Estudio hidrologico del rio Huallaga (margen derecha) defensa ribereña desde Afilador, Brisas y Tingo María, Perú (página 2)

El agua que se dirige al río sobre la superficie, como flujo de arroyo, puede convertirse en grandes inundaciones cuando ocurren tormentas intensas a lo largo de la cuenca del Río Huallaga donde las mayores de las inundaciones del Río suelen ocurrir durante la temporada de (Enero a Marzo), cuando la humedad de la selva viaja hacia el sur y se convierte en tormentas eléctricas, El río Huallaga en estudio tiene un área de 12,374.268 Km2 y una longitud de 360 Kms. Cuyo cuadro que se presenta en el punto de control "F" donde se calculó el caudal máximo total para diferentes períodos de retorno mediante el estudio Hidrológico propuesto.

CALCULO DEL TIRANTE, VELOCIDAD Y OTRAS CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS, SEGÚN ESTUDIO HIDROLÓGICO.

El caudal Máximo en el mismo punto de control tomado por medida de los tirantes del río Huallaga, Estación Tingo María durante un período de 10 años de registro por la Institución de SENAMHI se presenta en el cuadro.

Se establece que el Análisis de Distribución que presenta mejor ajuste es: PEARSON TIPO III.

Es necesario recordar el tipo de Distribución que presenta en el cuadro No 26 A , ya se encuentra calculado en el cuadro No 23, es necesario hacer la diferencia entre el Tirante de caudales tomados en la estación de Tingo María (Puente Corpac) y las Generadas por medio del estudio Hidrológico que es 2593.63 m3/seg. para un período de retorno de 100 años.

Cálculo de las características hidráulicas para los Caudales mínimos en la Estación de Tingo María.

13.- SOCAVACIÓN GENERAL DEL CAUCE.

Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidráulico de un estrechamiento de la sección; la degradación del fondo de cauce se detiene cuando se alcanza nuevas condiciones de equilibrio por disminución de la velocidad a causa del aumento de la sección transversal debido al proceso de erosión.

Para la determinación de la socavación general se empleará el criterio de Lischtva-Levediev.

La velocidad erosiva media que se requiere para degradar el fondo está dado por las siguientes expresiones:

Ve == 0.60 gd1.18bH.xs m/s, suelos cohesivos

Ve == 0.68 bd.0.28H.xs m/s, suelos no cohesivos

En donde:

Ve = Velocidad media suficiente para degradar el cause en m/s

Gd = Peso volumétrico 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 Nº 3

x = Es un exponente variable que está en función del peso volumétrico gs del material

seco (Ton/m3)

Hs = Tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer que valor de Ve se

requiere para arrastrar y levantar en material (m)

dm = Es el diámetro medio en (mm) de los granos obtenidos del fondo calculado con la

expresión dm =0.01 ? di pi

En el cual:

di = Diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la muestra

total que se analiza.

pi = Peso de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la muestra. Las

fracciones escogidas no deben ser iguales entre si.

Para el cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos se usará las siguientes expresiones.

Suelos cohesivos:

Suelos no cohesivos:

Donde:

Qd = caudal de diseño (m3/s)

Be = ancho efectivo de la superficie del agua en la sección transversal

m = coeficiente de contracción Ver tabla Nº 1

Hm = profundidad media de la sección = Área / Be

x = exponente variable que depende del diámetro del material y se encuentra en la tabla

Nº 2

dm = diámetro medio (mm)

13.1.-SOCAVACIÓN AL BORDE DEL RIO HUALLAGA

El método que será expuesto se debe a K, F, Artamonov y permite estimar la profundidad de socavación al pie de la estructura. Esta erosión depende del gasto que teóricamente es interceptado por el margen, relacionando con el gasto total que escurre por el río, del talud que tiene los lados de la defensa y del ángulo que el eje longitudinal que la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre de la corriente, está dado por:

Donde:

Pa = coeficiente que depende del ángulo a que forma el eje de estructura con la corriente,

como se indica en la figura siguiente; su valor se puede encontrar en la tabla Nº 4

Pq = coeficiente que de pende de la relación Q1/Q en que Q1 es el gasto que

teóricamente pararía por el lugar ocupado por el estribo si éste no existiera y Q, es el

gasto total que escurre por el río. El valor de Pq puede encontrarse en la tabla Nº 5

Pr = coeficiente que depende del talud que tienen los lados del río, su valor puede

obtenerse en al tabla Nº 6

Ho = tirante que se tiene en la zona antes de la erosión

Características del material del lecho de cauce

El material que constituye el lecho del río es grava limosa mal graduada con 80% de bolonería tal como se determinó en ele Studio de suelos, por lo que, consideramos para el cálculo de la socavación un diámetro medio de 140 mm.

Calculo de la socavación general en el cause:

Hs = profundidad de socavación (m)

Qd = caudal de diseño 2593.63 m3/s

Be = ancho efectivo de la superficie de agua 118.10 m.

Ho = tirante antes de la erosión 4.70 m.

Vm = velocidad media en la sección 4.09 m/seg

m = coeficiente de contracción Ver tabla Nº 1 1.00

gd = peso específico del suelo del cause 1.98 Tn/m3

dm = diámetro medio 8.96 mm.

x = exponente variable. Ver tabla Nº 2 0.28

Tr = periodo de retorno del gasto de diseño 100 años

b = coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseño. Ver tabla Nº 3 1.00

A = área de la sección hidráulica 639.31 m2

Hm= profundidad media de la sección 5.41 m

a = 1.32

Entonces:

Hs = 7.38 m.

ds = profundidad de socavación al fondo del cause (Hs – Hm)

ds = 1.97 m.

Asumimos ds = 1.97 m.

14.0.-CAUDAL ADICIONAL A LA LONGITUD DE DEFENZA RIBEREÑA DEL MARGEN DERECHA DEL RIO HUALLAGA.

1.- Longitud ha Incrementar de 400 metros-

2.- Del Tramo Km. 5+057 al Km.5+457.

3.- Area del espacio adicional 23.46 km2.

4.- Longitud del río 423 metros.

5.- Perfil del río 0.009.

6.- Parámetros meteorológicos las mismas generadas en el punto del puente de Tingo María.

Generalidades

Se sabe que después del término del presente estudio se ha tenido que extender una longitud de 400 metros, aguas abajo a partir del punto obtenido en la ciudad de Tingo María, ubicado en el puente CORPAC, que se prolonga con la avenida Jorge Chávez de la ciudad de Tingo María, por lo que es necesario tabular el caudal máximo con el objetivo de conocer al altitud del muro de la defensa en el tramo indicado.

En el punto del Puente de Corpac ya se conocen los datos de caudales máximos para diferentes perídos de retorno, para su cálculo se utilizará la relación de caudales específicos, teniendo en cuenta el método de la proporcionalidad directa Area – Caudal máximo .

La relación de Áreas es: Ac/As, Donde Ac = Area conocida con información de Caudales máximos en m3/seg.

As= Area tabulado sin información de caudales en m3/seg.

As/Ac = 24.56/12,374.268 = 0.020

Los Caudales a los 400 metros aguas abajo= 0.020 Qe

Donde: Qe = Caudal máximo de la cuenca con información:

En el cuadro No 28, se indica los caudales máximos con diferentes períodos de Retorno en la progresiva Km. : 5+457 del margen derecha del río Huallaga, donde con el período de retorno de 100 años nos dará un caudal de 2,645.50 m3/seg.

CUADRO DE GENERACION DE CAUDALES MAXIMOS 400 METROS AGUAS ABAJO DEL PUENTE CORPAC (TINGO MARIA)

RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS SEGÚN ESTUDIO HIDROLOGICO EN LA PROGRESIVA KM. 5+457 (400 MTS. Aguas Abajo del Puente Corpac-Tingo María).

Con el caudal máximo tabulado para un período de retorno de 100 años nos dá un tirante de 5.48 metros, que servirá para el diseño del muro de la defensa ribereña margen derecha del río Huallaga desde la progresiva Km: 5+057 al KM: 5+457

* La profundidad de socavación se tomará los mismos resultados para el diseño en el punto de control "F" Puente Corpac-Prolongación Av. Jorge Chávez.

Conclusiones y recomendaciones

CONCLUSIONES:

a.- Se analizaron los datos de precipitaciones promedios mensuales y máximas de 24 horas, de las estaciones meteorológicas de San Rafael, Ambo, Yanahuanca, Jacas Chico, Huanuco, Llata y Tingo María.

b.- La Cuenca Alta del río Huallaga para su mejor análisis, se demarcarón en seis (06) Áreas y/o Sub cuencas, cuyos puntos de controles de los caudales máximos son: A, B, C, D, E, F, donde sus resultados se presentan en los cuadros No 19 A, 19 B, 19 C, 19 D, 19 E, 19 F. ver planos de demarcación de sub. Cuencas.

c.- El Caudal que se presenta, con una avenida máxima, donde es necesario tomar en cuenta las medidas necesarias de la ocurrencia de impactos negativos con los parámetros hidrológicos calculadas para el diseño de la estructura de la defensa ribereña es de 2,593.63 M3/seg, para un período de retorno de 100 años, de acuerdo al tirante hidráulico datos concedido por la oficina de "SENAMHI".su caudal máximo calculado es de 2579.83 m3/seg.en la misma estación fijado como punto de control "G"Ver cuadro No 23

d.- Las características Hidráulicas en máximas avenidas para un período de retorno de 100 años en el punto de control "G", del río Huallaga que se tomarán en cuenta son: ver cuadro No 24.

– Tirante del río para la máxima avenida = 5.41 metros.

– Velocidad del flujo en máxima avenida = 4.06 metros

– Area Hidráulica = 639.31 M2.

– Perímetro Mojado = 128.93 metros.

– Radio Hidráulico = 4.96 metros.

– Energía Específica = 6.24 m-kg/kg.

– No de Froud = 0.56,

e.- Las características Hidráulicas en mínimas caudales para un período de retorno de 100 años en el punto de control "G", del río Huallaga que se tomarán en cuenta son: ver cuadro No 27.

– Tirante del río para la mínima avenida = 1.70 metros.

– Velocidad del flujo en mínima avenida = 2.94 metros

– Area Hidráulica = 201.09 M2.

– Perímetro Mojado = 121.50 metros.

– Radio Hidráulico = 1.65 metros.

– Energía Específica = 2.14 m-kg/kg.

– No de Froud = 0.78

f.- Las coordenadas en UTM, donde se encuentra el punto de control "G" es:

Latitud: 389227.65 y Longitud: 8969947.81

Y de cada uno de los puntos de controles se describen en el cuadro No 22.

g.- El Area total de la Cuenca en estudio es de 12,374.26 Km2 y un perímetro de

698.87 Kms.con una longitud total del río Huallaga desde su origen hasta el

punto de control "F" Tingo María es de 360.00 Kms.

h.- El mejor ajuste en el Análisis de Distribución de los datos de precipitación y caudales es el PEARSON TIPO III, por tener menor rango de errores en comparación con el LOG PEARSON II , GUMBEL Y OTROS tomados como se muestra en el cuadro No 26.

i.- La Cuenca en estudio hasta la estación o punto de control "G" tiene un volumen escurrido de 2,929" 424, 365 m3 promedio anual, con una altura de precipitación en exceso de 23.67 mm.

j.- La cuenca tiene los parámetros calculados de:

– Tiempo de concentración de 26.36 horas.

– Duración de exceso de 10.27 horas.

– Tiempo pico o de máximo caudal, 20.951 horas

– Tiempo Base de 55.94 horas.

– Caudal pico de 2579.83 m3/seg.

K.- La profundidad de Socavación para el tipo de suelo según datos del estudio de mecánica de suelos y el estudio hidrológico es de 1.97 metros.

l.- El Caudal que se presenta, en la Progresiva Km. 5+457 (Incremento del tramo) con un Caudal máxima, donde es necesario tomar en cuenta las medidas necesarias de la ocurrencia de impactos negativos con los parámetros hidrológicos calculadas para el diseño de la estructura de la defensa ribereña es de 2,645.50 M3/seg, para un período de retorno de 100 años, Ver cuadro No 28

m.- Las características Hidráulicas en máximas avenidas para un período de retorno de 100 años en la Progresiva 5+457 del río Huallaga margen derecha, que se tomarán en cuenta: ver cuadro No 29.

– Tirante del río para la máxima avenida = 5.48 metros.

– Velocidad del flujo en máxima avenida = 4.08metros/seg

– Area Hidráulica = 647.22 M2.

– Perímetro Mojado = 129.09 metros.

– Radio Hidráulico = 5.0149 metros.

– Energía Específica = 6.3319 m-Kg./kg.

n.- Las variables de los parámetros geomorfológicos sirvieron para proponer y tabular las descargas máximas en cada uno de las sub. Cuencas de los puntos de controles.

RECOMENDACIONES:

a.- El tirante del caudal máximo, fue tomado con los parámetros elementales que recomienda algunos autores como el coeficiente de rugosidad para la zona de la selva donde existen obstáculos en crecientes temporales, por lo que es necesario considerar y así tener presente que la altura de la defensa ribereña debe ser mayor a los 6.00 metros, ya que el caudal en su máxima avenida tiene un tirante de 5.41 metros.

b.- Que el criterio del calculista en el diseño de los muros de la defensa ribereña deberá considerar el redondeo mayor 6.00 metros con la finalidad de tener un margen de seguridad.

c.- Considerar para el diseño del Muro el caudal máximo calculado mediante el estudio hidrológico de 2593.63 m3/seg hasta el puente Corpac (Tingo María) por ser mayor a los datos de SEMAMHI.y según cálculo para la progresiva KM: 5+457 (400 metros aguas abajo del puente Corpac) nos dá como resultado de 2,645.50 m3/seg para un período de Retorno de 100 años, por lo que:

2593.63 > 2579.83

2645.50> 2593.63

d.- Los 400 metros adicionales, fueron calculados por métodos de relación Área-Caudal

por lo que es necesario tomar en cuenta el incremento de la altitura del muro de la

defensa ribereña a 5.48 metros, el diseño de la profundidad de socavación puede

permanecer cuantitativamente el mismo calculado en el puente Corpac.

e.- Los cuadros que no se mencionan en el presente se encuentran en el anexo de

Metodología de Trabajo y cálculo.

Autor:

Jose Gustavocampero Sanchez.