Estudio hidráulico e hidrológico de la Cuenca Alto Perú y el Porvenir en el asentamiento humano

305 Pages·2017·7.35 MB·Spanish

Estudio hidráulico e hidrológico de la Cuenca Alto Perú y
el Porvenir en el asentamiento humano Las Mercedes Alto
Perú, distrito de la Oroya, provincia de Yauli – Junín para
la construcción futura de obras de arte ante amenazas de
derrumbes provocado por la crecida del río, mediante el
uso de los modelos matemáticos Hec-Hms y Hec-Georas.
Item Type info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
Authors Puelles Maza, Juan Carlos
Publisher Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC)
Rights info:eu-repo/semantics/openAccess
Download date 19/01/2023 00:11:41
Item License http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Link to Item http://hdl.handle.net/10757/620953
UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

ESTUDIO HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO DE LA
CUENCA ALTO PERÚ Y EL PORVENIR EN EL
ASENTAMIENTO HUMANO LAS MERCEDES ALTO
PERÚ, DISTRITO DE LA OROYA, PROVINCIA DE
YAULI – JUNÍN PARA LA CONSTRUCCIÓN FUTURA
DE OBRAS DE ARTE ANTE AMENAZAS DE
DERRUMBES PROVOCADO POR LA CRECIDA DEL
RIO, MEDIANTE EL USO DE LOS MODELOS
MATEMÁTICOS HEC-HMS Y HEC-GEORAS.

Tesis a fin de optar el Título de INGENIERO CIVIL

AUTOR:
JUAN CARLOS PUELLES MAZA

LIMA, DICIEMBRE DE 2015

A mis padres Inocenta y Pedro
AGRADECIMIENTOS

En primer lugar agradecer a DIOS por haberme permitido llegar hasta donde he llegado y
permitirme haber cumplido mis metas y las que faltan por concluir. Por otro lado, a la
UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APICADAS por darme la oportunidad de estudiar
y ser un buen profesional.
También, agradecer a mi profesor de Investigación Richard Paul Pehovaz, por su apoyo
incondicional, por sus consejos, que ayudan a formarte como persona e investigador.

Y por último a todas las personas que han formado parte de mi vida profesional, mis padres,
hermanos, familiares y amigos.
RESUMEN

La presente tesis tiene como objetivo, plantear soluciones para poder mitigar los daños
provocados por la crecida de agua de las quebradas Alto Perú y El Porvenir, las cuales afecta al
Asentamiento Humano Las Mercedes y Norman King ubicadas en el distrito de la Oroya,
Provincia de Yauli – Junín.
Para poder determinar las soluciones en esta zona, se ha desarrollado un estudio hidráulico e
hidrológico de las quebradas en mención.

El estudio hidrológico consiste en estimar las descargas máximas a partir de reporte de
precipitaciones máximas en 24 horas registradas en las estaciones cercanas al lugar , para
periodos de retorno de 100,200 y 500 años a través de un análisis de frecuencia para lo cual
empleamos el programa HIDROESTA , cuyo autor es el Ing. Máximo Villón Béjar .

Además, para determinar los caudales máximos que comprende el estudio hidrológico se
realizó la caracterización de la cuenca y con la ayuda del Software HEC-HMS, del cuerpo de la
armada de los Estados Unidos, se realizó un modelamiento de la cuenca, con la finalidad de tener
resultados más reales.

Por otro lado, el modelamiento hidráulico de la zona se desarrolló con el Software HEC-RAS de
los mismos autores del HEC-HMS, el cual permite obtener los niveles de agua máximos en las
quebradas mencionadas. Dicho Software, necesita como información las secciones transversales
de la quebrada, por ello se realizó un levantamiento topográfico de las mismas.

Para poder plantear soluciones en la zona de estudio se realizó un estudio de socavación con la
finalidad de estudiar la acción erosiva del agua. Para ello se extrajeron calicatas y mediante
métodos teóricos se logró determinar la altura de socavación.

Por último, se procedió a evaluar posibles soluciones como por ejemplo la construcción de
obras de arte ya sea muros de concreto o de gaviones. De esta manera se pretende mitigar los
daños producidos por el incremento de agua que se dan en las quebradas, originando pérdidas
humanas o materiales.
INDICE
1. GENERALIDADES ................................................................................................................................. 10
1.1 INTRODUCCION .................................................................................................................................... 10
1.2 ASPECTOS GENERALES DE LA PROBLEMATICA HIDROLOGICA EN LA ZONA DE ESTUDIO ............................. 10
1.3 OBJETIVOS .......................................................................................................................................... 13
1.3.1 Objetivo general ......................................................................................................................... 13
1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................................................. 13
1.4 UBICACION Y DESCRIPCION DE LA ZONA DE ESTUDIO .............................................................................. 14
1.4.1 Área de estudio .......................................................................................................................... 14
1.4.2 Línea base social ....................................................................................................................... 16
1.4.3 Línea base ambiental ................................................................................................................ 17
1.5 METODOLOGIA DE TRABAJO ................................................................................................................. 19
1.5.1 Actividades previas .................................................................................................................... 19
1.5.2 Actividades de campo................................................................................................................ 20
1.5.3 Actividades de gabinete ............................................................................................................ 20
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................................................................. 22
2.1 LA HIDROLOGIA Y LA IMPORTANCIA DEL AGUA EN EL PERU ...................................................................... 22
2.2 CONCEPTOS BASICOS .......................................................................................................................... 24
2.2.1 Definición de hidrología ............................................................................................................. 24
2.2.2 Importancia de la Hidrología ...................................................................................................... 25
2.2.3 El Ciclo Hidrológico.................................................................................................................... 26
2.2.4 Enfoque de los problemas hidrológicos..................................................................................... 27
2.2.5 Instituciones recopiladoras de datos en el Perú ........................................................................ 28
2.3 CUENCA HIDROGRÁFICA ............................................................................................................... 28
2.3.1 Definición ................................................................................................................................... 28
2.3.2 Caracterización de la cuenca hidrográfica ................................................................................ 30
2.4 PRECIPITACIÓN .............................................................................................................................. 34
2.4.1 Introducción ............................................................................................................................... 34
2.4.2 Formación de las Precipitaciones .............................................................................................. 35
2.4.3 Medición de la precipitación ...................................................................................................... 37
2.4.4 Cálculo de la precipitación media sobre la cuenca ................................................................... 39
2.4.5 Estudio de Tormentas ............................................................................................................... 42
2.5 CAUDALES MÁXIMOS ..................................................................................................................... 49
2.5.1 Método Directo .......................................................................................................................... 50
2.5.2 Método Empíricos ...................................................................................................................... 51
2.5.3 Método de Mac Math ................................................................................................................. 56
2.5.4 Método del Número de Curva ................................................................................................... 58
2.6 MÉTODOS ESTADÍSTICOS ............................................................................................................. 64
2.6.1 Distribución de frecuencia Gumbel............................................................................................ 65
2.6.2 Distribución de frecuencia tipo Log Normal ............................................................................... 66
2.6.3 Distribución de frecuencia Log Pearson Tipo III ........................................................................ 66
2.6.4 Distribución de frecuencia Gamma ........................................................................................... 67
2.6.5 Pruebas de bondad de ajuste .................................................................................................... 71
2.7 FLUJO DE FLUIDOS EN CANALES ABIERTOS .............................................................................. 72
2.7.1 Definición ................................................................................................................................... 72
2.7.2 El número de Reynolds ............................................................................................................. 72
2.7.3 Tipos de flujo en canales abiertos ............................................................................................. 73
2.8 MODELOS MATEMÁTICOS ............................................................................................................. 75
2.8.1 Generalidades ........................................................................................................................... 75
2.8.2 Modelo HEC GEORAS .............................................................................................................. 77
2.8.3 Modelo HEC -HMS .................................................................................................................... 79
2.8.4 Aplicación del ArcGIS en la modelación hidrológica ................................................................. 80
2.8.5 Aplicación del HIDROESTA en el modelamiento hidrológico ................................................... 80
2.9 SOCAVACIÓN .................................................................................................................................. 82
2.9.1 Tipos de Socavación ................................................................................................................. 82
2.9.2 Estimación de la socavación ..................................................................................................... 83
2.10 DEFENSAS RIBEREÑAS ............................................................................................................... 89
2.10.1 Enrocado de protección ........................................................................................................... 89
2.10.2 Gaviones .................................................................................................................................. 92
2.10.3 Muros de encauzamiento ........................................................................................................ 94
3. DESARROLLO DE ESTUDIO HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO .......................................................... 96
3.1 CARACTERIZACION DE LA CUENCA ALTO PERU Y EL PORVENIR .............................................................. 96
3.2 INFORMACION METEOROLOGICA ......................................................................................................... 100
3.2.1 Precipitación máxima en 24 Horas .......................................................................................... 101
3.2.2 Precipitación Total Anual ......................................................................................................... 103
3.3 CALCULO DE LAS ALTURAS DE PRECIPITACIONES PARA PERIODOS DE RETORNO DE 100,200 Y 500 AÑOS
APLICANDO EL HIDROESTA ................................................................................................................... 110
3.4 CALCULO DE CAUDALES MAXIMOS MEDIANTE METODO RACIONAL ....................................................... 116
3.5 CAUDALES MAXIMOS DE DISEÑO CON EL MODELAMIENTO HEC-HMS .................................................. 122
3.5.1 Procedimiento y cálculo de los caudales máximos de diseño para tiempos de retorno 100,200
y 500 años ........................................................................................................................................ 122
3.6 MODELAMIENTO HIDRAULICO UTILIZANDO LA EXTENSION HEC–GEORAS CON ARCGIS 10.X .................. 135
3.6.1 Procedimiento para desarrollar el modelo en ArcGis empleando la extensión Hec-GeoRas 135
3.6.2 Parámetros hidráulicos de diseño e importar fichero de ArcGis a HEC-RAS ......................... 161
3.7 CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL DE LA CUENCA ALTO PERÚ Y EL PORVENIR .............................. 167
4. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Y POSIBLES SOLUCIONES ............................................... 173
4.1 RESULTADOS DEL HEC – RAS............................................................................................................ 173
4.1.1 Perfiles y secciones hidráulicas para tiempos de retornos 100 , 200 y 500 años .................. 175
4.1.2 Vista en 3D , para tiempos de retornos 100 , 200 y 500 años ................................................ 192
4.1.3 Nivel de aguas máximas ......................................................................................................... 194
4.2 PROPUESTA DE DISEÑO A NIVEL CONCEPTUAL DE POSIBLES SOLUCIONES ............................................. 198
4.2.1 Diseño de Gaviónes ................................................................................................................ 198
4.2.2 Diseño del Muro de Encauzamiento de concreto .................................................................... 203
5. ANALISIS ECONOMICO ...................................................................................................................... 206
5.1 ANALISIS DE COSTOS Y PRESUPUESTOS DE SOLUCION N°1 (GAVIONES) ................................................ 206
5.2 ANALISIS DE COSTOS Y PRESUPUESTOS DE SOLUCION N°2 (MURO DE ENCAUZAMIENTO) ....................... 208
5.3 COMPARACION ECONOMICA ............................................................................................................... 211
6. CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 216
7. RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 219
BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................................... 220
ANEXOS ................................................................................................................................................... 222