ESTUDIO DISEÑO HIDRAULICO DEFENSA RIBEREÑA.docx

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MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE MACARI48

FONIPREL

PROYECTO:

PIP: INSTALACION DE LOS SERVICIOS DE PROTECCION EN LA ZONA RIBEREA MARGEN IZQUIERDA Y DERECHA DEL RIO JAYLLAHUA PARA LA COMUNIDAD DE SELQUE, DISTRITO DE MACARI PROVINCIA DE AYAVIRI - REGION PUNO

ESTUDIO DISEO HIDRAULICOTABLA DE CONTENIDO1.DETERMINACIN DE LOS NIVELES DE INUNDACIN41.1MODELACIN HIDRULICA CON HEC-RAS41.2ECUACIONES UTILIZADAS EN LOS CLCULOS DE PERFILES41.3SUBDIVISIN DE SECCIONES TRANSVERSALES51.4PERFILES DE LA SUPERFICIE DE AGUA EN FLUJO PERMANENTE61.5CRITERIOS PARA LA MODELACIN HIDRULICA CON HEC-RAS61.6PERFIL HIDRULICO DEL RIO JAYLLAHUA61.6.1DATOS DE INGRESO PARA LA SIMULACIN EN HEC-RAS61.6.2SECCIONES TRANSVERSALES - RIO JAYLLAHUA72.ZONAS DE INUNDACIN102.1ESCENARIOS DE RIESGO POR INUNDACIN.102.2REAS DE INUNDACIN.102.2.1ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=5 AOS.102.2.2ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=10 AOS.112.2.3ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=25 AOS.112.2.4ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=50 AOS.122.2.5ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=100 AOS.122.2.6ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=200 AOS.132.3MATRIZ DE DAOS EVALUADOS EN ZONAS AGRICOLAS.133.DIAGNOSTICO SITUACIONAL143.1LAS INUNDACIONES143.1.1LAS DEFENSAS RIBEREA EN EL RIO JAYLLAHUA.144.OBRAS DE PROTECCIN Y ENCAUZAMIENTO164.1CALCULO HIDRAULICO Y ESTRUCTURAL DIQUES174.1.1ANCHO ESTABLE174.1.2DETERMINACIN DE LA ALTURA184.1.2.1EL MTODO DEL PASO DIRECTO194.1.3DETERMINACIN DEL ANCHO DE CORONA234.1.4ESTUDIO DE LA CIMENTACIN234.1.5DETERMINACIN DE LOS TALUDES LATERALES, ANLISIS DE ESTABILIDAD234.1.6REVESTIMIENTOS DE PROTECCIN244.1.7PROTECCIN AL PIE DEL TALUD244.2SECCIONES TIPICAS ADOPTADAS PARA EL PROYECTO265.TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.375.1Generalidades375.2Variacin del transporte slido385.3Transporte de slidos de fondo385.3.1MTODO DE MEYER-PETER Y MULLER.385.3.2GRANULOMETRA DEL MATERIAL DE LECHO DEL CAUCE405.3.3RESULTADOS DE ESTIMACIN DE TRANSPORTE DE SLIDOS DE FONDO415.4Transporte de slidos en suspensin435.5Transporte total de slidos446.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES456.1CONCLUSIONES456.2RECOMENDACIONES467.REFERENCIAS47

ESTUDIO DE HIDRAULICA

DETERMINACIN DE LOS NIVELES DE INUNDACINLa Modelacin Hidrulica viene a ser el desarrollo del comportamiento del perfil hidrulico o curvas de remanso de un ro para un caudal de diseo determinado, cuya finalidad es obtener las cotas de la superficie del agua en el ro.

Este parmetro se utiliza en el diseo de defensas ribereas (clculo de corona del dique), diseo de proteccin de los terraplenes de una carretera y definir niveles de entrega de los drenes al ro, etc.

MODELACIN HIDRULICA CON HEC-RASEl HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center River Analysis System) es un software desarrollado por la U.S Army Corps of Engineers (Centro de Ingeniera Hidrolgica del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los EE.UU), que permite realizar clculos hidrulicos en flujo permanente y no permanente de ros y canales artificiales, anlisis de transporte de sedimentos y de calidad de agua.

Facilita el clculo de los perfiles del agua y de los parmetros hidrulicos del cauce. Asimismo permite desarrollar el clculo de los niveles de la superficie del agua de un flujo gradualmente variado.

IMPORTANCIA

La modelacin hidrulica realizada con HEC-RAS, permite:

Predecir las reas de inundacin en un ro o sistema de ros, para diferentes periodos de retorno. Determinar las variables para el diseo de estructuras hidrulicas en los ros, como Puentes, Defensas Ribereas, etc. Delimitar las fajas marginales de los ros, el encauzamiento.

ECUACIONES UTILIZADAS EN LOS CLCULOS DE PERFILESLos perfiles de la superficie de agua son calculados desde una seccin transversal a la siguiente, mediante la solucin de la ecuacin de Energa, con un proceso iterativo.Donde:Z1 y Z2=Elevacin del canal principal.Y1 y Y2=Tirante de la seccin transversal.1 y 2=Coeficientes de ponderacin de velocidad. (Coeficiente de Coriolis = 1.0)he=Prdida de energa.La prdida de energa entre dos secciones est compuesta de las prdidas por friccin y las prdidas por contraccin o expansin. La ecuacin de prdida de energa est dada por:Donde:L=Longitud promedio del tramo=Pendiente representativa de friccin entre dos secciones.C=Coeficiente de prdida por contraccin o expansin.La longitud promedio del tramo L, se calcula como sigue:Donde::Longitud de los tramos entre secciones transversales, margen izquierda, centro y margen derecha, respectivamente.:Promedio aritmtico del caudal entre secciones de la margen izquierda, centro y margen derecha, respectivamente.

SUBDIVISIN DE SECCIONES TRANSVERSALESPara la determinacin del transporte total y el coeficiente de velocidad en una seccin transversal, se requiere que el flujo sea subdividido en unidades, para lo cual la velocidad est uniformemente distribuida. La aproximacin utilizada en HEC-RAS es subdividir el flujo de las reas de las mrgenes, usando los puntos de corte de los valores de n de las secciones transversales ingresadas (puntos en donde los valores de n cambian), como base para la subdivisin.Se calcula a partir de la Ecuacin de Manning (basada en unidades inglesas):Donde: n:Coeficiente de rugosidad de Manning, por subdivisin.A:rea de flujo, por subdivisin.R:Radio hidrulico, por subdivisin.

PERFILES DE LA SUPERFICIE DE AGUA EN FLUJO PERMANENTEEl modelamiento de los perfiles de la superficie de agua en Flujo Permanente, est destinado a calcular el perfil de la superficie de agua en flujo uniformemente variado. El sistema puede soportar un ro nico, un sistema dendrtico o una red completa de canales. El componente de Flujo Permanente est capacitado para realizar modelamientos de perfiles de superficie de agua, para regmenes de flujo sub-crtico, supercrtico y mixto.El procedimiento de clculos bsicos, est basado en la solucin de la ecuacin de energa. Las prdidas de energa son evaluadas por friccin y contraccin /expansin. La ecuacin de Momentum es utilizada en situaciones donde el perfil de la superficie de agua es rpidamente variada.

CRITERIOS PARA LA MODELACIN HIDRULICA CON HEC-RASPara la creacin del modelo hidrulico, se siguieron los siguientes pasos principales:-Inicio de un nuevo proyecto.-Ingreso de datos geomtricos (Secciones transversales, coeficiente n de Manning)-Ingreso de datos de flujo y condiciones de contorno (caudal de avenidas para 2, 5, 10, 25, 50, 100 y 200 aos).-Ingreso de las secciones de las estructuras hidrulicas.-Creacin de un plan, seleccionando la geometra y datos hidrulicos-Realizacin de clculos hidrulicos (Ejecucin del programa).

PERFIL HIDRULICO DEL RIO JAYLLAHUA

DATOS DE INGRESO PARA LA SIMULACIN EN HEC-RASa.Caudal de avenidas

b.Coeficiente de rugosidad de ManningLOB : 0.046CHANNEL: 0.035ROB: 0.046Ver determinacin de rugosidad en anexo.

c.Anlisis de flujoFlujo Permanente.

SECCIONES TRANSVERSALES - RIO JAYLLAHUALas siguientes secciones corresponden a una seccin tpica del ro Jayllahua(estacin 180) en el cual se puede observas que para 50 aos de retorno el flujo de agua sobre pasa el nivel ms alto de proteccin temporal desbordando el ro a ambas mrgenes, por lo que el diseo de la defensa riberea ser para igual o mayor a 50 aos de tiempo de retorno. Ver fig. 33-36.

Figura 33: Seccin Transversal - Ro Jayllahua TR 10 AOS.Q10 = 47.10 m3/s

Figura 34: Seccin Transversal - Ro Jayllahua TR 25 AOS. Q25 = 73.50 m3/s

Figura 35: Seccin Transversal - Ro Jayllahua TR 50 AOS. Q50 = 89.80 m3/s

Figura 36: Seccin Transversal - Ro Jayllahua TR 100 AOS. Q100 = 111.70 m3/s

Figura 37: Perspectiva tridimensional Agua - Ro JayllahuaQ50 = 89.80 m3/s

Figura 38: Modelamiento hidraulico en HEC RAS - RO JAYLLAHUA

Es importante resaltar la presencia sobre el cauce de puentes vehiculares, puentes peatonales, defensas ribereas y captaciones, las que influyen en el comportamiento de los niveles hidrulicos del ri, lo adecuado para los otros estudios de preinversin ser el levantamiento de una franja a lo largo del ro por 100 m. de ancho y aplicar el HEC-RAS.En el presente se aplic el mtodo-seccin-pendiente, siendo los resultados aceptables por el valioso aporte de los beneficiarios en su conocimiento del comportamiento del ro; como resultado se obtuvo el plano de inundaciones para diferentes periodos de retorno cuya utilidad radica en la sectorizacin de daos a la infraestructura de servicios y poblaciones por nivel de crecidas y por periodos de recurrencia asociados al riesgo por eventos naturales.ZONAS DE INUNDACINESCENARIOS DE RIESGO POR INUNDACIN.La vulnerabilidad puede ser analizada desde distintos enfoques: sociales, ambientales, econmicos, polticos y tambin a distintos grupos vulnerables clasificados por la edad, nivel de educacin, informacin, organizacin.Las reas damnificadas fueron clasificadas de acuerdo al mapa de inundaciones debido a que en este mapa se tienen identificadas las zonas aledaas al cauce. En los siguientes escenarios de inundacin para diferentes periodos de retorno se observa que ya no es considerado el rea del cauce, sino nicamente se consideran las reas de inundacin fuera del cauce (parte externa de los bancos fijados).REAS DE INUNDACIN.ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=5 AOS.Las zonas de inundacin producidas por una tormenta ordinaria (Tr = 5 aos) cubren 12.49 Has de cultivo agrcola, inundados por el ro Jayllahua.

Figura 39. Escenario de inundacin para un periodo de retorno de 5 aos.

ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=10 AOS.Las zonas de inundacin producidas por una tormenta ordinaria (Tr = 10 aos) cubren 12.98 Has de cultivo agrcola, inundados por el ro Jayllahua.

Figura 40. Escenario de inundacin para un periodo de retorno de 10 aos

ZONAS DE INUNDACIN PARA TR=25 AOS.Las zonas de inundacin producidas por una tormenta ordinaria (Tr = 25 aos) cubren 13.60 Has de cultivo agrcola, inundados por el ro Jayllahua.

Figura 41. Escenario de inundacin para un periodo de retorn