Estudio Hidrologico Pte Cono Sur
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Instalacin del Puente Vehicular Independencia en el Cono Sur Distrital de Sicuani - Provincial de Canchis
Estudio Hidrolgico e Hidrulico
1
ESTUDIOS HIDROLGICOS E HIDRULICOS EN LA CONSTRUCCIN DEL PUENTE INDEPENDENCIA
CONO SUR - SICUANI
INDICE
1. Introduccin.
2. Localizacin.
3. Recoleccin de la informacin
4. Cuenca del Vilcanota en el sistema Amaznico
5. Subcuenca Vilcanota Alto
6. Subcuenca Hercca
7. Trabajos de campo
8. Anlisis de la informacin hidrolgica
9. Modelamiento hidrulico de la zona de inters
10. Conclusiones y Recomendaciones
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Instalacin del Puente Vehicular Independencia en el Cono Sur Distrital de Sicuani - Provincial de Canchis
Estudio Hidrolgico e Hidrulico
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1. Introduccin.
La finalidad del estudio Hidrolgico, es determinar la magnitud de EVENTOS EXTREMOS,
proyectados para una probabilidad de ocurrencia establecida con incidencia sobre las
crecidas de los caudales que discurren por el cauce de una cuenca, haciendo uso en este
caso de modelos empricos, los cuales se establecern a travs de la Generacin de
Caudales picos.
El Ro Vilcanota, que cruza la Cuidad de Sicuani, son abastecas por las dos Sub cuencas
(Sub Cuenca Vilcanota Alto y Sub cuenca Hercca), las que se unen precisamente en el
inicio de la ciudad de Sicuani.
El hecho de que se este construyendo un Puente sobre el ro Vilcanota, ameritan el esfuerzo
y compromiso para llamar la atencin sobre el estado de las dos sub cuencas que lo
abastecen en especial en poca lluviosa, lo que hace que sea necesario tomar todas las
previsiones posibles para evitar en lo futuro un posible desastre.
Ante lo cual se hizo necesaria el estudio detallado de la generacin de caudales de las dos
sub cuencas para determinar la capacidad de almacenamiento de las mismas y as poder
determinar el gasto lquido y el gasto slido que pasar por el punto de inters que en ste
caso viene hacer la ubicacin del Puente.
A partir de los caudales as determinados, se proceder a realizar el estudio de Hidrulica
fluvial para modelar posibles caudales con perodos de retornos altos y as establecer la
altura segura a la que deber instalarse la superestructura, as como precisar la profundidad
de erosin o Socavacin para plantear los niveles seguros para la cimentacin o
construccin de las obras de defensa riberea si fuesen necesarias.
2. Localizacin
La zona en estudio, en ste caso la ubicacin de la construccin del Puente Cono Sur, esta
ubicada en el Departamento del Cusco, Provincia de Canchis, Distrito de Sicuani.
El rea de influencia del proyecto corresponde a la CUENCA DEL VILCANOTA , ms
precisamente a sus dos subcuencas, Subcuenca Vilcanota Alto y la Subcuenca Hercca.
Estas dos subcuencas abastecen de gastos lquido y gasto slido al punto de inters que es
la ubicacin de la construccin del Puente Cono Sur.
A continuacin se muestra la ubicacin de la zona en estudio:
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Estudio Hidrolgico e Hidrulico
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Instalacin del Puente Vehicular Independencia en el Cono Sur Distrital de Sicuani - Provincial de Canchis
Estudio Hidrolgico e Hidrulico
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Ubicacin del Puente.
3. Recoleccin de la Informacin.
La informacin que se presenta a continuacin fue recolectada de estudios previos, los
mismos que servirn para desarrollar un estudio tanto hidrolgico como hidrulico.
Comprende los siguientes aspectos:
a) Datos recolectados de la SENAMHI
b) Cartografa.
c) Hidrometeorologa
d) Estudios Anteriores.
a) Datos recolectados de la SENAMHI.
Lugar del proyecto-sector Terminal
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b) Cartografa.-
Dentro de la informacin cartogrfica se incluyen mapas con curvas de nivel a
escala 1:100.00, esta informacin se procesa para determinar las caractersticas
morfomtricas, de capacidad de almacenamiento y de suelos.
c) Hidrometeorologa.
En el aspecto hidrometeorolgico se recolecto informacin sobre las variables del
clima, la precipitacin, los caudales y niveles de las corrientes naturales y los
sedimentos que transportan las corrientes.
Esta informacin se recolect en forma de SERIES DE TIEMPO HISTRICAS, las cuales
fueron procesadas con mtodos estadsticos y probabilsticas para determinar
regmenes medios y proyecciones futuras.
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Se hacen uso de los conceptos de Hidrologa Aplicada e Hidrologa Estocstica.
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Cartografa.
b) Estudios Anteriores.
El anlisis de los Estudios que se han desarrollado con anterioridad en la zona del
proyecto permite complementar la informacin recolectada, A continuacin se
presenta la informacin recolectada y que ser til para el futuro anlisis hidrolgico.
4. Cuenca del Volcanota en el Sistema Amaznico.
Cuenca del Vilcanota:
La cuenca tiene forma rectangular, la longitud de su cauce principal es de 265.90
Km., siendo el rea total de 9,374.30 km2. la cual se encuentra subdividida en once
cuencas tributarias o subcuencas distribuidas de la siguiente manera:
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La Cuenca se inicia hidrulicamente como curso de agua en el Abra la Raya a
4,326.00 msnm. Siendo la estacin de control final del presente estudio la estacin
linnimtrica de Lucumachayoc (km 105 de la va frrea Cuzco Machupiccu) a 2,262.00 msnm., presentando una pendiente promedio en el cauce principal de
0.77%.
Ubicacin e influencias de las subcuencas en el Proyectos:
5. Subcuenca Vilcanota Alto.
Ubicacin.
La cuenca del Ro Vilcanota Alto, se encuentra ubicada en la parte sur de la cuenca
principal, entre las coordenadas Geogrficas 70 57 40 y 71 15 17 longitud oeste y 14 14 21 y 14 30 00 latitud sur, polticamente pertenece a la provincia de Canchis, limita por el norte con la cuenca del Salcca, al sur con la cuenca del Lago
Titicaca, al este con la cuenca de Hercca y al oeste con la cuenca del ro Apurimac.
El rea total corresponde a los 495.55 km2, y se encuentra subdividida en ocho
microcuencas, las cuales son: La Raya, Canta, Mamuera, Qellhuacocha, Marangan,
Sullca, Coocota y Uchupata.
La longitud del cauce principal es de 37.0 kilmetros con una pendiente promedio
del 1.8%.
Subcuenca Vilcanota Alto
Cuenca Area (km2)Longitud
(km)
Nmero de
ordenForma
Vilcanota Alto 495.55 37.00 3 Rectangular
Hercca 620.65 60.00 4 Rectangular
Salcca 2217.00 88.00 5 Rectangular
Pitumarca 689.89 45.00 4 Rectangular
Chuquicahuana 1007.48 47.00 5 Rectangular
Huambutio 989.35 58.00 5 Rectangular
Huatanay 515.73 42.50 4 Rectangular
Pisac 535.43 30.00 5 Rectangular
Urubamba 938.77 55.20 5 Rectangular
Huarocondo 623.44 68.00 4 Rectangular
Machupicchu 740.71 43.80 5 Rectangular
Total 9,374.00 574.50
Caractersticas Hidrulicas de las cuencas del Ro Vilcanota
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Climatologa.
Las temperaturas mximas registradas en la cuenca son de hasta 20.7 C y mnimas
de hasta -12 C.
Fisiografa.
La cuenca es variada y accidentada, cuenta con una superficie glaciar localizada
en las cotas superiores a los 4,800 msnm, con reas de origen Fluvioglaciar a partir de
los 4,300 msnm. Entre los 4,700 y los 4,200 msnm., la zona es de superficie Puna. Por
debajo de los 4,200 msnm., existen los valles interandinos con granulometra de suelos
heterognea.
Hidrografa.
La cuenca presenta drenajes perpendiculares al afluente principal que es el Ro
Vilcanota Alto, que nace en el sector de la Raya. Las caractersticas hidrulicas de
los cauces por cuencas de aporte se presentan en el siguiente cuadro:
Estac.
Hidrome-
teorolgicas
Precipitacin
Promedio
(mm/ao)
Precipitacin
Mxima
(mm/mes)
Precipitacin
Mnima
(mm/mes)
La Raya 922.70 1,215.70 603.60
Sicuani 597.90 960.00 150.00
Nombre de la
CuencaAfluentes Area (km
2)
Longitud del
cauce (km)
La Raya Vilcanota Alto 112.30 26.50
Canta Canta Canta Canta 80.73 14.00
Mamuera Mamuera 58.86 11.00
Quellhuacocha Quellhuacocha 68.23 9.50
Marangan Marangan 58.86 10.00
Sullca Sullca 38.54 9.00
Cooccota Cooccota 12.40 3.00
Uchupata Uchupata 65.63 13.00
TOTAL 495.55
Caractersticas Hidrulicas de la Cuenca del Vilcanota Alto
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El Modelo de HORTON, es un modelo estocstico de evaluacin hidrulica, que
permite evaluar las caractersticas de los ros principales, en funcin al nmero de
afluentes que convergen en el cauce principal, siendo este de mayor orden cuando
recibe mayor nmero de afluentes.
Parmetros Hidrulicos de la Cuenca.
Las caractersticas principales de las cuencas de aporte se marcan en el siguiente
cuadro:
Las bajas densidades de drenaje se han obtenido en funcin solamente de los
cauces naturales continuos, es decir ros permanentes.
6. Subcuenca Hercca
Ubicacin.
La Cuenca del Ro Hercca se encuentra en la parte sur de la cuenca principal entre
las coordenadas geogrficas 70 58 53 y 71 23 03 longitud Oeste y 14 38 46 y 14 07 07 latitud Sur, pertenece a las provincias de Yanaoca y Canchis, departamento del Cusco. Limita al Norte con la cuenca de Chuquicahuana al Este
con la cuenca del Ro Vilcanota Alto, al Sur con la cuenca del Lago Titicaca y al
Oeste con la Cuenca del Ro Apurmac.
El rea total corresponde a los 620.65 km2 y se encuentra subdividida en cinco
microcuencas, las cuales son: Jeruma, Payacchuma, Bangui-Layo, Langui y Hercca.
Nombre de la
Cuenca
Nmero de
Afluentes
Directos
N000:1 N000:2 N000:3
La Raya 3 4 1
Canta Canta 2 3 1
Mamuera 2 2 1
Quellhuacocha 2 2 1
Marangan 3 5 2 1
Sullca 5 6 2 1
Cooccota 1 1
Uchupata 6 8 2 1
TOTAL 24 31 10 3
Nmero de Orden - Modelo HORTON
Nombre de la
Cuenca
Cota
Nacimiento
(msnm)
Cota
Desemboc.
(msnm)
Longitud
Cauce
Principal
(km)
Pendiente
(S %)
Factor de
Forma de la
Cuenca Rf =
Nmero de
Cauces
La Raya 4600.00 4000.00 26.50 2.26 0.16 5
Canta Canta 5200.00 4000.00 14.00 8.57 0.41 4
Mamuera 4800.00 3900.00 11.00 8.18 0.49 3
Quellhuacocha 4800.00 3800.00 9.50 10.53 0.76 3
Marangani 4600.00 3700.00 10.00 9.00 0.59 8
Sullca 4600.00 3700.00 9.00 10.00 0.39 9
Cooccota 4100.00 3600.00 3.00 16.67 1.38 1
Uchupata 4600.00 3600.00 13.00 7.69 0.39 11
TOTAL 96.00 44
Parmetros Hidrulicos de la Cuenca del Ro Vilcanota Alto
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La longitud del cauce principal es de 60.0 kilmetros con una pendiente promedio
del 1.67 %.
Subcuenca Hercca
Climatologa.
Las temperaturas mximas registradas en la cuenca son de hasta 20.7 C y mnimas
de hasta -12 C.
Fisiografa.
La cuenca es variada y accidentada, cuenta con una superficie glaciar localizada
en las cotas superiores a los 4,800 msnm, con reas de origen Fluvioglaciar a partir de
los 4,300 msnm. Entre los 4,700 y los 4,200 msnm., la zona es de superficie Puna. Por
debajo de los 4,200 msnm., existen los valles interandinos con granulometra de suelos
heterognea.
Hidrografa.
Estac.
Hidrome-
teorolgicas
Precipitacin
Promedio
(mm/ao)
Precipitacin
Mxima
(mm/mes)
Precipitacin
Mnima
(mm/mes)
Langui 620.10 1,012.50 210.00
Sicuani 597.90 960.00 150.00
Nombre de la
CuencaAfluentes Area (km2)
Longitud del
cauce (km)
Jeruma Jeruma 156.88 14.00
Payacchuma Payacchuma 140.53 18.50
Langui-Layo Langui-Layo 177.61 16.00
Langui Langui 33.13 9.00
Hercca Hercca 112.50 21.00
TOTAL 620.65
Caractersticas Hidrulicas de la Cuenca de Hercca
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La cuenca presenta dos afluentes principales, que son los aportes de los Ros Jeruma
y Payacchuma, luego estos confluyen en la Laguna de Langui-layo, adonde sta
recibe aportes de numerosos cauces temporales perpendiculares, desahogando la
laguna, forma el Ro Langui, para luego conjuncionarse con el Ro Hercca, formando
el cauce principal de este, para finalmente entrar en la zona de la ciudad de Sicuani
al Ro Vilcanota Alto, formando el Ro Vilcanota Bajo.
Las caractersticas hidrulicas de los cauces por cuencas de aporte se presentan en
el siguiente cuadro
Parmetros Hidrulicos de la Cuenca.
Las caractersticas principales de las cuencas de aporte se marcan en el siguiente
cuadro:
Las bajas densidades de drenaje se han obtenido en funcin solamente de los
cauces naturales continuos, es decir ros permanentes.
7. Trabajos de Campo.
Luego de analizar la informacin recolectada, se desarrollo los trabajos de campo
que permitirn la complementacin de la informacin existente.
Entre los trabajos de campo que se realizaron, tenemos el Levantamiento
Topogrfico de la zona, perfil longitudinal del ro y secciones transversales del mismo,
el Levantamiento Batimtrico, la recoleccin y anlisis de Muestras de los Sedimentos
que transporta la corriente del ro Vilcanota en el tramo correspondiente al Puente
Cono Sur y la realizacin de Aforos.
8. Anlisis de la informacin hidrolgica.
Nombre de la
Cuenca
Nmero de
Afluentes
Directos
N000:1 N000:2 N000:3 N000:4
Jeruma 25 14 9 1 1
Payacchuma 18 11 6 1
Langui-Layo 7 4 1 1 1
Langui 7 4 1 1 1
Hercca 13 9 2 1 1
TOTAL 70 42 19 5 4
Nmero de Orden - Modelo HORTON
Nombre de la
Cuenca
Cota
Nacimiento
(msnm)
Cota
Desemboc.
(msnm)
Longitud
Cauce
Principal
(km)
Pendiente
(S %)
Factor de
Forma de
la Cuenca
Rf =
Nmero de
Cauces
Jeruma 4600.00 4000.00 14.00 4.29 0.80 25
Payacchuma 4600.00 4000.00 18.50 3.24 0.41 18
Langui-Layo 4050.00 4000.00 16.00 0.31 0.69 7
Langui 4000.00 3900.00 9.00 1.11 0.41 7
Hercca 4600.00 3800.00 21.00 3.81 0.26 13
TOTAL 78.50 70
Parmetros Hidrulicos de la Cuenca del Ro Hercca
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Terminada la etapa de la recoleccin se procedi al anlisis del Clima, la
Precipitacin, los Caudales y los Sedimentos en el tramo correspondiente al Puente.
AFORAMIENTO DEL RIO VILCANOTA
Primera evaluacion
Lugar Rio Caudal (m3/s)
10-Feb-12 Hercca Hercca 16.20
10-Feb-12 Sicuani(Puente
independencia
cono sur)
Vilcanota 25.70
Gasto de solidos por arrastre(Meyer-Peter) y suspension (Botella de Delft) del rio
Vilcanota
Primera evaluacion
Lugar Rio Caudal Solido por Arrastre (ton/m X dia)
Caudal Solido por
Suspension (ton/m. x
dia)
Caudal (m3/s)
10-Feb-12 Hercca Hercca 6019.30 16.228 16.20
10-Feb-12 Sicuani(Puente
independencia
cono sur)
Vilcanota 619.80 6.1128 25.70
Turbulencia del Rio Vilcanota (Modelo Reynolds)
Primera evaluacion
Lugar Rio Caudal (m3/s)
Numero de Numero de Reynolds
(Re)
Tipo de Regimen
10-Feb-12 Hercca Hercca 16.20 1680000 Turbulento
10-Feb-12 Sicuani(Puente
Cono Sur)
Vilcanota 25.70 1008923 Turbulento
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Analisis de Riesgo
CAUDALES MEDIOS - MAXIMOS Y MINIMOS (periodo de retorno 100 aos)
Puente Independencia - Sicuani
Meses Caudales Medios (ao Promedio)
(m3/seg)
Caudales Maximos (m3/seg)
Caudales Minimos (m3/seg)
Enero 122.61 224.92 20.30
Febrero 133.33 243.20 23.45
Marzo 126.13 230.60 21.65
Abril 112.46 204.68 20.23
Mayo 72.00 134.32 9.68
Junio 60.92 116.60 5.23
Julio 54.04 102.92 5.15
Agosto 50.07 95.36 4.78
Septiembre 49.99 95.00 4.97
Octubre 55.33 105.40 5.26
Noviembre 85.72 154.16 17.27
Diciembre 115.69 202.72 28.65
TOTAL 86.52 159.16 13.89
9. Modelamiento Hidrulico de la zona de inters (Puente independencia cono sur).
Para el Modelamiento Hidrulico, se har uso del Software HEC-RAS (Centro de
Ingeniera de Hidrulica-Sistema de Anlisis de ros), entorno windows, en donde se
har uso de los datos analizados anteriormente.
Datos:
Para caudales de:
Q = 86.52 m3/s (caudal medio mximo ao promedio) Q = 159.16 m3/s (caudal mximo perodo de retorno 100 aos)
Valores de n (Manning): (valores actuales)
Margen Izquierda LOB ( n = 0.035 )
Canal ( n = 0.035 )
Margen Derecha ROB ( n = 0.035 )
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1.0. Ingreso de Datos Geomtricos.
Ingresamos los datos geomtricos seleccionando Geometra Data del men EDIT, en
la ventana principal del HEC-RAS, tenindose el siguiente esquema fluvial.
El esquema fluvial, es luego de haber ingresado los datos geomtricos de las
secciones transversales (estacin y elevacin) de las secciones 00 a la seccin 600.
Como lmites del canal principal se coloco los valores obtenidos del plano en planta
del ri (ancho del ri), hallados con Autocad.
Tenindose los siguientes datos para una de las secciones (se toma slo una seccin
para mostrar, ejemplo seccin 600):
3.0. Ingreso de Datos de Flujo Permanente.
Para realizar los clculos de los perfiles de la superficie, necesitamos ingresar los datos
de flujo permanente. Con dos diferentes caudales hallados anteriormente en las
secciones.
CONSTRUCCION PUENTE CONO SUR
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Las condiciones de borde son necesarias para establecer los niveles de agua en los
extremos del sistema fluvial. El programa requiere de un nivel de agua inicial para
empezar con los clculos, en un rgimen de flujo subcrtico las condiciones de borde
son solamente requeridas en la seccin de aguas debajo de un sistema fluvial.
4.0 Clculo Hidrulico.
Como todos los datos se han ingresado, podemos calcular los perfiles y niveles de
agua para flujo permanente.
Seleccionamos el rgimen de flujo, para que el modelo realice los clculos. En este
ejemplo realizaremos clculos de flujo subcrtico.
5.0. Visualizacin de Resultados.
5.1. Secciones transversales.
Se plotean las secciones transversales.
Construccion Puente Cono Sur
PTE CONO SUR
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5.2. Perfiles de Superficie de Agua.
Se puede observar que el nivel del agua est por debajo del nivel crtico de
inundacin, el agua estar dentro de los lmites del canal principal
Construccin Puente Terminal
Construccin Puente Cono Sur
Pte Cono Sur
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5.3. Curvas de Descarga.
Se presenta nicamente de la seccin 0+255 (ubicacin de la construccin
del Puente)
Construccin Puente Cono Sur
Construccin Puente Cono Sur
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5.4. Perspectiva X-Y-Z.
Construccin Puente Cono Sur
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5.5. Salidas Tabulares .
Pte Cono Sur
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10. Conclusiones y Recomendaciones.
Luego del estudio realizado a las dos Subcuencas Vilcanota Alto y Hercca que son
las que abastecen de agua durante todo el ao el ro vilcanota, ms precisamente
el lugar de estudio que viene hacer la Construccin del Puente Independencia Cono
Sur - Sicuani, se pudo llegar a las siguientes conclusiones:
Se realizaron anlisis para dos diferentes caudales, caudal actual (86.52 m3/s), y un caudal mximo (159.16 m3/s) con perodo de retorno de 100 aos.
Se puede ver que el nivel del agua no rebasar los lmites del canal principal, por lo que podemos afirmar que en una posible ejecucin de un puente el agua no
saldr por detrs de los estribos.
Tambin se puede ver que debido a las pocas pendientes que se tienen (un promedio de 2.0%), se generan velocidades mnimas en el ro, velocidades que estn
por debajo de la velocidad de socavacin (2.5 m/seg).
En el sector donde se ubicar el puente no se producir erosin (degradacin), sino ms bien se producir deposicin (agradacin), por lo que se
sugiere tener un galibo mnimo de 2.50 mts.