Estudio Hidrologico Pte Cono Sur

Instalacin del Puente Vehicular Independencia en el Cono Sur Distrital de Sicuani - Provincial de Canchis

Estudio Hidrolgico e Hidrulico

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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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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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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


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


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)





20

5.4. Perspectiva X-Y-Z.




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5.5. Salidas Tabulares .

Pte Cono Sur



22

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.

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