Estudio HidrolgicoCALCULO HIDROLOGICO DEL PROYECTO PUENTE CARROZABLE OCUVIRI

CALCULO DEL TIRANTE MAXIMO EN FUNCION AL CAUDAL DE MAXIMA AVENIDADebido a la falta de informacin hidrometereolgica en determinadas zonas que justifiquen el diseo hidrulico de las estructuras proyectadas, se plantean metodos de clculo empircos en base a observaciones y parmetros determinados de acuerdo a las caractersticas geomorfolgicas y de cobertura vegetal de la zona donde se ubica el proyecto.Con la finanlidad de obtener la altura maxima que tendr el puente se calcularan los caudales instantaneos, por mediode diferentes metodos empiricos; de esta forma determinaremos el maximo caudal, luego con este caudal calculadoutililizando la formula de Maning obtendremos una nueva altura de agua, que ser mayor a la marca de la huella dejadapor el agua en una mxima avenida. A.-METODO DE LA SECCION Y LA PENDIENTEPara aplicar el siguiente mtodo debe realizarse los siguientes trabajos de campo:1.-Seleccin de varios tramos del ro.2.-Levantamiento topogrfico de las secciones tranversales seleccionadas (3 secciones mnimas).3.-Determinacin de la pendiente de la superficie de agua con las marcas o huellas dejadas por las aguas de mximasavenidas.4.-Elegir un valor de coeficiente de rugosidad ( n ) el ms ptimo.5.-Aplicar clculos en la formula de Manning.A:rea de la seccin humeda ( m2)R:rea de la seccin humeda/ perimetro mojado Qmax. = A * R^(2/3) * S^(1/2) / nS:pendiente de la superficie del fondo de cauce n: rugosidad del cauce del ro.La siguiente tabla nos muestra los distinto valores de "n" que se adoptaran:SEGUN COWAN:

Condiciones del ro:material del cauce:AterrosoBrocosoCgravoso finoDgravoso gruesomaterial del cauce adoptado:D=0.028

Grado de irregularidad:AningunaBleveCregularDsevero

Grado de irregularidad adoptado:C=0.010

SeccionesAleveVariablesBregularCsevero

variacin de la secccin adoptada:B=0.005

Efecto de las obstrucciones:AdespreciablesBmenorCapreciable Dsevero

Efecto de las obstrucciones adoptado:B=0.010

vegetacin:AningunaBpocoCregularDalta

vegetacin adoptada:A=0.000

grado de sinuosidad:AInsignificanteBregularCconsiderable

grado de sinuosidad adoptado:B=1.150 valor de " n " adoptado segn COWAM n = 0.061SEGUN SCOBEY:Condiciones del ro:

n = 0.025Cauce de tierra natural limpios con buen alineamiento con o sin algo de vegetacin en los taludes y gravillas dispersasen los taludes

n = 0.030Cauce de piedra fragmentada y erosionada de seccin variable con algo de vegetacin en los bordes y considerable pendiente( tpico de los ros de entrada de ceja de selva )

n = 0.035Cauce de grava y gravilla con variacin considerable de la seccin transversal con algo de vegetacin en los taludes ybaja pendiente.( tpico de los ros de entrada de ceja de selva )

n = 0.040-0.050Cauce con gran cantidad de canto rodado suelto y limpio, de seccin transversal variable con o sin vegetacion en los taludes( tpicos de los ros de la sierra y ceja de selva )

n = 0.060-0.075Cauce con gran crecimiento de maleza, de seccin obstruida por la vegetacin externa y acutica de lineamiento y seccin irregular. ( tpico de los ros de la selva )

valor de " n " adoptado segn SCOBEY n = 0.050Seleccionando el menor valor de "n" de estos dos criterios0.050Cota de N.A.M.E dejada por las huellas:4,212.68m.s.n.mAa : Area de la seccin del ro en la avenida:18.07m2P : perimetro mojado de la avenida:24.82mS : pendiente de la superficie del fondo de cauce :0.002n : rugosidad del cauce del ro.:0.050

Qmax. = A * (A/P)^(2/3) * S^(1/2) / nQmax.=13.08m3/sB.-METODO DE LA VELOCIDAD Y AREAPara aplicar el siguiente mtodo debe realizarse los siguientes trabajos de campo:1.-Seleccin de 2 tramos del ro.2.-Medir la profundidad actual en el centro del ro ( h ).3.-Levantamiento topogrfico de las secciones tranversales seleccionadas indicando marcas o huellas dejadas por lasaguas de mximas avenidas.4.-Medir la velocidad superficial del agua ( Vs ) que discurre tomando en cuenta el tiempo que demora un objeto flotante enllegar de un punto a otro en una seccin regularmente uniforme, habindose previamente definido la distancia entreambos puntos.5.-Calcular el rea de la seccin transversal del ro durante la avenida dejadas por las huellas ( Aa ). El rea se puedecalcular usando la regla de Simpson o dibujando la seccin en papel milimetrado.6.-Aplicar clculos en las siguientes formulas:

Ha =( coef.)* Aa / Ba

Ba =10.00mHa:Altura mxima de agua en la avenidacoef. =1.05Aa:Area de la seccin del ro en la avenidaAa18.07m2Ba:Ancho mximo del espejo de agua en la avenida.Ha =( coef.)* Aa / Bacoef.:Coeficiente de amplificacin adoptadoHa = 1.897m

Va = Vs * Ha / h

Va:Velocidad de agua durante la avenidaVs:Velocidad superficial del agua actualHa:Altura mxima de agua en la avenidah:Profundidad actual en el centro del ro

Vs=0.5m/sh=0.4mHa=0.490m( debera ser mayor que h )

Va=0.613m/sCaudal de avenida: Qmax=Va * Aa=11.07m3/sC.-METODO DE LA FORMULA RACIONALPara aplicar el siguiente mtodo emprico debe realizarse el siguiente trabajo de gabinete:1.-Determinar el rea de influencia de la cuenca en hctareas.2.-Estimar una intensidad de lluvia mxima ( mm/h ) 3.-Aplicar clculos con la frmula racionalQ:Caudal mximo de escorrentia que provocara una mxima avenida. (m3/s )Q= C * i * A / 360uCoeficiente de escorrentiaA:Area de influencia de la cuenca.(ha)( < 500 has )i:intensidad mxima de lluvia (mm/h)coeficiente escorrentia (C):Acultivos generales en topografa ondulada ( S = 5 a 10 % )Bcultivos generales en topografa inclinada ( S = 10 a 30 % )Ccultivos de pastos en topografa ondulada ( S = 5 a 10 % )Dcultivos de pastos en topografa inclinada ( S = 10 a 30 % )Ecultivos de bosques en topografa ondulada ( S = 5 a 10 % )Fcultivos de bosques en topografa inclinada ( S = 10 a 30 % )Gareas desnudas en topografa ondulada ( S = 5 a 10 % )Hareas desnudas en topografa inclinada ( S = 10 a 30 % )

indicar la letra correspondiente al coeficiente seleccionadocoeficiente escorrentia adoptado ( C ) :G=0.8 Area de la cuenca adoptada ( A ) =60has intensidad mxima de lluvia adoptada ( i ) =65mm/h

Caudal mximo: Qmax=C* i * A / 360 =8.67m3/sDe los tres caudales mximos calculados se adoptaran lo siguiente:1.- el mximo de los caudales2.- el promedio de los caudales3.- la media ponderada

1CAUDAL MAXIMO SELECCIONADO Qmax=13.08m3/sLuego con el caudal mximo adoptado se ingresara nuevamente en la formula de Manning y se hallara el nuevo valor de la altura de agua de mximas avenidas.Qmax. = A * (A/P)^(2/3) * S^(1/2) / nQmax.= A^(5/3) * S^(1/2) P^(2/3) * n

Qmax.= ( Aa+ &A)^(5/3) * S^(1/2) (1.1P)^(2/3) * n&A=[ Qmax * n * (1.1P)^(2/3) / S^(1/2) ]^(3/5) - Aa&A=0.702m2&A= (Ba+&H)*&H=0.702m2

INCREMENTE EL N.A.M.E EN &H=0.21m

NUEVA COTA DE N.A.M.E.=4212.89m.s.n.m-0.65

CAUDAL MAXIMO Qmax=13.08m3/s

Estudio de SocavacinESTUDIO DE SOCAVACION PUENTE OCUVIRI

SOCAVACION :La socavacin que se produce en un ro no puede ser calculada con exactitud, solo estimada, muchos factores intervienen en la ocurrenciade este fenmeno, tales como:

a.-El caudal.b.-Tamao y conformacin del material del cauce.c.-Cantidad de transporte de slidos.Las ecuaciones que se presentan a continuacin son una gua para estimar la geometra hidrulica del cauce de un ro. Las mismas estnen funcin del material del cauce.

SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE:

Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidrulico de un estrechamiento de laseccin; la degradacin del fondo de cauce se detiene cuando se alcanzan nuevas condiciones de equilibrio por disminucin de la velocidada causa del aumento de la seccin transversal debido al proceso de erosin.Para la determinacin de la socavacin general se emplear el criterio de Lischtvan - Levediev :

Velocidad erosiva que es la velocidad media que se requiere para degradar el fondo esta dado por las siguientes expresiones:Ve = 0.60 gd1.18 b Hsx m/seg suelos cohesivos

Vc = 0.68 b dm 0.28 Hsxm/seg suelos no cohesivos

En donde:Ve =Velocidad media suficiente para degradar el cauce en m/seg.gd =Peso volumtrico del material seco que se encuentra a una profundidad Hs, medida desde la superficie del agua (Ton/m3)b =Coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia. Ver tabla N 3x =Es un exponente variable que esta en funcin del peso volumtrico gs del material seco (Ton/m3 )Hs =Tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer que valor de Ve se requiere para arrastrar y levantaral material ( m )dm =Es el dimetro medio ( en mm ) de los granos del fondo obtenido segn la expresin.dm =0.01 S di piEn el cualdi = Dimetro medio, en mm, de una fraccin en la curva granulomtrica de la muestra total que se analizapi =Peso de esa misma porcin, comparada respecto al peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben ser iguales entre s.( 1 ) - Perfil antes de la erosin.( 2 ) - Perfil despus de la erosinClculo de la profundidad de la socavacin en suelos homogneos:Suelos cohesivos:Hs = a Ho5/3 1 / (1 + x) 0.60b gd1.18

Suelos no cohesivos:Hs = a Ho5/3 1 / (1 + x) 0.68b dm0.28

Donde:a =Qd / (Hm5/3 Be m)Qd = caudal de diseo (m3/seg)Be = ancho efectivo de la superficie del lquido en la seccin transversalm = coeficiente de contraccin. Ver tabla N 1Hm = profundidad media de la seccin = Area / Be x = exponente variable que depende del dimetro del material y se encuentra en la tabla N 2dm = dimetro medio (mm)

TABLA N 1COEFICIENTE DE CONTRACCION, mVelocidad media en laLongitud libre entre dos estribosseccin, en m / seg 10 13 16 18 21 25 30 42 52 63 106 124 200 Menor de 1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.50 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 2.00 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 2.50 0.90 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 3.00 0.89 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 3.50 0.87 0.90 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 4.00 o mayor 0.85 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99

TABLA N 2VALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS SUELOS COHESIVOSSUELOS NO COHESIVOSP. especfico gd (T/m3)xdm (mm)x0.800.520.050.430.830.510.150.420.860.500.500.410.880.491.000.400.900.481.500.390.930.472.500.380.960.464.000.370.980.456.000.361.000.448.000.351.040.4310.000.341.080.4215.000.331.120.4120.000.321.160.4025.000.311.200.3940.000.301.240.3860.000.291.280.3790.000.281.340.36140.000.271.400.35190.000.261.460.34250.000.251.520.33310.000.241.580.32370.000.231.640.31450.000.221.710.30570.000.211.800.29750.000.201.890.281000.000.192.000.27

TABLA N 3VALORES DEL COEFICIENTE bPeriodo de retornoCoeficientedel gasto de diseob( aos )

20.8250.86100.90200.94500.971001.005001.05SOCAVACION AL PIE DE LOS ESTRIBOS:

El mtodo que ser expuesto se debe a K. F. Artamonov y permite estimar no solo la profundidad de socavacin al pie deestribos, sino adems al pie de espigones. Esta erosin depende del gasto que tericamente es interseptado por el espign,relacionando con el gasto total que escurre por el ro, del talud que tienen los lados del estribo y del ngulo que el eje longitudinal de la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre dela corriente, esta dada por:

St = Pa Pq PR Hoen que

Pa = coeficiente que depende del ngulo a que forma el eje del puente con la corriente, como se indica en la figura siguiente; su valor se puede encontrar en la tabla N 4Pq = coeficiente que depende de la relacin Q1/Q, en que Q1 es el gasto que tericamente pasaria por el lugar ocupado por el estribo si ste no existiera y Q, es el gasto total que escurre por el ro. El valor de Pq puede encontrarse en la tabla N 5PR = coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo, su valor puede obtenerse en la tabla N 6Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosin

TABLA N 4VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pa EN FUNCION DE a a 30 60 90 120 150 Pa 0.84 0.94 1.00 1.07 1.19

TABLA N 5VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pq EN FUNCION DE Q1/QQ1/Q 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 Pq 2.00 2.65 3.22 3.45 3.67 3.87 4.06 4.20

TABLA N 6VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO PR EN FUNCION DE RTALUD R 0 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00 PR 1.00 0.91 0.85 0.83 0.61 0.50

DETERMINACION DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACION

TIPO DE CAUCE2 (ver cuadro adjunto)CAUCETIPOSUELO COHESIVO1SUELO NO COHESIVO2A.- Clculo de la socavacin general en el cauce:

Hs = profundidad de socavacin (m)Qd = caudal de diseo13.08 m3/segBe = ancho efectivo de la superficie de agua10.00 mHo = tirante antes de la erosin1.17 mVm = velocidad media en la seccin0.75 m/segm = coheficiente de contraccion. Ver tabla N 11.00gd = peso especifico del suelo del cauce1.80Tn/m3dm = dimetro medio20.00 mmx = exponente variable. Ver tabla N 20.320Tr = Periodo de retorno del gasto de diseo50.00 aosb = coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseo. Ver tabla N 30.97A = rea de la seccin hidrulica17.44 m2Hm = profundidad media de la seccin1.744 ma = 0.518Entonces,

Hs =0.54 m

ds = profundidad de socavacin respecto al fondo del cauce

ds =-0.63 m

Asumimosds = 0.75 m

B.- Clculo de la socavacin al pie de estribos:

1.- Estribo margen izquierda aguas abajoSt = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavacin en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosion0.60 mQ = caudal de diseo13.08 m3/segQ1 = caudal que tericamente pasara por el lugar ocupado por el estribo de la margen izquierda4.36 m3/segQ1/Q =0.33Pq = coeficiente que depende de la relacin Q1/Q. Ver tabla N 53.29a = ngulo que forma el eje del estribo con la corriente46.00Pa = coeficiente que depende del ngulo a . Ver tabla N 4 0.89R = talud que tiene el estribo 0.25PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo. Ver tabla N 60.93Entonces,

St =1.63 m

ds = profundidad de socavacin respecto al fondo del cauce

So =1.03 m

AsumimosSo = 1.10 m

2.- Estribo margen derecha aguas abajoSt = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavacin en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosin0.60 mQ = caudal de diseo13.08 m3/segQ1 = caudal que tericamente pasara por el lugar ocupado por el estribo de la margen derecha6.54 m3/segQ1/Q =0.50Pq = coeficiente que depende de la relacin Q1/Q. Ver tabla N 53.67a = ngulo que forma el eje del estribo con la corriente46.00Pa = coeficiente que depende del ngulo a . Ver tabla N 4 0.89R = talud que tiene el estribo 0.25PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo. Ver tabla N 60.93Entonces,

St =1.82 m

ds = profundidad de socavacin respecto al fondo del cauce

So =1.22 m

AsumimosSo = 1.30 m