friccin como el producto de y L (Ecuacin 2), donde es la pendiente representativa de la friccin para un tramo y L est definida por la ecuacin 3. La pendiente de friccin (pendiente del gradiente de energa) en cada seccin transversal se calcula a travs de la ecuacin de Manning de la siguiente manera:

HEC-RAS presenta expresiones alternativas para el clculo de la pendiente de friccin de cada tramo a saber: Ecuacin de pendiente basada en las conductancias medias:

Ecuacin de pendiente de friccin basada en la media aritmtica:

Pendiente de Friccin basada en la media geomtrica:

Pendiente de Friccin basada en la media armnica:

Esta ecuacin es la que el programa adopta por defecto. Las otras ecuaciones se pueden seleccionar si el usuario as lo desea. Evaluacin de los Coeficientes de Prdidas por Contraccin y Expansin. Las prdidas por contraccin y expansin se evalan con la siguiente expresin:

donde C es el coeficiente de contraccin o expansin. El programa asume que la contraccin ocurre cuando la altura de velocidad aguas abajo en mayor que la altura de velocidad aguas arriba. Asimismo, cuando la altura de velocidad aguas arriba es mayor que la de aguas abajo, el programa asume que ocurre una expansin. Valores tpicos de C se encuentran en el manual de referencia hidrulica del programa HEC RAS o en cualquier bibliografa sobre el tema. No obstante su versatilidad y su gran popularidad actual, el modelo HEC-RAS exhibe una serie de limitaciones que vale la pena recordar para tener presente que los resultados que se obtienen a partir del mismo estn sujetos a esas restricciones.Las siguientes hiptesis estn implcitas en las expresiones analticas que se emplean en la presente versin del programa HEC-RAS: (1) El flujo es permanente (al menos en el mdulo principal del programa, aunque la versin 3.1 presenta la posibilidad de clculos de flujo impermanente, las herramientas para ello son an muy limitadas).(2) El flujo es gradualmente variado (excepto en algunas estructuras hidrulicas como: puentes, alcantarillas, y azudes. En esas estructuras, donde el flujo puede ser rpidamente variado, se emplea la ecuacin de cantidad de movimiento o alguna ecuacin emprica).(3) El flujo es unidimensional (por ejemplo, slo se tiene en cuenta la componente de la velocidad en la direccin del flujo). Esta es la limitacin principal, ya que aunque el programa ofrezca la opcin de distribucin lateral de flujo realiza la misma a partir de clculos globales promediados en la seccin y con mtodos empricos simplificados.(4) Las pendientes de los ros son pequeas, es decir, menores a 1:10 (o el 10%). El flujo se asume permanente porque no se toma en cuenta el trmino en funcin del tiempo en la ecuacin de la energa. El flujo se asume gradualmente variado porque la ecuacin de energa se basa en la hiptesis que la distribucin de presin en cada seccin es hidrosttica. En los sectores donde el flujo es rpidamente variado, el programa aplica la ecuacin de cantidad de movimiento u otra ecuacin emprica. El flujo se asume unidimensional porque la ecuacin de energa se basa en la hiptesis que la altura de energa total es la misma para todos los puntos de la seccin transversal.Finalmente, debe destacarse que el programa an no posee la capacidad de trabajar con fondos mviles (por ejemplo, transporte de sedimentos) y necesita que las prdidas de carga se definan en los trminos contenidos en la ecuacin de energa antes presentada. Por ello, la alternativa ms usual es calcular los parmetros hidrulicos con HEC-RAS y luego usar este producto como "input" para aplicar otro modelo o procedimiento semi-emprico alternativo para evaluar las caractersticas de contornos mviles imperantes en los ros naturales.Para el caso que nos ocupa se presentar el anlisis para la condicin de Ro sin obras de arte y luego de conocer su hidrodinmica se realizara la evaluacin e su comportamiento para diferentes alternativas de puentesEscenario Inicial (E0): Ro en condiciones naturalesA los efectos de poder tener un mayor conocimiento a cerca de la hidrodinmica del Ro y teniendo en cuenta la incertidumbre acerca de los caudales de diseo, se evalan diferentes escenarios, incluyendo caudales menores al de diseo y mayores al mismo.La figura 5.7 muestra las secciones transversales relevadas en el ro Callazas y la tabla 5.14, los diferentes escenarios de caudales simulados.

Figura 5.7.- Esquematizacin del tramo modelado

Tabla 5.14- Rango de caudales analizados

En lo que sigue se presentan los resultados obtenidos para la situacin mas extrema, que corresponde a un caudal de 50 m3/s.

Figura 5.8- Clculo de la pendiente media del tramo por regresin. S = 0.0016

Figura 5.9.- Perfil Hidrulico simulado para Q = 50 m3/s. Observar desborde para este caudal

Figura 5.10.- Seccin transversal para Q = 50 m3/s en PT 00.00

Figura 5.11- Curva h-Q en PK 00.00


Figura 5.13.- Curva h-Q en PK 40.00






Figura 5.19.- Curva h-Q en PT 360.00

Figura 5.20.- Vista 3D del tramo simulado

Figura 5.20.- Comportamiento de las velocidades a lo largo del tramo

Figura 5.21.- Comportamiento del Nmero de Froude a lo largo del tramo

Figura 5.22.- Comportamiento del tirante hidrulico a lo largo del tramo

Figura 5.23.- Comportamiento del ancho superficial a lo largo del tramo

Tabla 5.15.- . Propiedades hidrulicas del tramo

Escenario E1. Puente L = 10 m


Figura 5.25.- Perfil Hidrulico simulado para Q = 50 m3/s.

Figura 5.26.- Detalle del Perfil Hidrulico simulado para Q = 50 m3/s.

Figura 5.27.- Seccin transversal para Q = 50 m3/s en puente

Figura 5.28.- Curva h-Q en la seccin transversal del puente

Figura 5.29.- Curva h-Q en la seccin transversal aguas arriba del puente







Figura 5.35- Curva h-Q en la seccin transversal aguas arriba del puente







Figura 5.41.- Curva h-Q en la seccin transversal aguas arriba del puente


ConclusionesSi bien desde el punto de vista hidrodinmico, es suficiente una luz libre de 10 mts de longitud para evacuar el caudal de diseo adoptado, se puede observar claramente el fuerte efecto de contraccin que genera un puente de estas dimensiones, respecto del cauce natural del ro en la seccin de cruce. Esta situacin puede provocar algunos problemas de erosin local, (en estribos) que pudiera poner en riesgo la estabilidad del mismo. En consecuencia se recomienda proyectar un puente de 15 m o 20 m de luz para evitar erosiones importantes en los estribos o en caso contrario si se adopta una luz de 10 mts. se debe adicionar protecciones en los estribos y embocadura de aguas arriba y aguas abajo, de manera de minimizar los procesos de erosin lineal.

II.4.5.4 Diseo de BadenesEn ciertas condiciones de diseo vial, es necesario disponer de estructuras del tipo badn para tener en cuenta los flujos de aguas de escorrenta superficial que discurren con orientacin transversal al eje del proyecto.A fin de poder optimizar el diseo de tales estructuras, desde el punto de vista hidrolgico-hidrulico, es decir, sin afectaciones a las condiciones de drenaje transversal ni longitudinal del camino, resulta necesario aclarar ciertos conceptos que hacen al funcionamiento de tales dispositivos.Segn algunos manuales mexicanos de diseo de drenaje de carreteras [que esencialmente se basan en normativas de la Administracin Federal de Carreteras (FHWA) de los Estados Unidos]: Los vados son estructuras muy pegadas al terreno natural, generalmente losas a piso, que tienen ventajas en cauces amplios con tirantes pequeos y rgimen torrencial por corto tiempo. La construccin de vados es econmica y accesible a los cambios rurales por el aprovechamiento de los recursos del lugar, ya que pueden ser construidos de mampostera, concreto simple, ciclpeo y hasta de lamina. Su diseo debe evitar provocar erosin aguas arriba y aguas abajo, adems de evitar que se provoque rgimen turbulento que tambin son causa de socavacin.II.4.5.4.1 Consideraciones HidrulicasEn lo que se refiere a la concepcin del diseo desde el punto de vista hidrulico, debe tenerse en cuenta que los badenes funcionan hidrulicamente como vertederos de pared gruesa y escotadura trapecial o cuasi-parablica. Por lo tanto, el caudal que los mismos son capaces de erogar obedece a una funcin hidrulica del tipo:Q = CQ . LV . hmdonde Q es el caudal, CQ es el coeficiente de descarga, LV es la longitud de vertido (o ancho efectivo del vertedero), h es la carga hidrulica y m es un exponente que vale aproximadamente 3/2 para la mayora de las situaciones.En la figura 5.43 siguiente se presenta el esquema de funcionamiento del badn para el caudal de diseo. En la misma HW (Head-Water) es la carga hidrulica total disponible en una seccin de aproximacin a la garganta de paso, P es la altura del badn (su cresta) respecto a la cota del terreno natural en la vecindad del mismo, y h es la lmina efectiva sobre la seccin central del badn (vertedero de pared gruesa a los efectos hidrulicos).

Figura 5.43.- Esquema conceptual del flujo a travs del badn.

En el caso de los badenes, la carga h est limitada ya que no se pueden permitir sobreelevaciones que superen ciertos umbrales admisibles hacia arriba, porque se estaran generando inundaciones en la vecindad de la zona de camino. Por su parte, CQ depende del diseo geomtrico de la estructura. Entonces, la nica posibilidad de conseguir que el badn pueda evacuar los caudales de diseo sin cargas apreciables sobre la estructura es posibilitar que el valor LV sea variable dependiendo del caudal. Es decir:LV = f(Q)Teniendo en cuenta las caractersticas hidrulicas particulares de comportamiento hidrulico de este tipo de estructuras viales, se han realizado numerosas investigaciones experimentales, fundamentalmente en Estados Unidos por parte de la Administracin Federal de Carreteras (FHWA) tendientes a establecer criterios cuantitativos de diseo.En ese contexto se destacan los trabajos de Looschen y Coy (1982), Motayed et al. (1982) y Rossmiller et al. (1984). La mayor parte de los trabajos consistieron en experimentos en laboratorio bajo condiciones controladas a fin de obtener ecuaciones de diseo.Las formulaciones planteadas en esas investigaciones se pueden reducir al siguiente formato generalizado:

donde k0, k1 y k2 son parmetros de ajuste de las frmulas y sus valores numricos dependen esencialmente del coeficiente de gasto del vertedero. Los valores aproximados de k1 y k2 se sitan, obviamente, alrededor de 1.00 y 1.50, respectivamente, que corresponderan al "vertedero ideal". Por ejemplo, para la ecuacin propuesta por Rossmiller et al (1984) los valores de las constantes resultan: k1=0.823 y k2=1.67.

II.4.5.4.2 Badenes PermeablesLas estructuras denominadas badenes permeables, consisten en obras compuestas de un sistema inferior de sub-drenaje que tiene por funcin evacuar los caudales basales por debajo de un cierto umbral (a travs de estructuras tipo alcantarillas tubulares), mientras que para caudales altos comienza a funcionar tambin como un badn permitiendo el paso de las aguas por encima de la calzada (que como se dijo previamente, funciona como un vertedero de pared gruesa).Para el diseo de estas estructuras, que sern dispuestas en el caso de vaguadas encisadas o pequeos arroyos, se propone adoptar los lineamientos del plano tipo modificado para la parte superior (badn propiamente dicho) en combinacin con los lineamientos y recomendaciones presentes en el Plano Tipo A-82-C para la parte inferior de la obra (alcantarilla de cao de HA) (Fig. 1).

Figura 1.- Extracto del Plano Tipo A-82-C de la DNV (alcantarilla de cao de HA).Las caractersticas particulares asociadas a cada situacin sern analizadas en detalle en cada cruce de una va de escurrimiento, en correspondencia con los ejes de las alcantarillas transversales dispuestas a lo largo del eje del camino. Sin embargo, a priori se podran tipificar los diseos propuestos en tres categoras bsicas.La primera de ellas se indica esquemticamente en la Fig. 2 y corresponde al badn sencillo, tal como fue concebido en el proyecto, pero con la modificacin de longitud (LV) variable, en virtud de lo expuesto previamente.

Figura 2.- Badn sencillo con refuerzo en hormign de la superficie de rodamiento en la regin de cruce

El segundo tipo corresponde al caso de un badn permeable de baja altura (Fig. 3), para el caso de vas de flujo con profundidades menores aproximadamente a 1.50 metros. En ellos, se dispone de tuberas de seccin circular de hormign en la parte inferior, con el punto inferior de la seccin til en coincidencia con la cota del lecho natural de la vaguada en ese punto para la condicin hidrolgica dominante. El nmero de tubos, as como el dimetro y la pendiente de los mismos, son calculados en funcin de los caudales de diseo.

Figura 3.- Badn mejorado con sub-drenajes de tubos de hormignEl tipo tres corresponde a badenes de altura media, que se aproximaran a lo que se defini como puente-vado (Figura 4). Se recurrir a esta solucin en aquellos cruces en los que se presenten vaguadas o pequeos arroyos de profundidad significativa, es decir, mayores a 1.50 metros de altura de mrgenes respecto al terreno natural en la vecindad del curso. En estos casos, se podrn disponer en el sub-drenaje de alcantarillas de seccin circular o bien alcantarillas tipo caja. El nmero de celdas, la geometra de la seccin de la alcantarilla, sus dimensiones y la pendiente de las mismas se establecern con los correspondientes clculos hidrulicos.

Figura 4.- Badn para el caso de cruces de pequeos arroyos encisados. Pueden disponerse tubos o alcantarillas caja.

Figura 5.- Esquema pictrico de un badn con un tubo de metal corrugado para flujos de aguas bajas.

Para el caso del Ro Callazas, en el caso de adoptar la solucin de vados permeables, se recomienda la colocacin de una solucin como la indicada en la figura 5. En esta caso para caudales bajos se propone la colocacin de cinco (5) tubos de 1,2 metros de dimetro, cada uno de los cuales puede evacuar un caudal de 1, 5 m3/s, en su capacidad mxima y trabajando a presin, tal como se observa en la tabla 1 y la figura 6.

Tabla.1

Figura 6.- .En lo que respecta a la longitud efectiva del badn y el mismo se calcula con segn la expresinQ = 2.64 LV0.823 H1.67El caudal Q se expresa en m3/s y las magnitudes LV y H se expresan en metros.De la ecuacin anterior se puede despejar LV :LV = [Q/(2.64 H1.67)](1/0.823) = 0.3074 H-2.03 Q1.215

Para un caudal de 25 aos, estimado en 30 m3/s, la longitud del badn debera ser de 75 metros de longitud con un tirante mximo de 0.4 mHabida cuenta de la baja tasa de transito de la carretera, se estima que la interrupcin de unas pocas hs (2 a 3), resulta compatible, con las condiciones del trnsito.

REPBLICA DEL PERU - GOBIERNO REGIONAL DE TACNAPROGRAMA DE CAMINOS DEPARTAMENTALES PCDESTUDIO DEFINITIVO PARA LA REHABILITACIN DE LA CARRETERA EMPALME PE-38 TARATA CANDARAVE EMP. PE-36 A (BINACIONAL). TRAMO: CANDARAVE EMP. CARRETERA BINACIONAL KM 143+500

CADIA S.A. Sucursal PERUJefe de ProyectoClaudia Mara PEROLINI GASTALDIIngeniera CivilReg, CIP N 983-T

Figura 5.44.- Extracto de un Plano Tipo de Badenes de la DNV (Plano: perfiles tipo estructurales de pavimento).

Si se tienen en cuenta algunos planos tipo para badenes como el de la Fig. 5.44 se presenta un extracto del mismo, puede advertirse que se ha previsto para LV un valor constante e igual a 1.50 m. En virtud de las razones antes manifestadas, se propone una primera modificacin al plano tipo de badenes, adoptando para LV un valor variable dependiente del caudal de diseo.Las estructuras de badenes sencillos funcionarn adecuadamente para el caso de vas de escurrimiento de escaso tirante hidrulico, tanto para condiciones de rgimen hidrolgico normal, como para el caso de situaciones de crecida. Es decir, estas estructuras, tal como estn previstas en el proyecto pero con la modificacin propuesta de LV variable, funcionarn adecuadamente dentro de un rango de caudales de diseo relativamente bajos. Sin embargo, para el caso de caudales que superen un determinado umbral, que a su vez por lo general estn asociados a vas de flujo ms profundas y/o pequeos arroyos de rgimen hidrolgico efmero, las condiciones de diseo seguramente impondrn valores de LV muy altos para poder evacuar esos caudales con tirantes y velocidades medias por debajo de los admisibles.

Foto 1.- Ejemplo de funcionamiento en condicin de crecidas

II.4.5.4.3 Diseo de los BadenesEcuacin para vertederos de pared gruesa basada en el criterio de Rossmiller et al. (1984).Q = 4.83 LV0.823 H1.67donde Q se expresa en pie3/s [cfs], LV en pies [feet], y H en pies [feet].La ecuacin anterior se puede transformar al sistema internacional (SI), quedando expresada de la siguiente manera:Q = 2.64 LV0.823 H1.67El caudal Q se expresa en m3/s y las magnitudes LV y H se expresan en metros.De la ecuacin anterior se puede despejar LV :LV = [Q/(2.64 H1.67)](1/0.823) = 0.3074 H-2.03 Q1.215

En el caso que nos ocupa en la progresiva 22+096 se debe disear un badn que garantice el paso an para el caudal adoptado para el diseo. En consecuencia aplicando la ecuacin descripta precedentemente se obtiene que para desaguar 2 m3/s, con un tirante mximo de 0.20 mts (es decir que permita el paso de vehculos), se requiere una longitud efectiva de 20 mts.

II.4.5.4.4 Badenes ProyectadosEn la rehabilitacin de la carretera, se han proyectado 2 badenes, uno en la Pr.22+011 donde se identific en el relevamiento de campo como as tambin en el levantamiento topogrfico, un pequeo cauce y marcas de cruce de agua sobre la va existente; el otro, un badn permeable ubicado en el cruce con el Ro Callazas en la Pr. 48+287,80.

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informe hidraulica

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