Hidro defensa ribereña omaya

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PICHARI

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CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN
2. GENERALIDADES
3. INFORMACIÓN BÁSICA DEL ÁREA DE ESTUDIO
3.1. Ubicación del área de estudio
3.2. La cuenca de interés
3.3. Información básica disponible
3.4. Análisis de la información pluviométrica disponible
3.4.1.Análisis de similitud hidrológica
3.5. Condiciones climáticas del área del proyecto
3.6. Información complementaria
3.7. Prueba de ajuste de la serie de datos pluviométricos
3.7.1.Prueba de ajuste de Smirnov - Kolomorov
3.7.2.Distribución de probabilidades
3.7.2.1.Distribución teórica de la serie de Gumbel tipo I
3.7.2.2.Distribución teórica de la serie Normal
3.7.2.3.Distribución teórica de la serie Log Normal
4. DETERMINACIÓN DE CAUDALES MENSUALES EN SITIOS DE INTERÉS
4.1. Precipitación media de la cuenca
4.2. Determinación de la disponibilidad del agua
5. DETERMINACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS
5.1. Método de mediciones in situ
5.2. Determinación de caudales de diseño
6. DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN SITIOS DE INTERÉS
6.1. Generalidades
6.2. Cauce de equilibrio del río
6.3. Determinación de la socavación general
6.4. Determinación de la socavación local
6.5. Determinación de la socavación total al pie de muro
7. CONSIDERACIONES SOBRE HIDRÁULICA FLUVIAL
7.1. Mecánica fluvial del río
7.2. Determinación de la capacidad de arrastre
8. DETERMINACIÓN DE VALORES DE DISEÑO
8.1. Ancho de encauzamiento

CONSTRUCCIÓN DEFENSA RIBEREÑA OMAYA, DISTRITO DE PICHARI-LA CONVENCIÓN-CUZCO.

ESTUDIO DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA


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8.2. Niveles probables de agua en eje de río
8.3. Nivel de cimentación por efectos de socavación
8.4. Protección contra los procesos erosivos y necesidades de encauzamiento
9. CONCLUSIONES

CUADROS
CUADRO N°01 : Parámetros geomorfológicos de la cuenca del río Omaya en el punto de
ubicación de la población de Omaya
CUADRO N°02 : Riesgo de falla del muro de encauzamiento para caudales máximos
instantáneos del río Omaya (Método Regional)
CUADRO N°03 : Calculo de la curva de calibración del río Omaya en la progresiva 0+450
CUADRO N°04 : Distribución granulométrica del material del lecho del río Omaya en la
progresiva 0+450
CUADRO N° 05 : Cálculo de la sección de equilibrio del río Omaya en la progresiva 0+450
(Método de Lacey)
CUADRO N°06 : Cálculo de la socavación general al pie de los muros de encauzamiento
sobre el río Omaya (Método de Lischtvan – Lebediev)
CUADRO N°07 : Cálculo de la socavación local al pie de los muros de encauzamiento sobre
el río Omaya ( Método de Artamonov)
CUADRO N°08 : Cálculo de la socavación total al pie de los muros de encauzamiento en la
progresiva 0+450 y del puente Omaya sobre el río Omaya
CUADRO N°09 : Cálculo de la capacidad de arrastre del río Omaya en eje de la progresiva
0+450
CUADRO N°10 : Cálculo de la socavación general al pie de los muros de encauzamiento
sobre el río Omaya con enrocado (Método de Lischtvan – Lebediev)
CUADRO N°11 : Cálculo de la socavación total al pie de los muros de encauzamiento y del
puente Omaya el río Omaya con enrocado
CUADRO N°12 : Registro de información hidrometeorológica (Municipalidad de Sivia)
CUADRO N°13 : Registro de información hidrometeorológica (Ministerio de Agricultura)
CUADRO N°14 : Rendimientos promedios en cuencas de la selva peruana

MEMORIA DE CÁLCULOS

FOTOGRAFÍAS

LAMINAS

LAMINA Nº U-01: Ubicación del área de estudio
LÁMINA N° C-01: Cuenca hidrográfica




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LAMINA Nº P-01: Plano Topográfico
LAMINA Nº ST-01: Secciones transversales

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN

El presente estudio tiene como objetivo principal determinar las características hidrológicas
e hidráulicas del río Omaya a lo largo de 1.4Km, en el sitio de emplazamiento de la ciudad
de Omaya (tales como servicios públicos, instituciones, terrenos de cultivo y sobre todo la
protección de la vida de la población), con la finalidad de determinar: el ancho de
encauzamiento, las cotas de los máximos niveles de agua esperados, la profundidad de
cimentación por efectos de socavación general y local y las protecciones necesarias que no
permitan el asentamiento o volteo de la estructura asentada sobre el lecho del río, ante la
ocurrencia de caudales máximos normales y eventualmente extraordinarios de un
determinado período de retorno y probabilidad de ocurrencia, acorde a consideraciones
usuales de diseño.

2. GENERALIDADES

En el presente estudio se ha efectuado la recopilación de información básica disponible
tanto en gabinete como en campo, relacionada a aspectos hidrometeorológicos, hidráulicos,
topográficos, morfológicos y otros, que permitan plantear la metodología de trabajo
apropiada, con la finalidad de determinar los procesos hidráulicos del río.

La visita y recopilación de información de campo es importante pues ha permitido apreciar
en el mismo lugar la probabilidad de ocurrencia de diversos caudales en función a
indicadores físicos presentes, tales como marcas o huellas de máximos niveles de agua
ocurridos, variación de cauce del río y otros. De igual manera, se ha observado las
características favorables del lecho del río ante procesos de mecánica fluvial y erosión.

Con los datos obtenidos en campo y en gabinete, se procedió con el cálculo de los
principales indicadores hidráulicos y de mecánica fluvial del río: caudales máximos,
velocidades medias, velocidades erosivas, socavación general, socavación local, socavación
total, capacidad de arrastre, capacidad de trasporte de sedimentos y determinación del
cauce de equilibrio.

Con los valores obtenidos y la experiencia en este tipo de trabajos, se procede a calcular y
verificar la profundidad de cimentación por efectos de socavación, el ancho de
encauzamiento, las obras de protección necesarias en el lecho del río para mitigar los
efectos de la erosión y las necesidades de encauzamiento en la zona de emplazamiento de
la ciudad y sus principales instituciones, de tal forma que no se interrumpa la capacidad
productora de bienes y servicios.




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3. INFORMACIÓN BÁSICA DISPONIBLE DEL ÁREA DE ESTUDIO

3.1 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El área de estudio que comprende el emplazamiento de la captación, se encuentra ubicada
sobre el río Omaya. La ubicación del área de estudios se presenta en la LÁMINA U-01 y
C-01.

La ubicación geográfica de la zona de estudio sobre el río de acuerdo a la información
cartográfica a escala 1:100,000 del IGN, cuadrícula 26-o (Ayna), que se presenta en la
Lámina C-01, está en un tramo sensiblemente recto. Esta ubicación corresponde a las
siguientes coordenadas UTM:

Norte : 8’611,200
Este : 629,400
Altitud : 581.40 msnm

En este lugar se encuentra construido el puente Omaya, la cual se emplaza en la carretera
Kimbiri-Pichari-Puerto Ene.
Se ha verificado las condiciones naturales del emplazamiento de los muros, cuya ubicación
actual cumple con los siguientes criterios generales:

• Protección de la vida humana, como principal criterio, la cual se encuentra en peligro en
época de fuertes precipitaciones pluviales.
• Ubicación de los muros fuera del cauce del río, o lo más alejado posible, que permita un
mejor comportamiento hidráulico, sin modificar sus condiciones naturales o
reemplazarlas por uno del mismo entorno (enrocado).
• Ubicación de los muros en zonas lo suficientemente estables en donde se necesite, sin
cambiar mucho la forma de la sección del río.
• Ubicación de los muros en zonas en la cual el historial de migración del río y sus
tendencias geomorfológicas se muestren estables y sin mayores cambios.
• Existencia de puntos potenciales sobre el río para un posible control hidráulico.
• Disponibilidad relativa de materiales de construcción.
• Máxima eficiencia económica.
• Mínimo impacto ambiental (se tomará el material existente en el cauce del río Omaya).

El eje del río y sus secciones, se encuentran indicadas en el plano topográfico del río,
presentado en la LÁMINA 01.

3.2 LA CUENCA DE INTERÉS




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La cuenca de interés comprende la del río Omaya y sus afluentes hasta el lugar donde se
ubica la estructura de protección y que corresponde a una cota de 581.40 msnm.

La información cartográfica obtenida corresponde a Cartas Nacionales a escala 1:100,000 y
Planos Departamentales del Atlas Geográfico del Perú, ambos del IGN, se determina que la
cuenca de la quebrada es de 30.29 Km² aproximadamente y corresponde a una cuenca de
forma irregular denotado en los valores de factor de forma e índice de compacidad
encontrados y que por el tiempo de concentración del orden de más de media hora, han de
producir en el río hidrogramas de avenidas con caudales pico agudos y de carácter
torrentoso debido a la alta pendiente del curso principal de agua igual a 3.50%. En el
CUADRO N° 01, del ítem de ANEXOS, se muestran los valores característicos de la cuenca.
Según la altitud de la zona tiene un clima cálido, con predominio de precipitaciones
pluviales intensas entre los meses de Noviembre y Marzo.

3.3 INFORMACION BASICA DISPONIBLE

Con la finalidad de tener valores promedios representativos de las variables meteorológicas
e hidrológicas en la zona del Proyecto; se ha investigado la existencia de la estación
hidrometeorológica de Sivia, cercana al área del proyecto que permita proporcionar
información confiable.

CUADRO N°01

REGISTRO DE INFORMACIÓN HIDROMETEROLOGICA (MINISTERIO DE AGRICULTURA)

ESTACION : SIVIA
LATITUD : 12º 30' 50" S
LONGITUD : 73º 51' 48" W
ALTITUD : 560 msnm
PERIODO : REGISTROS DE 1972 A 1977
FUENTE : Ministerio de Agricultura (1981)

VARIABLE METEOROLOGICA ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC ANUAL

TEMP. MEDIA MINIMA (ºC) 20.20 19.3 19.7 19.9 19.3 17.8 17.5 17.8 18.6 19.3 18.5 20.5 19.03

TEMP. MEDIA MAXIMA (ºC) 31.00 31.5 31.5 30.7 30.3 29.5 30.7 31.4 31.2 31.8 31.7 31.6 31.08

TEMPERATURA MEDIA (ºC) 25.6 25.4 27.7 25.3 24.9 23.6 24.1 24.6 24.9 25.5 26.1 26.8 25.38

PRECIPITACION TOTAL (m) 246 320 322 316 107 96 74 102 169 191 190 221 2,354

PRECIPITACION MENSUAL 10.45 13.59 13.68 13.42 4.55 4.08 3.14 4.33 7.18 8.11 8.07 9.39 100

No se cuenta con información pluviométrica en el lugar del proyecto, la información
utilizable se obtiene de la estación aledaña, específicamente en las provincias de Huanta,
distrito de Sivia; con los que se demuestra la similitud hidrológica de las estaciones, por lo
cual se calculará la ecuación regional de precipitación máxima diaria.

La obtención de lluvias y caudales de manera indirecta, mediante regionalizaciones, obliga a
tomar valores conservadores al Consultor, mediante la verificación de los parámetros típicos
de la región, las que se ha obtenido en la experiencia profesional y en los estudios
realizados por el Consultor y otros en la región.




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3.4 ANALISIS DE LA INFORMACION PLUVIOMETRICA DISPONIBLE

La información pluviométrica disponible corresponde a la estación indicada en el CUADRO N
° 01, cuyos registros se muestran en los CUADROS N° 14, 15 Y resumidamente en el 16, de
los anexos, para el caso de lluvias medias mensuales.

Los registros de precipitación anual y mensual servirán para comparar la similitud
hidrológica de las estaciones ubicadas en las cuencas de la selva peruana. Luego de
demostrar la similitud se procederá a obtener la ecuación regional de precipitación máxima
diaria.

Los registros de precipitación de las estaciones, se aprecian en el siguiente cuadro:

CUADRO N°02

RENDIMIENTOS PROMEDIOS EN CUENCAS DE LA SELVA PERUANA

AREA PRECIP. ESCORRENTIA COEFICIENTE DE RENDIMIENTO
CUENCA SUB-CUENCA
(Km2) (mm/año) (mm/año) ESCORRENTIA (Lps/Km.2)

MARAÑON MAYGASBAMBA 122 961 437 0.45 13.86

MARAÑON MATARA 140 972 360 0.37 11.42

MARAÑON POLLOC 241 853 442 0.52 14.02

MARAÑON NAMURA 433 856 365 0.43 11.57

AMAZONAS CORRIENTES 13,520 2,200 1,270 0.58 40.27

MARAÑON CUMBA 39,000 820 450 0.55 14.27

MARAÑON CORRAL QUEMADO 48,700 850 454 0.53 14.40

MARAÑON AMOJAO 68,000 1,000 534 0.53 16.93

AMAZONAS AMAZONAS 327,800 2,565 1,615 0.63 51.21

FUENTE : "HIDROLOGIA PARA INGENIEROS" - ROSENDO CHAVEZ DIAZ

3.4.1 ANALISIS DE LA SIMILITUD HIDROLOGICA

Como se ha indicado, no se cuenta con información hidrométrica ni pluviométrica en la zona
del proyecto, por lo que se procederá a obtener lluvias para la zona y luego avenidas
máximas mediante la regionalización. Para tal propósito deberá demostrarse que los
regímenes hidrológicos son similares. Esta similitud probabilística se refiera a magnitudes
de eventos, al régimen de ellos y a cierto grado de simultaneidad de períodos de ocurrencia.




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No se cuenta registros de lluvias medias mensuales para períodos recientes, en la zona del
proyecto.

Las lluvias en la selva son orográficas, donde la altitud sobre el nivel del mar es importante.
Se ha estimado que la altura media o representativa de la cuenca de la quebrada es de 581
msnm, con pisos altitudinales comprendidos entre los 500msnm hasta 2,400 msnm. La
estación meteorológica considerada, están ubicadas en una cota de 560 msnm.

Sin embargo, sí se puede comparar el comportamiento estacional, para ello se ha elaborado
en base a las lluvias mensuales multianuales.

CUADRO N°03

REGISTRO DE INFORMACIÓN HIDROMETEROLOGICA (MUNICIPALIDAD DE SIVIA)

ESTACION : SIVIA LATITUD : 12º 30' 50" S
DEPARTAMENTO : AYACUCHO LONGITUD : 73º 51' 48" W
PROVINCIA : LA MAR ALTITUD : 560 msnm
DISTRITO : SIVIA
PRECIPITACION TOTAL EN mm
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC ANUAL

1998 _ _ _ _ _ 104.6 41.5 53.3 169.4 276.2 _ _ _

TEMPERATURA MEDIA EN ºC
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC ANUAL

1998 _ _ _ _ _ 25.4 25.7 24.8 24.9 25.8 _ _ _

3.5 CONDICIONES CLIMATICAS DEL AREA DEL PROYECTO

De la información hidrometeorológica disponible anteriormente presentada y que es
representativa para el área de interés, se desprende que la precipitación promedio
multianual en el área del Proyecto es de alrededor de 2,354 mm con temperaturas
promedio de 25.38°C, que llegan como máximo hasta 31.08°C y con mínimas de hasta
19.03C.
En la cuenca de interés, las condiciones climáticas corresponden al denominado clima
lluvioso cálido. El período de lluvias es de Noviembre a Marzo.
El período de lluvias está comprendido entre los meses de Noviembre y Marzo, en el cual
llueve casi el 89% de la lluvia anual.

3.6 INFORMACION COMPLEMENTARIA

La información complementaria se refiere a aquella información relacionada al propósito del
Estudio Hidrológico y de Hidráulica Fluvial de la quebrada del río Omaya y que es la
construcción de los muros de encauzamiento. Esta información ha sido obtenida por el




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personal técnico contratado por el Consultor y se refiere básicamente a los análisis
granulométricos del material del lecho de río, obtenida del estudio geológico y geotécnico
con fines de cimentación, ésta ha tenido una de especial consideración y se encuentra
ubicada en la progresiva Km 0+450.

En el informe geológico y geotécnico se ha obtenido datos del perfil estratigráfico de la zona
de cimentación del muro de encauzamiento de la progresiva 0+450 del eje del río,
necesaria para verificar el tipo de material del lecho con fines de cálculo de la profundidad
de socavación por erosión, así como las recomendaciones de carácter geomorfológico del
lugar de emplazamiento de los muros de encauzamiento, con los cuales se ha culminado el
diseño hidráulico y el diseño de la profundidad de cimentación.

3.7 PRUEBA DE AJUSTE DE LA SERIE DE DATOS PLUVIOMÉTRICOS

Los sistemas hidrológicos son eventualmente afectados por eventos extremos, tormentas
severas, crecientes, etc. La magnitud del evento extremo se relaciona con la frecuencia de
ocurrencia mediante una distribución de probabilidades.

3.7.1. Prueba de Ajuste de Smirnov - Kolmogorov

Consiste en comparar las diferencias existentes entre la probabilidad de los datos agrupados
y la probabilidad ajustada, tomando la distancia más grande entre el valor observado y la
curva del modelo:
∆ = máx. |F(x) – P(x)|
Donde:
∆ : Estadístico, diferencia máxima entre probabilidad empírica y ajustada
F(x) : probabilidad de la bondad de ajuste
P(x) : Probabilidad de los datos no agrupados

El estadístico (∆) tiene una distribución muestral. Si (∆o) es un valor crítico para un valor
(α) seleccionado, se tiene que:
P (máx. |F(x) – P(x)|>= ∆o) = α, presentado de la otra manera: ∆o > ∆

Los valores críticos del estadístico ∆o, se obtiene de tablas elaborados función al tamaño de
muestra, para un nivel de significancia de 0.05, o al 95% de probabilidad, o en todo caso se
calcula con la siguiente en relación:
∆o = 1.36/N^0.5

Si se cumple que delta tabular (∆) es menor que el delta teórico (∆o), se construye la curva
teórica de la serie considerada.

3.7.2. Distribución de probabilidades

Los métodos estadísticos se basan en la existencia de una serie de datos de eventos
extremos, los que son sometidos a un análisis de frecuencias, lo que implica se efectúe el
ajuste por las diferentes distribuciones teóricas a una determinada muestra, para comparar
y decidir cuál de ellas se aproxima a la mejor distribución empírica.




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Las distribuciones teóricas más comunes para el análisis de máximas avenidas son: Gumbel
I, Normal y Log Normal.

3.7.2.1. Distribución teórica de la serie Gumbel Tipo I

La función de distribución doble exponencial de valores extremos, llamada también
distribución Gumbel Tipo I, en su forma acumulativa está definido como:

F(x) = exp [-exp (-α (x-µ))]

Donde:
F(x) : Distribución de probabilidad de los valores extremos “x”
α : Parámetro de escala
µ : Parámetro de localización

Aplicando el método de los momentos en la estimación de los parámetros, arriba indicados,
se obtiene:
Β = Xm – 0.45σ
Α = 1.281
σ
Donde:
Xm : Media de la muestra
σ : Desviación estándar de la muestra

3.7.2.2. Distribución teórica de la serie Normal

La función de distribución normal, llamada también distribución gaussiana, en su forma
acumulativa está definido como:
F(z) = [1/(2.π)0.5] . exp (-z2/2)

Z = X - Xm
S
Donde:
F(z) : Función densidad normal
S : Parámetro de escala (desviación estándar)
X : Variable independiente
Xm : Parámetro de localización (media aritmética)

3.7.2.3. Distribución teórica de la serie Log Normal

La función de distribución log normal, en su forma acumulativa está definido como:
Y = Ln X

Z = Y - Ym
S
F(z) = [1/(2.π)0.5] . exp (-z2/2)

Donde:




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F(z) : Función densidad normal
S : Parámetro de escala (desviación estándar)
Y : Variable independiente
Ym : Parámetro de localización (media aritmética)

4.0. DETERMINACIÓN DE CAUDALES MENSUALES EN SITIOS DE INTERÉS

4.1 PRECIPITACION MEDIA DE LA CUENCA
Luego de que se ha demostrado que la información obtenida es confiable y que
existe similitud hidrológica entre sus regímenes, se puede utilizar para obtener la
lluvia media en la cuenca. En el presente caso, al no tener ninguna estación dentro
de la zona del Proyecto, se utilizará la ecuación regional de precipitación.

4.2DETERMINACION DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA

La estimación de la disponibilidad de agua en la cuenca, se realizó por medio de
modelos matemáticos. El uso de los modelos matemáticos en hidrología es muy
amplio, tanto así que, prácticamente en cada especialidad hidrológica, se han
desarrollado modelos matemáticos para la solución de problemas generales y
específicos. En los últimos años las técnicas de simulación hidrológica han tenido
una amplia difusión, algunos modelos son de aplicación específica, mientras que
otros son de aplicación más general.

Existen asimismo una amplia variedad de formulaciones matemáticas adoptadas
por diferentes modelos para describir los diversos componentes de los procesos de
precipitación-escorrentía, pudiendo diferir éstas, no sólo en términos conceptuales
sino también en nivel de complejidad, planificadores o diseñadores, quienes
requieren información hidrológica, tendrán que elegir entre una amplia variedad de
modelos disponibles.

Dado que no existe un modelo universal, apropiado para la solución de todos los
problemas hidrológicos, la opción de realizar uno que satisfaga los problemas de la
hidrología aplicada en cualquier caso, se hace muy difícil.

CUADRO N°04




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PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS DE LA CUENCA DEL RÍO OMAYA EN EL PUNTO DE UBICACIÓN DEL PUENTE OMAYA

UBICACIÓN GEOMETRICA LONGITUD
AREA DE PERIMETRO LARGO DE ANCHO DE DEL COTA MAS TIEMPO DE
DESNIVEL FACTOR DE INDICE DE
RÍO COORD. NORTE COORD. ELEVACION CUENCA DE CUENCA CUENCA CUENCA CURSO ALTA PENDIENTE CONCENTR.
2 (m) FORMA COMPACID.
(m) ESTE (m) (msnm) ( Km ) ( Km ) ( Km ) ( Km ) PRINCIPAL (msnm ) (HORAS)
( Km )

Omaya 8,611,200 629,400 581.40 30.29 24.01 9.92 4.65 9.17 2,520 1,939 0.211 0.47 1.22 0.67

En el CUADRO No 04, se muestra un resumen de los caudales máximos obtenidos por el
método Regional para la cuenca del río Omaya en la zona de interés.

CUADRO N°05
RIESGO DE FALLA DE LOS MUROS DE DEFENSA PARA CAUDALES MÁXIMOS DEL RÍO
OMAYA (MÉTODO REGIONAL)

Area de Cuenca (Km2) 30.29

RENDIMIENTO
PERIODO DE RETORNO VIDA UTIL DEL MURO RIESGO DE FALLA DEL CAUDAL MAXIMO
UNITARIO MAXIMO
(AÑOS) (AÑOS) PUENTE EN SU VIDA UTIL INSTANTANEO (m3/s)
INSTANTANEO (m3/s)

25 50 87.0 27.43 0.906
50 50 63.6 33.34 1.101

100 50 39.5 39.24 1.296

200 50 22.2 45.15 1.491
500 50 9.5 52.96 1.748

5.0 DETERMINACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS

5.1 MÉTODO DE MEDICIONES “IN SITU”

Durante los trabajos de campo efectuados, se hizo un reconocimiento de la ubicación
propuesta del eje del río Omaya, con el objeto de evaluar las características hidráulicas del
cauce comprometido, el probable comportamiento del mismo ante la ocurrencia de máximos
caudales, fijar la posición del nivel del agua en ocurrencias de avenida mediante las marcas
dejadas en lugares estratégicos, efectuar trabajos de muestreos con el material del lecho
del río y otros.

A partir del Cuadro Nº 03, se obtiene un D84 (mm), el mismo que permitirá determinar el
coeficiente de rugosidad de Manning para el lecho del río Omaya, en el tramo de estudio.

Para el cálculo del coeficiente de rugosidad de Manning, se ha utilizado la formulación
matemática propuesta por ABT S.R. (1987), Roughness of loose rock RIPRAP on steep
slopes - Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 124 Nº 2, la misma que se describe a
continuación:

n = 0.0456( D84 S ) 0.159 , para 0.01 < S <=0.20




_________________________________________________________________________________________________________
Donde:
S : Pendiente del río.
D84 : Diámetro medio de las partículas del fondo del lecho (plg)

La pendiente del río en el tramo en estudio es igual a 3.50% y el diámetro D84 = 13.21 pulg,
aplicando la formula de Abt, el coeficiente de rugosidad de Manning se obtiene igual a
(n)=0.040, pero con fines conservadores se tomará un valor de 0.035.

En esta situación el valor del coeficiente de rugosidad tiene sus limitaciones, puesto que el
lecho de río no sólo contiene el material tamizado, sino también bolonerías de más de
0.70m, las que no se han considerado en el análisis granulométrico por ser enormes.

CUADRO N°06

PORCENTAJE ACUMULADO
ABERTURA
MALLA
(mm)
% Parcial RETENIDO % QUE PASA

6" 152.400 100.00
5" 127.000 0.00 0.00 100.00
4" 101.600 0.00 0.00 100.00
3 1/2" 88.900 27.45 27.45 72.55
3" 76.200 18.54 45.99 54.01
2 1/2" 63.500 8.43 54.42 45.58
2" 50.800 6.45 60.87 39.13
3/2" 38.100 6.87 67.74 32.26
1" 25.400 5.34 73.08 26.92
3/4" 19.050 5.21 78.29 21.71
1/2" 12.700 4.24 82.53 17.47
3/8" 9.250 3.55 3.55 96.45
1/4" 6.350 0.00
Nº 4 4.750 4.43 7.98 92.02
Nº 6 3.350 0.00
Nº 8 2.360 0.00
Nº 10 2.000 1.23 9.21 90.79
Nº 16 1.180 0.00
Nº 20 8.500 1.44 10.65 89.35
Nº 30 0.600 0.00
Nº 40 0.425 3.01 13.66 86.34
Nº 60 0.250 2.01 15.67 84.33
Nº 80 0.180 0.00
Nº 100 0.150 0.48 16.15 83.85
Nº 200 0.075 0.40 16.55 83.45
FONDO 0.010 0.20 16.75 83.25
LAVADO 0.010 0.72 17.47 82.53




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El cauce del río en el tramo que corresponde la ubicación de la estructura tiene una
pendiente de 3.50% y está conformado básicamente por material aluvial cuya matriz se
encuentra formada por arenas, limos y grava, que tienen como límite hasta un diámetro
medio y máximo de 5.0cm y 75cm, respectivamente, siendo las características de rugosidad
típica de los ríos de la selva de fuerte pendiente y adoptándose acorde a los resultados de
campo obtenidos y los cálculos correspondientes coeficientes de rugosidad de Manning en el
lecho principal igual a 0.035.

En el cauce del río se encuentra bolonerías mayores a medio metro, que es un indicador de
su gran capacidad de arrastre del río. Para obtener la rugosidad de Manning más adecuada
a la realidad se considera el siguiente procedimiento de la metodología de Cowan.

Efectivamente, Cowan ha elaborado una tabla que permite calcular el coeficiente de
rugosidad de Manning, de acuerdo a la influencia de diversos factores, tales como:
superficie del canal, irregularidad, variación de la sección, efecto de la obstrucción,
vegetación, intensidad de meandros, etc.

CUADRO N°07




_________________________________________________________________________________________________________
En base a los valores de coeficiente de rugosidad obtenidos por los dos métodos, 0.040 y
0.045, según el método de Abt y Cowan respectivamente, se elegirá el que tenga mayor
aproximación a la realidad y tomando en cuenta el factor de seguridad, toda vez que el
lecho del río no solo tiene gravas y limos, sino también grandes bolonerías.

En consecuencia, por tratarse de un canal natural se utilizará un coeficiente de rugosidad de
0.035. Con este valor se ha realizado los cálculos hidráulicos del flujo de agua en la sección
de control.

Utilizando la información topográfica se ha procedido a calcular las características
hidráulicas del flujo del agua en el tramo de río comprendido en el eje de la estructura de
captación, en la suposición de que el régimen sea uniforme y se cumpla la ecuación de
Manning.
En el cuadro y gráfico, capturados del Hec Ras, se muestra los valores de las características
hidráulicas del flujo de agua en la sección de la progresiva 0+450 para un período de
retorno de 20, 50, 100, 200 y 500 años, tomando para este caso un tiempo de retorno de
500 años, que corresponde a un caudal aproximado de 53m3/s, puesto que los niveles
entre uno y otro caudal, difieren en valores mínimo.
Teniendo en cuenta de que el cambio climático, distorsiona el comportamiento climático
histórico, resulta conveniente trabajar para valores conservadores, para cuyos caudales el
tiempo de retorno se acorta considerablemente, por lo que realizar diseños para períodos de
retorno de 50 ó 100 años, resultan insuficientes.

CUADRO N°08
CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DEL FLUJO DE AGUA EN LA PROGRESIVA 0+450
HEC-RAS Plan: Plan 01 River: Omaya Reach: 1 Profile: PF 5
Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude #
Reach River Sta Profile
(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) Chl
1 1400 PF 5 52.96 634.63 635.5 635.77 636.39 0.039712 4.67 13.8 28.44 1.72
1 1350 PF 5 52.96 632.07 633.32 633.71 634.49 0.034645 5.98 12.96 24.32 1.75
1 1300 PF 5 52.96 629.44 630.62 631.19 632.48 0.0456 6.67 9.25 10.63 1.99
1 1250 PF 5 52.96 627.89 629.02 629.39 630.2 0.035812 5.51 13.1 27.31 1.73
1 1200 PF 5 52.96 625.59 626.52 626.96 628.04 0.05101 5.78 10.25 15.62 1.99
1 1150 PF 5 52.96 623.64 624.7 625.09 625.93 0.032637 5.23 11.42 14.62 1.65
1 1100 PF 5 52.96 621.69 622.47 622.89 623.88 0.051656 5.45 10.37 15.52 1.98
1 1050 PF 5 52.96 619.55 620.36 620.66 621.35 0.048288 5.23 12.6 24.33 1.91
1 1000 PF 5 52.96 617.49 618.35 618.62 619.23 0.0365 4.76 13.44 23.26 1.68
1 950 PF 5 52.96 615.41 616.73 617.03 617.76 0.02367 4.65 12.39 14.35 1.42
1 900 PF 5 52.96 614.58 615.59 615.83 616.39 0.028929 4.55 14.16 22.28 1.52
1 850 PF 5 52.96 611.83 612.95 613.43 614.5 0.045537 6.01 10.41 15.55 1.93
1 800 PF 5 52.96 610.65 611.89 612.08 612.75 0.02222 4.44 13.73 21 1.37
1 750 PF 5 52.96 608.4 609.3 609.72 610.83 0.074012 6.54 11.03 26.95 2.37
1 700 PF 5 52.96 605.95 606.69 606.98 607.62 0.050006 5.02 13.78 34.07 1.92
1 650 PF 5 52.96 602.71 603.84 604.29 605.28 0.04174 5.75 10.98 17.55 1.85
1 600 PF 5 52.96 599.66 600.58 601.07 602.35 0.085072 5.91 9.07 16.14 2.44
1 550 PF 5 52.96 597.57 599.13 599.44 600.09 0.023321 4.76 13.19 16.93 1.4
1 500 PF 5 52.96 595.94 596.77 597.24 598.3 0.05572 5.8 9.88 14.05 2.07
1 450 PF 5 52.96 593.88 594.87 595.18 595.92 0.036028 5.26 12.32 18.54 1.72
1 400 PF 5 52.96 593.32 594.59 594.59 594.97 0.010219 3 20.59 26.89 0.93
1 350 PF 5 52.96 590.91 591.45 591.85 593.48 0.167324 7.52 9.17 29.43 3.34
1 300 PF 5 52.96 588.95 590.04 590.25 590.79 0.021211 4.36 14.75 19.9 1.34
1 250 PF 5 52.96 587.26 588.05 588.36 589.08 0.055338 4.89 11.84 21.45 1.97
1 200 PF 5 52.96 584.68 585.81 586.18 587.01 0.033199 5.02 11.41 14.65 1.64
1 150 PF 5 52.96 582.37 583.48 583.95 585.01 0.046841 5.85 10.52 17.24 1.94
1 100 PF 5 52.96 581.4 582.63 582.83 583.39 0.018331 4 14.46 17.75 1.24
1 50 PF 5 52.96 579.28 581.02 581.43 582.24 0.027414 5.12 12.19 18.97 1.5
1 0 PF 5 52.96 579.04 579.88 580.11 580.61 0.031812 4.24 15.14 29.95 1.55

La calibración obtenida y presentada en el Cuadro N°05 no puede ser considerada precisa,
puesto que en realidad no se trata de una sección prismática; se supone que el lecho se




_________________________________________________________________________________________________________
mantiene estable, pero en realidad no ocurre esto, puesto que para un determinado valor
de caudal el proceso erosivo se ha de iniciar modificando la sección inicialmente asumida;
por esta razón, el criterio para estimar valores referidos a procesos erosivos a partir de los
datos obtenidos en la curva de calibración debe ser conservador.

Para el río, en el eje de la progresiva K 0+450, lugar donde se emplaza la ciudad y sus
servicios esenciales, en base a la información de los lugareños e indicadores físicos de las
crecidas ocurridas, se estima que los máximos niveles de agua que probablemente han de
ocurrir oscilarán alrededor de la cota 594.66msnm a 594.87msnm.

GRÁFICO N°01
O m aya P l an: Pl an 01 01/12/2011

.035 .035 .035
598.0 Legend

W PF 5
S
Ground
597.5
Bank Sta

597.0

596.5
Elevation (m)

596.0

595.5

595.0

594.5

594.0

593.5
-20 -10 0 10 20 30
Station (m)

Para los niveles de agua antes citados se estima que los caudales esperados han de ser de
27m³/s a 53m³/s respectivamente.

5.2 DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE DISEÑO

Una vez que se dispone de la información básica de planimetría y de los datos de
precipitación, se debe buscar un método que logre proporcionar los caudales de diseño para
brindar seguridad a las estructuras hidráulicas.

Los criterios para estimar la avenida de cálculo que deben soportar las estructuras de
captación, han sido definido por diseñadores y estudiosos de hidráulica. El principio es que
las avenidas deben ser calculadas según su período de repetición o retorno en el tiempo

Para la determinación del período de retorno de diseño se debe considerar dos aspectos, la
vida útil de la estructura y el riesgo de falla ante la socavación. La vida útil de los muros de




_________________________________________________________________________________________________________
encauzamiento es de 50 años y el riesgo de falla 25%. Según Yevjevich el riesgo de falla de
una estructura está en función a:

R= 1 - (1-P)N

Donde:

R : Riesgo de falla de la estructura
P : Probabilidad de no ocurrencia de la falla
N : Período de vida de la estructura

Y el tiempo de retorno está en función al riesgo de falla según:

Tr = 1 / [1 - (1-R)(1/N)]

Donde:
Tr : Tiempo de retorno del evento.

Considerando que el riesgo de falla de la estructura de protección sea el 64%, producto de
que esta estructura no compromete directamente a la población beneficiaria, más aun si se
tiene taludes y cauces estables aguas arriba y aguas abajo del eje propuesto. También,
considerando que la vida útil de la estructura es de 50 años se tiene que:

Tr = 50 años.

Para efectos de la determinación de los caudales de diseño que permitirán dar dimensiones
a los diversos componentes de la estructura de protección, mediante la asignación de
parámetros de diseño; se ha considerado la información obtenida mediante el método SCS,
para diferentes riesgos de falla, valores de caudal máximo instantáneo y períodos de
retorno que se presentaron en el CUADRO N°05.

Sin embargo, como ya se mencionó anteriormente, el caudal de diseño, será para el tiempo
de retorno de 500 años, puesto que los niveles de agua entre uno y otro caudal, son
mínimas, correspondiendo el diseño para este evento extraordinario que puede ser
superado en algún momento.

De los resultados encontrados en el Método de mediciones “in situ” que precisa que los
caudales máximos ordinarios y extraordinarios estarán alrededor de 27 m³/s a 53 m³/s y
consideraciones adicionales de seguridad que deben ser impuestas en el diseño de las obras
de protección de la ciudad de Omaya, es que se recomienda finalmente considerar los
siguientes caudales de diseño:

• Caudal del río en avenidas ordinarias : 27 m³/s (Tr =25 años)
• Caudal del río en avenidas extraordinarias : 53 m³/s (Tr =500 años)




_________________________________________________________________________________________________________

6. DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN SITIOS DE INTERÉS

6.1 GENERALIDADES

El proceso erosivo de la corriente de agua en los ríos, provoca la socavación en función
básicamente a las características hidráulicas del río y las características granulométricas del
material que conforma el cauce. La socavación resulta mas intensa a medida que se
incrementa el caudal y las velocidades del flujo del agua superan la velocidad crítica de
erosión del material del lecho del río. Siendo de interés la granulometría del cauce del río es
que durante los trabajos de campo se ha efectuado toma de muestras representativas del
lecho del río para proceder a obtener su distribución granulométrica en el Laboratorio de
Mecánica de Suelos, complementado por el consultor en el muestreo superficial hecho en el
lecho del río, la cual se presenta en el CUADRO N°06, mostrado anteriormente

Con los resultados presentados en el cuadro antes citado es que se calcula el diámetro
medio de las partículas en el lecho del río que es igual a 55 mm tratándose de un material
de estructura granular, con presencia ligera de material cohesivo y sobre todo gran cantidad
de bolonería, con el consiguiente fenómeno de acorazamiento. Sin embargo, para efectos
de cálculo se considera como lecho de material no cohesivo, esta hipótesis se basa en el
hecho de que el cauce principal está compuesto por arena y grava.

Al haber en el tramo en estudio gran presencia de bolonerías de hasta 1.50m, hace suponer
que todo el cauce tiene bolonerías inferiores o mayores. El tamizado de material de lecho se
hizo solo para materiales menores a 5cm, no habiéndose podido medir la incidencia de la
bolonería referida.

Para efectos del cálculo de la socavación sea general o local se ha utilizar varios métodos
comúnmente usados en el dimensionamiento de obras hidráulicas, asumiendo las
características hidráulicas en función de las curvas de calibración de los ríos y de las
características granulométricas del material que conforma el lecho del río.

6.2. CAUCE DE EQUILIBRIO DEL RÍO

La teoría de régimen evalúa las características de un cauce natural que presente las
condiciones de equilibrio es decir de un lecho que no sea erosionado y que no deposite para
un caudal determinado. En ríos de cauce divagante conviene conocer las condiciones de
equilibrio del cauce, puesto que al ser comparadas con sección real puede dar información
sobre la posibilidad de creación de procesos erosivos

Para el caso particular de los muros sobre el río, la construcción del mismo origina un
estrechamiento u angostamiento que puedan alterar las condiciones del cauce si es que se
escapan de las dimensiones del cauce en equilibrio. El primer paso para resolver un
problema de erosión involucra la elección de la correcta ubicación de la estructura hidráulica
y las dimensiones de las aberturas entre las pilas o estribos en el caso de puentes, para el
caso será suficiente sobrepasar el cauce de equilibrio, con fines de garantizar un
comportamiento adecuado del río en condiciones normales.




_________________________________________________________________________________________________________
Para efectos del cálculo de la sección de equilibrio se ha utilizado la Teoría de Simmons-
Henderson, Lacey y Pettis, cuya formulación matemática se presenta en el siguiente cuadro:

B = C.Q½

En donde:
B : Ancho del cauce en m
Q : Caudal del río en m³/s
C : Coeficiente de Lacey (Entre 1.5 a 3.0) que depende del tipo de material del lecho del río y que
para el presente caso se estima igual a 2.50.

CUADRO N°09

CALCULO DE LA SECCION DE EQUILIBRIO DEL RIO OMAYA EN
PROGRESIVA 0+450) (METODO DE LACEY)

CAUDAL DEL RIO ANCHO DE LA SECCION DE
Nº 3 PERIODO DE RETORNO EQUILIBRIO
(m /s)
(m)

1 27.00 25 9

2 33.00 50 10

3 39.00 100 11

4 45.00 200 12
5 53.00 500 13

Del cuadro anterior se desprende que el ancho que da lugar al cauce de equilibrio para un
caudal de diseño igual al de máximas avenidas extraordinarias oscila entre 9 y 13m,
resultando como promedio 12m, esto en la hipótesis de que todo el cauce sea de material
de arrastre, cosa que no ocurre necesariamente por las condiciones irregulares del lecho de
río (matriz limo-arenosa, presencia de bolonerías, que van en contra de la erosión).

Sin embargo, en el lugar se tiene un cauce abierto, considerando el diseño hidráulico y la
topografía existente, sin generar constricción importante, sólo permite una garganta de
alrededor de los 13.5m. Se sabe que el ancho de encauzamiento debe ser próximo al cauce
de equilibrio, pero la presencia de afloramientos rocosos en el eje permite afirmar que no
habrá desbordamientos, más aun si la estructura de encauzamiento no estrangula al río.

6.3 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN GENERAL

La socavación general de un río es aquella que se produce sobre el lecho en condiciones
naturales; es decir, cuando las condiciones del cauce y flujo del río no han sido alterados
por efectos de la instalación de alguna estructura.




_________________________________________________________________________________________________________
Para el cálculo de la socavación general se ha utiliza la fórmula propuesta por L.L.
Lischtvan-Ledeviev, cuya expresión matemática se encuentra en el libro: Mecánica de
Suelos Tomo III Juárez Badillo, con un resumen descriptivo que se presenta a continuación:

5/3 0.28 (1/(1+x))
Hs = ( ( a Ho ) / ( 0.68 b dm ))
En donde:
Ho : Tirante medio del agua
S : Pendiente del río
n : Coeficiente de rugosidad de Manning
u : Coeficiente de contracción igual a 0.91 para el presente caso
dm : Diámetro medio de las partículas del lecho del río
b : Constante que depende de la probabilidad de ocurrencia del caudal
1/(1+x) : Exponente que depende del dm de las partículas del lecho del río
Hs : Tirante medio de socavación
Hs : Profundidad de socavación general

Los resultados de socavación general en el talweg del río en el tramo de los muros,
considerando el encauzamiento, en la situación con proyecto, obtenidos mediante la
aplicación del Método de Lischtvan–Lebediev se presentan en el CUADRO N°07.

CUADRO N°10

CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL AL PIE DE LOS MUROS DE DEFENSA SOBRE EL
RIO OMAYA (METODO DE LISCHTVAN - LEBEDIEV)

Coef. Rugosidad (n) 0.035 Diámetro medio (mm) 55.00
Pendiente del río (S) 0.0397 Coeficiente (a) 5.693
Coef.contraccion (u) 1.00 x 0.28
1/(1+x) 0.78

CAUDAL SOCAVACION GENERAL
PERIODO DE Ho Hs
3 Beta (m)
(m /s) RETORNO (años) (m) (m)
Zg

27.00 25 0.92 0.790 1.712 0.922

33.00 50 0.95 0.850 1.837 0.987

39.00 100 0.98 0.900 1.930 1.030

45.00 200 1.02 0.940 1.993 1.053
53.00 500 1.06 1.000 2.090 1.090

La socavación calculada es en el lecho del río, en la hipótesis de que el lecho está
compuesto sólo por material gravoso, cosa que no es totalmente cierto, porque se tiene
bolonerías grandes que origina el fenómeno de acorazamiento.

6.4 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN LOCAL

6.4.1 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN LOCAL AL PIE DE MURO
La socavación de un río es aquella que se produce cuando las condiciones del cauce y flujo
del río son alteradas por efectos de la instalación de alguna estructura sobre el lecho del




_________________________________________________________________________________________________________
mismo, llámese esta: pilares, estribos, gaviones, muros de encauzamiento, espigones,
barrajes, etc. La construcción de los muros no origina socavación local al pie de los muros
de encauzamiento, puesto que se sugiera construirlo fuera del cauce del río.

Con la finalidad de calcular la socavación local al pie de los muros es que se utilizado la
metodología propuesta por Artamanov y cuya descripción detallada se encuentra en el libro:
Mecánica de Suelos Tomo III. Juárez Badillo, con una formulación resumida que se presenta
a continuación:
St = Pa Pq Pr Ho
Zi = St - Ho
En donde:
St : Tirante total de socavación al pie de muros o acantilado
Ho : Tirante medio del agua
ZI : Profundidad de socavación local al pie de muros o acantilado
Pa : Factor que depende del ángulo que forma la corriente de agua con el eje
transversal.
Pq : Factor que depende de la relación del caudal total al caudal interceptado por los
muros o acantilados.
Pr : Factor que depende del ángulo que tiene las paredes del estribo que dan hacia la
corriente.
Utilizando la metodología propuesta por Artamonov se ha calculado para diversos caudales
sobre el río, la socavación local al pie de muros para una sección encauzada, presentándose
los resultados en el siguiente cuadro.

CUADRO N°11




_________________________________________________________________________________________________________

CALCULO DE LA SOCAVACION LOCAL AL PIE DE MUROS DE
ENCAUZAMIENTO OMAYA SOBRE EL RIO OMAYA ( METODO DE
ARTAMONOV)

SOCAVACION LOCAL AL PIE DE LOS MUROS (m)
LONGITUD DE MURO DE
ENCAUZAMIENTO Caudales en m3/s
(m)
27 33 39 45 53

1,400 0.79 0.85 0.90 0.94 1.00

Tirante Ho ...(m) 0.790 0.850 0.900 0.940 1.000

VALORES DE (Q1/Q)
Longitud del muro de Caudales en m3/s
encauzamiento (m) 27 33 39 45 53

1,400 0.020 0.030 0.040 0.050 0.080

VALORES DE (Pq)
Longitud del muro de Caudales en m3/s
encauzamiento (m) 27 33 39 45 53

1,400 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00

6.5 DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN TOTAL AL PIE DE LOS MUROS DE
ENCAUZAMIENTO

La socavación total en un curso de agua se determina sumando la socavación general y la
socavación local ocasionada por una estructura determinada. En el caso de los muros de
protección de Omaya, se determinará la socavación total al pie de éstos.

Con los resultados encontrados anteriormente, socavación local y socavación general, se ha
determinado la socavación total al pie de los muros de encauzamiento, tal como se presenta
en el CUADRO N°11, que se presenta a continuación:

CUADRO N°12




_________________________________________________________________________________________________________

SOCAVACION TOTAL AL PIE DEL PUENTE OMAYA SOBRE EL RIO OMAYA

CAUDAL DEL RIO SOCAVACION GENERAL SOCAVACION LOCAL SOCAVACION TOTAL

( m3/s ) AL PIE DE MUROS AL PIE DE MUROS AL PIE DE MUROS

(m) ( m) ( m)

27.00 0.922 0.790 1.712

33.00 0.987 0.850 1.837
39.00 1.030 0.900 1.930
45.00 1.053 0.940 1.993
53.00 1.090 1.000 2.090

De acuerdo a los datos obtenidos, se tiene una socavación total al pie de muros de 2.090m,
en la hipótesis de que el lecho sea puramente aluvial, puesto que no se tiene información de
la profundidad del afloramiento rocoso del cauce, que manifiestan los pobladores y
corroboran las fotografías obtenidas. Teniendo en cuenta de que este lecho contiene gran
cantidad de bolonería, el resultado es más que conservador. Como quiera que se protegerá,
a la ciudad de Omaya y sus servicios, con material rocoso entre 0.50 a 1.00m de diámetro,
se reduce drásticamente el efecto erosivo, asimismo se ha considerado la construcción de la
protección del pie de estribo del puente Omaya existente, puesto que requiere de una
defensa adicional ante eventos extraordinarios.
Los muros de encauzamiento deben, en lo posible, estar alejados del lecho natural y en
otros casos fuera del nivel máximo de agua, solo así se garantiza una estabilidad de
acuerdo al diseño mostrado en los planos de replanteo.
Se recomienda verificar los datos de diseño al momento de la ejecución de la obra, puesto
que las condiciones iniciales de diseño, serán modificadas con las lluvias de la presente
temporada.

7 CONSIDERACIONES SOBRE HIDRAULICA FLUVIAL

7.1 MECÁNICA FLUVIAL DEL RÍO

Se ha efectuado un reconocimiento de campo del lugar de emplazamiento de los muros de
encauzamiento, aguas arriba y aguas abajo del eje, con la finalidad de identificar el
comportamiento fluvial y su influencia en los procesos de mecánica fluvial del río.

Los muros de encauzamiento se han ubicado en tramos sensiblemente rectos del río y en
zona en donde la pendiente es igual a 3.50%, lo que posibilita la ocurrencia de un flujo de
características casi uniformes en estado supercrítico, con velocidades medias que llegan
hasta 5.90 m/s. El eje de la toma proyectada es perpendicular al eje principal del río.




_________________________________________________________________________________________________________
El curso actual de agua fluye centrado entre ambas márgenes, tiene aproximadamente
3.50m de ancho, sección trapezoidal, con una profundidad promedio de 0.30m. En época de
estiaje, el agua que fluye por el río está confinada en esta zona de la quebrada.

VISTA DEL RÍO OMAYA, SE APRECIA LA EXISTENCIA DE BOLONERÍA APROPIADA PARA LA CONSTRUCCION DEL
ENROCADO DE PROTECCI”N.

De acuerdo a las mediciones realizadas in situ, en el mes de octubre del presente año, se
tiene un caudal de 30.00m³/s y una velocidad de 4.0 m/s y tirante de 1.00 0m
aproximadamente. Para la obtención de estos valores se ha realizado un aforo muy
expeditivo mediante el método de la velocidad superficial.

La constricción por la construcción de la estructura, será nula si se asume un ancho próximo
al cauce estable existente. Con el incremento de la velocidad se incrementa también el
proceso erosivo. Esta situación es la más desfavorable y es la que se tomará en cuenta para
el diseño de las obras de protección pertinentes.

Se recomienda el encauzamiento mínimo en ambas márgenes, para evitar desbordes por las
orillas del río, consistente en enrocados como el que ya se mencionó anteriormente, con
una profundidad mínima de 1.50m y enrocados de protección del pie de estribo para el caso
del puente Omaya, el cual deberá ser aproximadamente 4.00m, situación que debe
verificarse antes y durante la ejecución de los trabajos.

7.2 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ARRASTRE
La capacidad de arrastre de un río permite cuantificar el diámetro de piedras o cantos
rodados que posiblemente arrastrará la corriente de agua por el fondo del río para
diferentes caudales, siempre y cuando exista la disponibilidad de dicho material en el cauce
natural.
CUADRO N°13




_________________________________________________________________________________________________________
CALCULO DE LA CAPACIDAD DE ARRASTRE DEL RIO OMAYA SOBRE EL MURO DE
ENCAUZAMIENTO

PERIODO DE DIAMETRO RADIO DIAMETRO DE
CAUDAL PENDIENTE DEL Fuerza Tractiva
RETORNO PROMEDIO HIDRAULICO ARRASTRE
(m3/s) RIO (Kg/m2)
(años) (cm) (m) (cm)

27.00 25 5.50 0.483 0.0397 19.16 23.95

33.00 50 5.50 0.529 0.0397 21.01 26.27
39.00 100 5.50 0.571 0.0397 22.69 28.36

45.00 200 5.50 0.611 0.0397 24.24 30.31
53.00 500 5.50 0.654 0.0397 25.96 32.45

El cálculo de la capacidad de arrastre se basa en el concepto de la fuerza tractiva
desarrollada por un flujo de agua sobre el lecho del río obteniéndose los resultados que se
presentan a continuación.
De los resultados obtenidos se desprende que la capacidad de arrastre para el río es de
33cm.

8 DETERMINACIÓN DE VALORES DE DISEÑO

8.1 ANCHO DE ENCAUZAMIENTO

El criterio para seleccionar el ancho de encauzamiento de la estructura desde el punto de
vista hidráulico, es que debe ser tal que permita la circulación del caudal del río en avenidas
ordinarias y extraordinarias con cauce hidráulicamente estable y sin peligro de obstrucción
por presencias de huaycos o grandes piedras, con la finalidad de que dicha luz trabaje a
capacidad plena la mayor parte del tiempo y permita aún en época de estiaje considerarla
una estructura aparente.

Acorde al criterio fundamental antes expuesto y de acuerdo a los resultados encontrados en
el presente estudio se desprende que la longitud recomendada para el ancho del cauce
desde el punto de vista hidráulico y topográfico sea de 13.0m.

8.2 NIVELES PROBABLES DE AGUA

Los niveles de agua de diseño en el río han de ser determinados para las condiciones de
ocurrencia de máximas avenidas extraordinarias, con la finalidad de permitir un paso
adecuado del flujo de agua aún en condiciones extremas y no permitir de esta manera que
las aguas lleguen a rebasar la superestructura del enrocado.

Acorde al criterio fundamental antes expuesto y los resultados encontrados en el presente
estudio se recomienda considerar un nivel máximo de agua del río en estudio, con un
tirante igual a 1.0m, en situación de avenida extraordinaria.




_________________________________________________________________________________________________________
8.3 NIVEL DE CIMENTACIÓN POR EFECTOS DE SOCAVACIÓN

El nivel de cimentación de la estructura de encauzamiento por efectos de la socavación total
al pie de muros debe ser tal que permita soportar con un factor de seguridad adecuada el
caudal de avenidas extraordinarias, con la finalidad de que en presencia probable de la
misma, los muros no colapsen, debido a asentamientos o desplazamientos producidos por
socavación intensa.

Tal como se muestra el cálculo en el CUADRO N°12, para un cauce sin enrocado de
protección en el lecho, se tiene profundidades de erosión en el talweg y al pie de muros de
2.09m. Sin embargo, considerando un enrocado de protección con piedras de Dm=0.75m se
minimiza el efecto erosivo del agua, asimismo se tomará en cuenta de que el coeficiente de
Manning sea de 0.040. En tal sentido se ha recalculado la capacidad erosiva del río,
obteniéndose menores profundidades, según se muestra en el Cuadro N°13.

Según se desprende de lo mostrado en el referido cuadro, para cauce protegido con
enrocado, la profundidad de socavación disminuye a 0.88m.

CUADRO N°14

CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL AL PIE DE LOS MUROS DE
DEFENSA SOBRE EL RIO OMAYA CON ENROCADO (METODO DE
LISCHTVAN - LEBEDIEV)
Coef. Rugosidad (n) 0.040 Diámetro medio (mm) 55.00
Pendiente del río (S) 0.0397 Coeficiente (a) 4.981
Coef.contraccion (u) 1.00 x 0.28
1/(1+x) 0.78
PERIODO SOCAVACION
CAUDAL DE Ho Hs GENERAL
3 Beta
(m /s) RETORNO (m) (m) (m)
(años) Zg

27.00 25 0.92 0.790 1.543 0.753

33.00 50 0.95 0.953 1.922 0.968

39.00 100 0.98 0.984 1.954 0.970

45.00 200 1.02 1.016 1.986 0.970
53.00 500 1.06 1.000 1.883 0.883

Con esta nueva información se recalcula la socavación total al pie de muros, considerando
que la socavación local se ve disminuida por el efecto del enrocado.

8.4 PROTECCIÓN CONTRA LOS PROCESOS EROSIVOS Y NECESIDADES DE
ENCAUZAMIENTO

Con el objeto de disminuir los procesos erosivos aguas arriba y debajo de la ciudad de
Omaya, en ambas márgenes, es necesario encauzar en una longitud mínima, de tal forma




_________________________________________________________________________________________________________
que se proteja todos los servicios de la ciudad, de tal forma que no se paralice, ni se
interrumpa la capacidad de producción de bienes y servicios, tal y como se muestran en los
planos.

La profundidad de excavación para la colocación del enrocado será de 1.50m, mientras que
para proteger el pie de estribo del puente Omaya existente, ésta deberá ser de 4.00m.

9 CONCLUSIONES

a) El nivel de agua máximo de diseño del río, debe ser concordante con el tirante de
1.00m. Considerando un bordo libre de 0.80m de los muros, ésta debe adecuarse al
perfil del terreno encontrado.

b) Se obtuvo la generación de caudales, lo cual nos garantiza la disponibilidad de agua
mensualmente en la zona de interés.

PERIODO DE RETORNO VIDA UTIL DEL MURO RIESGO DE FALLA DEL CAUDAL MAXIMO
(AÑOS) (AÑOS) PUENTE EN SU VIDA UTIL INSTANTANEO (m3/s)

25 50 87.0 27.43

50 50 63.6 33.34

100 50 39.5 39.24

200 50 22.2 45.15
500 50 9.5 52.96

c) El caudal de máximas avenidas ordinarias, Tr=25 años, y de máximas avenidas
extraordinarias, Tr=500 años, en el punto de ubicación de la progresiva 0+450, es de
27.43m³/s y 52.96m³/s respectivamente.

d) El ancho del cauce, recomendada desde el punto de vista hidráulico es de un mínimo de
13.0m, porque permitirá el flujo libre del agua y del caudal sólido.

e) Se debe instalar estructuras de encauzamiento de tal forma que se proteja la capacidad
productora de bienes y servicios de la ciudad de Omaya, en ambas márgenes y en
longitudes indicadas en los planos.

f) La profundidad de cimentación correspondiente es de un mínimo de 1.17m, al pie del
muro en lecho de río.



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