ING. CIVIL. Juan Alberto Olano Guzmán CIP: 71881 Especialista en Recursos Hídricos
ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO PROYECTO:
ESTABILIZACION DE TALUDES PARA PROTECCION DE LA HABILITACION URBANA HUABAL ALTO-SAN FELIPE-JAEN
Setiembre -2010
ESTUDIO HIDROLOGICO ESTABILIZACION ESTABILIZACION DE TALUDES PARA LA PROTECCION DE LA HABILITACION URBANA HUABAL ALTO-SAN FELIPE JAEN
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INDICE PAG 1.0
INTRODUCCION
2.0
CARACTERÍSTICAS GENERALES
3.0
HIDROLOGIA E HIDRÁULICA 3.1 METODOLOGÍA EMPLEADA 3.2 ANÁLISIS HIDROLÓGICO 3.3 ANÁLISIS DE EROSIONABILIDAD 3.4 OBRAS DE DRENAJE DRENAJE Y CONTROL DE EROCION, SEDIMENTACION 3.5 DISEÑO HIDRAULICO DE OBRAS DE DRENAJE, CONTROL DE EROCION Y SEDIMENTACION.
4.0
ANEXOS 4.1 CALCULOS HIDRAULICOS 4.2 PLANOS 4.3 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL 4.4 PROPUESTA TECNICA REFORESTACIÓN CON FINES DE PROTECCIÓN EN EL CERRO CORTÉS DEL CASERÍO
HUABAL ALTO, DISTRITO SAN FELIPE, PROVINCIA JAÉN, REGIÓN
CAJAMARCA – PERÚ
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INDICE PAG 1.0
INTRODUCCION
2.0
CARACTERÍSTICAS GENERALES
3.0
HIDROLOGIA E HIDRÁULICA 3.1 METODOLOGÍA EMPLEADA 3.2 ANÁLISIS HIDROLÓGICO 3.3 ANÁLISIS DE EROSIONABILIDAD 3.4 OBRAS DE DRENAJE DRENAJE Y CONTROL DE EROCION, SEDIMENTACION 3.5 DISEÑO HIDRAULICO DE OBRAS DE DRENAJE, CONTROL DE EROCION Y SEDIMENTACION.
4.0
ANEXOS 4.1 CALCULOS HIDRAULICOS 4.2 PLANOS 4.3 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL 4.4 PROPUESTA TECNICA REFORESTACIÓN CON FINES DE PROTECCIÓN EN EL CERRO CORTÉS DEL CASERÍO
HUABAL ALTO, DISTRITO SAN FELIPE, PROVINCIA JAÉN, REGIÓN
CAJAMARCA – PERÚ
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1. INTRODUCCION
El Proyecto Especial Olmos Tinajones –PEOT ha contratado los servicios para realizar el Estudio Hidrológico para la estabilización de taludes para la protección de la Habilitación Urbana Alto-San Felipe-Jaén. El Estudio Hidrológico consiste en determinar los caudales máximos en avenidas extraordinarias y conjuntamente con el estudio de suelos determinar las zonas vulnerables a de erosión y sedimentación y luego desarrollar un estudio hidráulico del sistema de drenaje en las laderas del cerro Cortés proponiendo una serie de obras longitudinales y transversales que lograran estabilizar las laderas del cerro cortes. Con el mantenimiento rutinario y periódico de estas obras que se propongan la habilitación Urbana Huabal Alto ya no serán vulnerables a ante precipitaciones intensas propias de la zona que originan deslizamientos.
2. CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS GENERALES
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Las laderas del cerro cortes se caracteriza por un material de alta susceptibilidad a la erosión (SC, GC, GP, GW-GM y SM-SC), sumado a las fuertes pendientes de la ladera mayores al 50%, escasa y casi nada de vegetación y por acción de las aguas de la escorrentía produce fuertes erosiones que esta originando cárcavas en las laderas y sedimentos y lodos en la parte baja. La extensión aproximada de la las zonas inestables es de 26 Has distribuidas en 8 cárcavas principales denominadas Cárcava 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Cabe resaltar que los procesos de deslizamientos en el cerro cortes tuvieron su origen durante la apertura de la carretera Huabal- Ñuruñupe que no contaron con botaderos y el material de corte fue arrojado a las laderas y zanoras sumado a la falta de obras de drenaje de la carretera ante las fuerte precipitaciones de los meses de febrero, marzo y abril del año 2010 (precipitación máx. 24 horas feb. 46mm., marzo 91.3 mm., abril 32.1 mm.) se produjeron los deslizamientos en forma de huayco ladera abajo por las cárcavas hasta el poblado ocasionando la destrucción de algunas edificaciones y el aniego con lodo y barro de casi todo el poblado.
3.
HIDROLOGIA E HIDRAULICA
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En este acápite se describe la metodología, criterios empleados y los resultados de los estudios e investigaciones hidrológicas realizadas para determinar las crecientes de diseño, estudio de erosionabilidad y el dimensionamiento de las obras hidráulicas en los tramos críticos de la ladera del cerro cortes.
3.1.
METODOLOGÍA EMPLEADA
Con el fin de reunir los criterios adecuados para conocer el potencial erosionable, las características hidráulicas, hidrológicas y de drenaje de las cárcavas consideradas, se realizó el estudio en las siguientes etapas:
Recopilación de información.- Comprendió la recolección, evaluación y análisis de la documentación existente como estudios anteriores, cartografía, fotografías aéreas y pluviometría en el área de estudio.
Trabajo de campo.- Consistió en un recorrido del punto crítico para su evaluación y observación de las características como, relieve, pendiente, estabilidad, tipo de suelo y vegetación, cursos de agua superficiales y sub superficiales, así como características hidráulicas de las cárcavas.
Fase de gabinete.- Consistió en el procesamiento, análisis, determinación de los parámetros de diseño para evaluar la erosionabilidad del suelo
3.1.1.
Recopilación de Información
La información que se utilizó se refiere a los siguientes aspectos:
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a)
Pluviometría La escorrentía existente y producida en el área de estudio, proviene exclusivamente de las precipitaciones pluviales caídas en la zona. Para realizar el presente estudio se dispone de los registros de precipitaciones máximas en 24 horas de duración en la estación pluviométrica El Limón, que puede ser considerada como representativa de la precipitación en la zona. Los registros de precipitación disponibles fueron suministrados por el Servicio Nacional de Hidrología y Meteorología (SENAMHI). Las características de esta estación son las siguientes:
Estación
Ubicación
Pluviométrica
Latitud
Longitud
El Limón
05o 55’ 05”
79o 19’ 3”
Provincia
Altitud msnm
Jaén
1132.6
CUADRO N° 01
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b)
Hidrometría Las cárcavas que cortan las laderas del cerro cortes no cuentan con estaciones de medición de caudales.
c)
Topografía Se ha realizado levantamiento topográfico del cerro cortes con curvas a nivel cada metro.
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3.2.
ANÁLISIS HIDROLÓGICO
De acuerdo con la información pluviométrica estudiada se puede observar que la zona del proyecto se caracteriza por la presencia del período lluvioso en los meses de enero, febrero, marzo y abril. Este comportamiento no exceptúa la ocurrencia de grandes lluvias, aunque con menos frecuencia, en el resto del año. Los resultados del análisis de intensidad-duración-frecuencia, confirman que la zona corresponde a lluvias de alta intensidad y alta escorrentía superficial.
3.2.1.
Precipitación Máxima en 24 Horas
Se cuenta con datos de precipitaciones máximas en 24 horas en la estación El Limón para el período 1998-2010. Los valores se muestran en el Cuadro N°01, en donde se observa que el valor máximo registrado es de 91.3 mm. Los valores observados de precipitación máxima en 24 horas, fueron ajustados a la distribuciones teóricas normal, Log normal de II y III parámetros y Gumbel, comúnmente usadas en estudios hidrológicos, como se muestra en los Anexo1. La distribución teórica de frecuencia que mejor se ajustó a los datos fue la distribución Gumbel de acuerdo a la bondad de ajuste. Para los períodos de retorno de 5, 10 y 25 años, los valores son los siguientes:
CUADRO N° 02 Precipitación máxima en 24 horas (mm)
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Periodo de retorno
Estación
(años)
Limón
10
80.5003
25
99.3017
50
113.2496
75
121.3567
100
127.0945
3.2.2. Intensidades de Lluvia Se recurrió al principio conceptual, referente a que los valores extremos de lluvias de alta intensidad y corta duración aparecen, en la mayor de los casos, marginalmente dependientes de la localización geográfica, con base en el hecho de que estos eventos de lluvia están asociados con celdas atmosféricas las cuales tienen propiedades físicas similares en la mayor parte del mundo. La estación de lluvia ubicada en la zona, no cuenta con registros pluviográficos que permitan obtener las intensidades máximas. Sin embargo estas pueden ser calculadas a partir de las lluvias máximas en base al modelo de Grunsky. Luego se confecciona las curvas IDF para diferentes tiempos de duración y tiempos de retorno.
DETERMINACIÓN DE LAS CURVAS IDF
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Se calculo las intensidades de lluvia para diferentes duraciones de aguacero y para cada año de la serie histórica. Se utilizó las duraciones de la lluvia de 5, 10,15, 20, 25 y 30 minutos. Se utilizó la formula propuesta por Grunsky.
CUADRO Nº 3 Año 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Pmáx. 24 hr. (mm) 55.1 58.5 52.6 31.8 55.4 24.1 18.4 43 41.7 33.2 63.8 28.2 91.3
I24 (mm/hr) 2.30 2.44 2.19 1.33 2.31 1.00 0.77 1.79 1.74 1.38 2.66 1.18 3.80
5
10
38.96 41.37 37.19 22.49 39.17 17.04 13.01 30.41 29.49 23.48 45.11 19.94 64.56
27.55 29.25 26.30 15.90 27.70 12.05 9.20 21.50 20.85 16.60 31.90 14.10 45.65
Intensidad Historica (mm/hr) Duración de Lluvia, en minutos 15 20 22.49 23.88 21.47 12.98 22.62 9.84 7.51 17.55 17.02 13.55 26.05 11.51 37.27
19.48 20.68 18.60 11.24 19.59 8.52 6.51 15.20 14.74 11.74 22.56 9.97 32.28
25
30
17.42 18.50 16.63 10.06 17.52 7.62 5.82 13.60 13.19 10.50 20.18 8.92 28.87
15.91 16.89 15.18 9.18 15.99 6.96 5.31 12.41 12.04 9.58 18.42 8.14 26.36
ANALISIS DE FRECUENCIA
Con el fin de ajustar a una serie anual de intensidad de lluvia calculada en el cuadro No 03, a una función de distribución probabilística teórica, y usando los Tiempos de Retorno, se efectuará el análisis de frecuencias empleando para ello la distribución estadísticas de Gumbel para diferentes tiempos de retorno.
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La función probabilística que mejor se adapta a los datos históricos en las condiciones que están actualmente en rangos muy grandes entre máximas y mínimas, es la de GUMBEL, cuya formulación matemática es:
F ( x
X ) 1 e
e
y
1
y
x u
Tr
a
CUADRO Nº 4
Año 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Pmáx. 24 hr. (mm) 55.1 58.5 52.6 31.8 55.4 24.1 18.4 43 41.7 33.2 63.8 28.2 91.3
I24 (mm/hr) 2.30 2.44 2.19 1.33 2.31 1.00 0.77 1.79 1.74 1.38 2.66 1.18 3.80 Promedio Desv. Stand. n° datos yn Sn a u
5
10
38.96 41.37 37.19 22.49 39.17 17.04 13.01 30.41 29.49 23.48 45.11 19.94 64.56 30.52 13.98
27.55 29.25 26.30 15.90 27.70 12.05 9.20 21.50 20.85 16.60 31.90 14.10 45.65 22.04 9.89
13 0.507 0.9971 14.021 23.406
Intensidad Historica (mm/hr) Duración de Lluvia, en minutos 15 20
13 0.507 0.9971 9.915 17.013
22.49 23.88 21.47 12.98 22.62 9.84 7.51 17.55 17.02 13.55 26.05 11.51 37.27 18.48 8.07 13 0.507 0.9971 8.095 14.379
19.48 20.68 18.60 11.24 19.59 8.52 6.51 15.20 14.74 11.74 22.56 9.97 32.28 16.51 6.99 13 0.507 0.9971 7.011 12.953
25
30
17.42 18.50 16.63 10.06 17.52 7.62 5.82 13.60 13.19 10.50 20.18 8.92 28.87 15.27 6.25
15.91 16.89 15.18 9.18 15.99 6.96 5.31 12.41 12.04 9.58 18.42 8.14 26.36 14.45 5.71
13 0.507 0.9971 6.271 12.094
Graficando Intensidad VS Tr encontramos las curvas IDF que servirán para el cálculo de nuestros caudales máximos de diseño.
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13 0.507 0.9971 5.724 11.553
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CUADRO Nº 5 Tr años 10 25 50 75 100
5 54.959601 68.2541763 78.1168517 83.8494147 87.9067026
Duración de la lluvia en minutos 10 15 20 39.3240542 48.7247385 55.6987031 59.7522373 62.6211731
32.5961725 40.2717991 45.9660174 49.2757142 51.6181905
28.7298005 35.3770882 40.3084258 43.1747073 45.2033513
25
30
26.2046759 32.1501907 36.5609133 39.1245934 40.9390677
24.4342173 29.861705 33.8881253 36.2284344 37.8848153
Curvas IDF I (mm/h)
T min
las curvas IDF que servirán para el cálculo de nuestros caudales máximos de diseño, tanto para cunetas alcantarillas y Puentones, considerando los Tiempos de Retorno indicados en el manual de diseño emitido por el MTC.
Los criterios para el Tiempo de retorno que se indican en el manual del MTC, entre otros son:
a) Para el dimensionamiento hidráulico, en lo que respecta a la luz y altura de puentes, se utiliza 100 años como tiempo de retorno.
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b) Para el cálculo Hidráulico de obras menores como alcantarillas y badenes, queda variando entre 50 y 25 años como tiempo de retorno, en el caso presente se tomará 50 años. c) Para el calculo Hidráulico de Alcantarillas de alivio 10-20 años de tiempos de retorno d) Para cálculos de Drenaje de Plataforma 10 años de tiempo de retorno (cunetas).
3.2.3. Caudales Máximos Como no se cuenta con datos de caudales, las descargas máximas para el diseño de las obras de drenaje serán estimadas en base a las precipitaciones y a las características de las cuencas colectoras, tomando en cuenta el Método Racional Este método que empezó a utilizarse alrededor de la mitad del siglo XIX, es probablemente el método más ampliamente utilizado hoy en día para la estimación de caudales máximos en cuencas de poca extensión; en el presente caso se ha aplicado para superficies menores a 3 km2.( 1) A pesar de que han surgido críticas válidas acerca de lo adecuado de este método, se sigue utilizando debido a su simplicidad.
La descarga máxima instantánea es
determinada sobre la base de la intensidad máxima de precipitación y según la relación: Q
CIA 3.6
Donde: Q C I A
= = = =
Descarga pico en m3/seg. Coeficiente de escorrentía Intensidad de precipitación en mm/hora. Área de cuenca en Km2.
1
Linsley,1986
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Las premisas en que se basa este Método son las siguientes: La magnitud de una descarga originada por cualquier intensidad de
precipitación alcanza su máximo cuando está tiene un tiempo de duración igual o mayor que el tiempo de concentración. La frecuencia de ocurrencia de la descarga máxima es igual a la de la
precipitación para el tiempo de concentración dado. La relación entre la descarga máxima y tamaño de la cuenca es la misma que
entre la duración e intensidad de la precipitación. El coeficiente de escorrentía es el mismo para todas las tormentas que se
produzcan en una cuenca dada.
Para efectos de la aplicabilidad de ésta formula el coeficiente de escorrentía "C" y la intensidad de la precipitación varía de acuerdo a las características geomorfológicas de la zona: topografía, naturaleza del suelo y vegetación de la cuenca. Los coeficientes de escorrentía para su uso en el Método Racional. Aplicando el Método Racional, se tienen las descargas máximas para las diferentes estructuras de drenaje que se han considerado en las diferentes alternativas, éstas son cunetas longitudinales, zanjas de coronación, badenes, y diques en cárcavas.
3.3.
ANÁLISIS DE EROSIONABILIDAD
La formación de cárcavas es un proceso complejo, unas veces ocurre por la acción del corte vertical y lateral del flujo, ampliando y profundizando el cauce; otras son el resultado de la concentración de la escorrentía de varios cauces formando uno de mayores dimensiones, el que se convierte en cárcava al progresar el proceso hacia aguas abajo y como erosión regresiva hacia aguas arriba del punto de origen. El desarrollo de una cárcava se debe a procesos que ocurren simultáneamente durante un evento de tormenta o en períodos
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sucesivos. Dichos procesos incluyen:
Erosión regresiva en la cabecera de la cárcava por la caída de agua.
Erosión por el flujo de agua a lo largo de la cárcava o por salpicadura debido a la acción de las gotas de lluvia que caen en las áreas expuestas de la misma.
Deslizamientos o movimientos masivos de suelo hacia la cárcava.
El riesgo de erosión se define como el efecto combinado de los factores que lo originan (lluvia, escurrimiento, suelo y topografía). La combinación de estos factores se incluyen en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo: USLE (Wischmeier y Smith 1978). Este es un modelo empírico que toma en cuenta: un factor R (potencial erosivo de la lluvia), un factor K (erosionabilidad del suelo), un factor L (longitud de pendiente), un factor S (grado de pendiente), un factor C (cobertura vegetal) y un factor P (prácticas de conservación de suelos). Los cuatro primeros factores de la USLE determinan el riesgo de erosión en un área determinada, la ecuación que estima la pérdida de suelo es la siguiente: PS R * K * LS * C * P
3.3.1.
Índice R de Erosividad de la Lluvia
Como se puede notar, el procedimiento para estimar R requiere de información detallada sobre registros pluviográficos continuos de lluvias diarias sobre períodos de varios años. En la práctica, especialmente en países en desarrollo, dichos registros son escasos, cortos o inexistentes, debido a la falta de presupuestos para la operación de las redes de observación. Cuando no se dispone de registros pluviográficos lo suficientemente detallados como para evaluar el valor medio de R, se suele utilizar la precipitación total anual.
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En Venezuela se utilizan los siguientes rangos de valores como órdenes de magnitud para apreciar el poder erosivo de las lluvias (R en t/ha-año) para áreas con las características de precipitación y escorrentía indicadas.
Lluvias de gran intensidad y duración, y abundante escorrentía superficial, R = 750-800.
Lluvias de gran intensidad y duración, y mediano o poco escurrimiento superficial,
R = 500 - 650.
Lluvias de mediana intensidad y, abundante escurrimiento superficial, R = 450-550.
Lluvias de mediana intensidad y, poco escurrimiento superficial, R = 200350.
3.3.2. Factor K de Erosionabilidad del Suelo El factor de erosionabilidad del suelo K es una medida de la vulnerabilidad del suelo; es una característica propia que depende de la granulometría, porosidad, contenido de materia orgánica y condiciones hidrológicas. Cuantifica la erosionabilidad
de
cada
suelo
mediante
una
expresión
deducida
experimentalmente; representa la tasa de erosión del suelo por cada unidad de índice de erosión R para condiciones de relieve y vegetación estándares y valores de L, S, C y P iguales a la unidad. Wischmeier y Smith (1978) estiman el valor de K en función de la textura, contenido de materia orgánica, estructura y permeabilidad del suelo. Los suelos más erosionables corresponden a las texturas intermedias (fracción de limos más abundantes); suelos con más de 30 % de arcilla son poco erosionables. La disminución de la fracción de limos aumenta la resistencia a la erosión, ya sea por el incremento de la cohesión debido al aumento del porcentaje de elementos más finos (arcillas) o por una mejora de la infiltración y la consiguiente disminución de la escorrentía debido al incremento del porcentaje
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de elementos más gruesos (arenas). El contenido de materia orgánica proporciona estabilidad a los agregados y mejora su estructura y resistencia a la erosión; constituye el segundo factor más importante después de la textura en relación con la erosionabilidad del suelo. La estructura y permeabilidad también influyen sobre el factor K, conjuntamente con otras características químicas, como el contenido de óxidos de Al y Fe en algunos suelos arcillosos. Wischmeier y Smith (1978) presentan el nomograma dado en la Figura N°2, para calcular el valor de K, adaptado al sistema internacional de medidas por Foster et al., (1981). Sobre la base de las características de textura y contenido de materia orgánica se obtiene un valor de K en primera aproximación utilizando la parte izquierda de la Figura Nº 2. En muchos casos esta primera aproximación se considera suficiente para estimar la pérdida del suelo por erosión. Si se dispone de información sobre textura y permeabilidad, el valor preliminar de K puede corregirse mediante la porción derecha de la Figura N°2.
Fig.N°2: Nomograma para calcular el factor K de erosionabilidad del suelo
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3.3.3. Factor Topográfico LS Tanto la longitud de la ladera L como su pendiente S, influyen considerablemente en las tasas de erosión de un suelo, convirtiendo al relieve en uno de los principales factores que determinan la emisión de sedimentos de las cuencas vertientes. Wischmeier y Smith (1978) definen la longitud de pendiente como la longitud que recorre la escorrentía desde que se forma, en la divisoria, hasta que encuentra un cauce o una zona de sedimentación. La influencia de esta longitud de ladera sobre la erosión se estima, en el modelo USLE, mediante la siguiente expresión:
l L l S
m
donde L es el factor de longitud de la pendiente, adimensional, definido como el cociente entre la tasa de erosión anual de una parcela con una longitud de pendiente dada l (en m) y la tasa de erosión de esa parcela con las mismas condiciones de clima (R), suelo (K), pendiente (S) y vegetación (C, P) y de longitud de ladera estándar de l S = 22.1 m, donde L es igual a la unidad; m es un exponente que depende de la pendiente de la ladera que oscila entre 0.2 para pendientes suaves y homogéneas inferiores a l %, y 0.5 para pendientes superiores al 5%. Para pendientes mayores que 4%, asumiendo un valor de m 0.5, el factor LS =
se puede estimar como sigue:
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LS
L1 / 2 0.0138 0.00974 S 0.00138 S 2
Donde L es la longitud en m. desde el punto donde se origina la escorrentía hasta el punto donde se inicia la deposición debido a la disminución de la pendiente o la escorrentía entra a un cauce definido; S es la pendiente media de la ladera en porcentaje sobre la cual ocurre la escorrentía.
4.4.2 Factor de Cobertura Vegetal C La cobertura vegetal es el elemento natural de protección del suelo contra la fuerza erosiva de la lluvia, controlando no sólo la energía de las gotas, sino la velocidad de la escorrentía superficial. El factor C de USLE da cuenta por esta influencia, incluyendo el tipo de vegetación existente y el manejo y disposición de los residuos vegetales. Anexo, se presentan los valores del factor C para diferentes tipos de uso de las tierras.
4.4.3 Factor de Prácticas de Conservación P Este último factor recoge la influencia que tienen las prácticas de conservación de suelos sobre las tasas de erosión de una parcela, realizando los trabajos culturales o cultivando en curvas de nivel, en franjas o terrazas para cortar las líneas de escorrentía. Anexo, se dan los valores de P suministrados por Wischmeier y Smith (1978) para diferentes prácticas de conservación. La disposición en terrazas crea escalones donde se diferencian los taludes de la terraza con pendiente similar a la de la ladera pero con una longitud de declive mucho menor y las áreas horizontales o terraza propiamente dicha donde supuestamente la erosión es nula. Con un diseño correcto de la terraza se consigue una sedimentación mayor que el 80% de los materiales erosionados en los taludes que quedan por encima de cada zona horizontal, de tal forma que sólo se pierde un 20% de la erosión total
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producida (P = 0.2). No obstante, cuando en las terrazas se acumula mas cantidad de agua de la que puede infiltrar y no se ha previsto convenientemente su desagüe, existe el riesgo de que la terraza falle y deje salir el agua por la línea de máxima pendiente, dando origen a surcos o cárcavas que aumentan la pérdida de suelo de forma considerable, en términos incluso superiores a los de las laderas antes de la construcción de las terrazas. Luego del análisis de las características hidrológicas, topográficas, tipos de suelo, coberturas de
suelo y prácticas de conservación, de las cárcavas
formadas en los sectores involucrados, se presenta en los Anexos , los valores de erosividad y producción de erosión, en la situación actual y considerando: 1º que se va a recuperar la cobertura vegetal y 2º que se van a considerar prácticas de conservación.
3.4.
OBRAS DE DRENAJE Y CONTROL DE EROCION Y SEDIMENTACION
A partir de su nacimiento, los drenajes alcanzan rápidamente un nivel base, prosiguiendo su recorrido con muy alta pendiente. El fondo de las cárcavas, cargado de arena, arcilla y grava, entre los que se mueven hilos de agua en forma sinuosa. En el verano estas aguas son rápidamente absorbidas por el lecho permeable, y en invierno (enero a abril) se tornan torrenciales, con poder de socavación. Los problemas de inestabilidad objeto de este estudio se presentan en la zona del cerro cortes hasta el pie de ladera que llevara las aguas hasta la quebrada Chuzal. La naturaleza de los materiales que componen los conglomerados no ha permitido el desarrollo de un cementante entre las partículas, por tal razón se presenta una muy baja consolidación en los materiales que describen esta formación. Esta característica se traduce en una muy alta susceptibilidad a los procesos morfodinámicos, y principalmente a los de tipo erosivo.
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Cabe resaltar que en base a la inspección de campo, evaluación geológica y geotécnica y resultados de estudio de hidrología se considera la construcción de cunetas, badenes y empedrados en la trocha carrozable aperturada y además zanjas de coronación, recolección en las laderas y diques de gaviones para controlar la erosión en las cárcavas. En el pie de ladera se construirá muro de contención que retenga sedimentos en avenidas extraordinarias y además un canal que derive las aguas del cerro cortes hacia la quebrada Chuzal. 3.5.
DISEÑO HIDRAULICO DE LAS OBRAS DE DRENAJE Y CONTROL DE EROCION Y SEDIMENTACION. Para el diseño hidráulico de las obras de drenaje y control de erosión se realizara en base a los caudales máximos que producirán las máximas escorrentías en una determinada área de drenaje, un determinado tiempo de concentración y tiempo de retorno. En base al caudal máximo extraordinario se calcularan las dimensiones hidráulicas teniendo como base la formula de manning.
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3.5.1. Diques transversales de gaviones Se está proponiendo diques transversales porque son los más económicos y funcionan mejor en la a gradación del tramo erosionable. En la consolidación de la ladera, el dique se emplazara en forma de cuña de aterramiento, en la sección transversal media del deslizamiento. Los diques por su pequeña altura serán rellenados rápidamente hasta alcanzar la pendiente de compensación, esta nueva pendiente será menor a la pendiente original, en efecto esta disminución de pendiente longitudinal es reflejada en el incremento de base de la sección transversal donde el flujo circula a menor tirante de agua, disminuyendo la velocidad del flujo por lo tanto la tensión tractiva de descarga. Esta nueva pendiente permitirá la consolidación del lecho original y especialmente los taludes inestables, permitiendo la recuperación vegetal en las zonas inestables. Para encontrar el área transversal del dique se ha realizado mediante el programa de modelación HEC-RAS 4.0 se ha procesado el programa con un caudal máximo de Tr= 25 años y teniendo como insumo el levantamiento topográfico secciones y perfil longitudinal (adjunto cálculos en anexos). También se ha calculado la sección del vertedero mediante el siguiente procedimiento:
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Sea ubicado los diques transversales en las partes mas angostas de las cárcavas de las cárcavas y en tramos rectos.
3.5.2. Zanjas de Coronación Se ha considerado zanjas de de coronación de sección trapezoidal de mampostería de piedra para contrarrestar el efecto erosivo del agua de escorrentía en las laderas. Con las áreas de drenaje (ver plano de áreas de drenaje), su tiempo de concentración, coeficiente de escorrentía C se ha calculado su caudales máximos mediante la formula racional Q=CIA y con la formula de manning 2/3
1/2
Q=AR S /n
se a dimensionado sus secciones hidráulicas (se anexan los
cálculos)
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3.5.3. Cunetas Las cunetas serán de sección triangular de mampostería de piedra y se proyectaran para todo el tramo al pie de talud de corte de la trocha aperturada. Sus dimensiones mínimas serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviales, siendo las dimensiones mínimas las siguientes:
Con las áreas de drenaje (ver plano de áreas de drenaje), su tiempo de concentración, coeficiente de escorrentía C se ha calculado su caudales máximos mediante la formula racional Q=CIA y con la formula de manning 2/3
1/2
Q=AR S /n
se a dimensionado sus secciones hidráulicas (se anexan los
cálculos)
Ubicación Progresiva Km. 0+00 al 0+960
Medida 0.30X0.75 m.
A lo largo de la trocha carrozable
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3.5.4. Zanjas de Recolección Se ha considerado zanjas de de recolección de sección trapezoidal y de mampostería de piedra para contrarrestar el efecto erosivo del agua de escorrentía en las laderas y se ha colocado en las partes céntricas de las laderas (ver plano de obras de drenaje). Con las áreas de drenaje (ver plano de áreas de drenaje), su tiempo de concentración, coeficiente de escorrentía C se ha calculado su caudales máximos mediante la formula racional Q=CIA y con la formula de manning 2/3
1/2
Q=AR S /n
se a dimensionado sus secciones hidráulicas (se anexan los
cálculos)
3.5.5. Canal de Recolección Se ha considerado Canal de de recolección de sección trapezoidal y de mampostería de piedra para recolectar toda el agua proveniente del cerro cortes del tramo en estudio y llevarlo mediante una alcantarilla hacia la quebrada sauzal. Con las áreas de drenaje (ver plano de áreas de drenaje), su tiempo de concentración, coeficiente de escorrentía C se ha calculado su caudales máximos mediante la formula racional Q=CIA y con la formula de manning 2/3
1/2
Q=AR S /n
se a dimensionado sus secciones hidráulicas (se anexan los
cálculos) Ubicación Progresiva Km. 0+00 al 0+350
Medida B=2m b=0.5m h=0.5m
A lo largo del muro de contención. 3.5.6. Alcantarilla Se ha considerado una alcantarilla circular metálica de Ø36” que derivaran las aguas del canal de recolección hacia la quebrada sauzal. Su diseño hidráulico se ha realizado con el caudal máximo recolectado y mediante la formula Q= 0.412g0.5*D5/2 y una pendiente optima.
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Ubicación
Medida
Progresiva Km. 0+350
Ø=36”
A lo largo del muro de contención.
3.5.7. Badenes Se ha propuesto badenes en la trocha apertura da porque es una solución satisfactoria para derivar los cursos de agua de las cárcavas y además las aguas recolectadas de las cunetas. También se ha propuesto badenes por qué no se colapsan ante las descargas de materiales sólidos esporádicas. Su diseño hidráulico se ha realizado igual que las cunetas con una sección triangular (se anexan los cálculos). Badén
Ubicación
Medida
1
pie cárcava 4
10 X 5 m.
2
Progresiva 0+550
9 X 5 m.
3
Progresiva 0+550
7 X 5 m.
Se anexan los cálculos.
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3.6.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Después de realizar el diseño hidrológico e hidráulico se recomienda realizar la contratación de un profesional para que realice el diseño estructural de las obras de drenaje, control de erosión y sedimentación complementado con un manual de mantenimiento de las obras de drenaje. Además dicho profesional deberá realizar la elaboración del expediente definitivo en base al estudio geológico-geotécnico e hidrológico – hidráulico.
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ANEXOS
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CALCULOS HIDRAULICOS
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PLANOS
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ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
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PROPUESTA TECNICA REFORESTACIÓN CON FINES DE PROTECCIÓN EN EL CERRO CORTÉS DEL CASERÍO HUABAL ALTO, DISTRITO SAN FELIPE, PROVINCIA JAÉN, REGIÓN CAJAMARCA – PERÚ
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