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Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Taller de Hidráulica

Entrega N° 2 Proyecto de Riego Zona #3 desde Río Maipo

Profesor: Juan Pablo Schuster

Grupo N°7: Casley Castillo L. Romina Cubillos A. Verónica Saravia H. Ricardo Yáñez R.

Fecha: 19 de junio de 2007

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TALLER DE HIDRAULICA ENTREGA # 2

Indice

Indice....................................................................................................................... 2 1. Introducción......................................................................................................... 3 2. Trazado ............................................................................................................... 4 2.1 Alternativa 1: canal - tunel - canal.................................................................. 4 2.2 Alternativa 2: canal – tunel – canal – tunel - canal......................................... 5 2.3 Comparación entre las dos alternativas de trazado....................................... 6 3. Situación Actual Agropecuaria ............................................................................ 7 4. Determinación de Evapotranspiración Potencial ................................................. 9 5. Determinación de los Coeficientes de los cultivos (kc)...................................... 10 6. Determinación de la Evapotranspiración Real................................................... 11 7. Definición de las unidades territoriales (sectorización)...................................... 15 8. Obtención de Superficies Netas y Brutas. ......................................................... 16 9. Estructura de la Propiedad Agrícola ................................................................. 17 10. Determinación de la Demanda de Agua para Riego ....................................... 18 11. Estructura de Cultivos y Métodos de Riego..................................................... 20 12. Cálculo de la necesidad bruta. ........................................................................ 23 13. Principales quebradas aportantes ................................................................... 25 14. Cálculo de crecidas para principales quebradas. ............................................ 27

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TALLER DE HIDRAULICA ENTREGA # 2

1. Introducción Este proyecto propone mejorar el riego de la 3ª sección del río Maipo y regar nuevas zonas de secano que, por esta condición, presentan escasa actividad agrícola. Esta solución pretende ser la mejor desde

el punto de vista

técnico y económico.

Este proyecto pretende satisfacer una necesidad identificada por la Dirección General de Aguas, la cual administra el recurso hídrico para constituir derechos de aprovechamiento

Debido a la creciente demanda por los recursos hídricos en la cuenca, se ha visto en la necesidad de efectuar un ordenamiento y cuantificación de dicha demanda y un análisis de la situación actual de los recursos superficiales de la cuenca.

El presente informe consta de dos alternativas de trazado, de las cuales se elegirá una, para posteriormente ser diseñada y analizada económicamente. El dibujo del trazado adoptado (CAD), un esquema de proyecto de riego adoptado, cálculo de la Demanda hídrica, identificación de las principales quebradas aportantes al trazado de canal, cálculo de áreas respectivas y el cálculo de crecidas para principales quebradas ( tres de las cuencas más importantes).

Es necesario determinar cuál es el método de riego más idóneo para los cultivos existentes en la zona de estudio pues implica la forma en que se aplica el agua al suelo para que sea utilizada por la planta. Las alternativas de trazados Los trazados a realizar tienen en común tanto el punto de captación como el punto final de recepción en la zona de interés, siendo esta la correspondiente al sector 1a del proyecto original.

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2. Trazado 2.1 Alternativa 1: canal - tunel - canal

Figura 1: Alternativa 1 de trazado La primera alternativa que se considera 2 tramos de canal y 1 tramo en túnel. A continuación se presenta una tabla con las longitudes correspondientes a cada tramo Tramo Canal 1 Túnel Canal 2

Longitud (Km) 48,732 0,799 5,096

Tabla 1: Longitudes en alternativa 1

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2.2 Alternativa 2: canal – tunel – canal – tunel - canal

Figura 2: Alternativa 2 de trazado La segunda alternativa que se considera 3 tramos de canal y 2 tramos en túnel, con las siguientes longitudes: Tramo Canal 1 Túnel 1 Canal 2 Túnel 2 Canal 3

Longitud (Km) 3,199 4,939 8,04 0,079 5,096

Tabla 2: Longitudes en alternativa 2

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2.3 Comparación entre las dos alternativas de trazado Considerando una relacion 5:1 de costo de tunel con respecto al costo del canal, tenemos la siguiente comparación:

Alternativa Longitud en tunel Longitud en canal 5*tunel+1*canal 1 0,799 53,828 57,823 2 5,018 16,335 41,425 Tabla 3: Comparación de alternativas Según una evaluación económica, es más conveniente la alternativa 2, por lo tanto, el trazado que se adoptará considera 2 tuneles y 3 canales.

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3. Situación Actual Agropecuaria

Permite conocer las principales características del área del proyecto y de las tendencias existentes en cuanto a uso del suelo, empleo de tecnología y otros aspectos de interés. Con respecto al uso de suelo, se emplearon los datos obtenidos del VI Censo Nacional Agropecuario, INE 1997, donde dichos datos fueron complementados con la muestra tomada en la encuesta agropecuaria en todos los sectores de riego definidos.

La estructura productiva por sectores de riego en el area total de estudio incluye en distintas proporciones, los siguientes rubros productivos:

Figura 3: Situación actual agropeacuaria

Frutales •

Almendro: almendros, avellano europeo, nogales

•

Limonero: limonero, lima, mandarina o pomelo, tangüelo 7

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Palto: palto

•

Vid: uva de mesa, vinífera, kivi

•

Frutilla: arándano, frambuesa, frutilla, moras cultivadas

•

Pomáceas: manzano rojo, manzano verde, membrillo, peral

•

Duraznero: ciruelo, duraznero, guindo o cerezo

Cultivos anuales •

Papas

•

Maíz

•

Cebolla

•

Frejol: Poroto de consumo seco, Poroto verde, arveja verde, haba

•

Zapallo: zapallo temprano y guarda, zapallito italiano, sandía, melón, pepino ensalada

•

Tomate: tomate de consumo fresco, tomate industrial, pimiento, ají.

•

Repollo

•

Choclo

El presente informe centra el estudio en la zona 3, correspondiente al subsector 1 del área total. Las localidades que componen este sub-sector son: Carmen Alto, La Viluma, San Carlos de Cholqui y Rincón de Cabaino.

Dicha área corresponde a una de las zonas de mayor extensión en superficie cultivada, donde el maíz de grano seco es el cereal más cultivado, siguiéndole el trigo tipo candeal que se utiliza en la elaboración de pastas. Entre las hortalizas están la papa, el zapallo de guarda y el choclo, Además la zona contiene un importante cultivo de cítricos, donde se destaca el limonero.

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4. Determinación de Evapotranspiración Potencial La evapotranspiración potencial, Eto, se obtuvo de los antecedentes entregados por el “Estudio Agroclimático Proyecto Maipo”, CNR, 1987 definida para las zonas agroclimáticas consideradas para el área de estudio (ver tabla 1.1).

Eto(mm/mes) Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar TOTAL Melipilla 103 63,5 34,6 24 34,6 63,5 103 142,5 171,4 182 171,4 142,5 1236 Tabla 4: Evapotranspiración Potencial en mm/seg En este caso en particular, la zona agroclimáticamente de interés es la correspondiente a Melipilla.

Para un área de estudio de 766,35 há.

Melipilla

Eto(m^3/seg) Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar TOTAL 0,305 0,188 0,102 0,071 0,102 0,188 0,305 0,421 0,507 0,538 0,507 0,421 3,654

Tabla 5: Evapotranspiración Potencial en m3/seg

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5. Determinación de los Coeficientes de los cultivos (kc) Los coeficientes de cultivo, Kc, que relacionan la evapotranspiración potencial del cultivo específico con la del cultivo de referencia, se

obtuvieron

analizando la información existente de la zona, de diferentes estudios como el manual FAO Nº24 y FAO Nº56, la tesis de grado “Evapotranspiración potencial y necesidades netas de agua de riego en Chile”Ing. Agr. Sr. Horacio Merlet 1986, en la cual se presenta las variaciones mensuales de los coeficientes de los cultivos en 5 regiones de Chile, incluida el área de estudio, y del Estudio Integral de Riego Proyecto de Aprovechamiento de Aguas Servidas Planta de Tratamiento Santiago Sur Región Metropolitana. Estos coeficientes se presentan en la tabla 3.

CULTIVOS FRUTALES Almendro Cítricos Palto Vid Arándano Manzano Duraznero CULTIVOS ANUALES Alcachofa Papas Maíz Cebolla Frejol Zapallo Tomate Repollo-Tomate Papa-Maíz Choclo Huerta Familiar

Abr 0,75 0,60 0,60 0,50 0,65 0,85 0,75

May 0,65 0,55 0,55 0,30 0,00 0,70 0,65

Jun 0,00 0,55 0,55 0,00 0,00 0,00 0,00

Jul 0,00 0,50 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00

Ago 0,00 0,50 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00

Sep 0,50 0,55 0,55 0,00 0,40 0,50 0,50

Oct 0,70 0,55 0,55 0,45 0,60 0,75 0,70

Nov 0,85 0,55 0,55 0,60 0,75 0,95 0,85

Dic 0,90 0,60 0,60 0,70 0,80 1,00 0,90

Ene 0,90 0,60 0,60 0,70 0,80 1,00 0,90

Feb 0,90 0,60 0,60 0,70 0,75 0,95 0,90

Mar 0,80 0,60 0,60 0,65 0,70 0,90 0,80

0,65 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,50 0,50

0,75 0,50 0,50 0,50 0,50 0,41 0,81 0,81

0,75 0,78 0,74 0,70 0,74 0,73 1,01 1,01

0,75 1,05 1,00 1,00 0,95 0,92 0,87 0,87

0,75 1,15 1,14 0,80 1,15 0,83 0,31 0,31

0,25 0,75 1,12 0,00 0,75 0,70 0,00 0,00

0,45 0,00 0,55 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,33 0,60 0,91 0,33 0,00 0,00 0,61 0,00 0,00 0,00 0,00 0,71 0,83 0,95 0,85 0,68 0,65 0,64

Tabla 6: Coeficientes de cultivo para las plantaciones existentes en la zona 3

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6. Determinación de la Evapotranspiración Real. La evapotranspiración máxima o real Etm, se obtiene a partir de la evapotranspiración potencial y de los coeficientes de cultivo (Kc), a través de la siguiente ecuación: Etr = ETo * K c Donde: Etr = Evapotranspiración máxima del cultivo. ETo = Evapotranspiración potencial del sector

K c = Coeficiente de cultivo

A partir de estos antecedentes se puede determinar la evapotranspiración real para los diferentes distritos agroclimáticos definidos en el valle. Es de interés para este proyecto, conocer la evapotranspiración real en la zona agroclimática de Melipilla. Esto se presenta en la tabla 1.3. MELIPILLA CULTIVOS FRUTALES Almendro Cítricos Palto Vid Arándano Manzano Duraznero CULTIVOS ANUALES Alcachofa Papas Maíz Cebolla Frejol Zapallo Tomate Repollo-Tomate Papa-Maíz Choclo Huerta Familiar

Abr 0,228 0,183 0,183 0,152 0,198 0,259 0,228

May Jun Jul Ago Sep Oct Nov 0,122 0 0 0 0,094 0,2132 0,358 0,103 0,056 0,035 0,051 0,103 0,1675 0,232 0,103 0,056 0,035 0,051 0,103 0,1675 0,232 0,056 0 0 0 0 0,137 0,253 0 0 0 0 0,075 0,1827 0,316 0,131 0 0 0 0,094 0,2284 0,4 0,122 0 0 0 0,094 0,2132 0,358

Dic 0,456 0,304 0,304 0,355 0,405 0,507 0,456

Ene 0,484 0,323 0,323 0,377 0,43 0,538 0,484

Feb 0,456 0,304 0,304 0,355 0,38 0,481 0,456

Mar 0,337 0,253 0,253 0,274 0,295 0,379 0,337

0,198 0,141 0,077 0,053 0,077 0,141 0,2284 0,316 0,38 0 0 0 0 0 0 0,1523 0,329 0,532 0 0 0 0 0 0 0,1523 0,312 0,507 0 0 0 0 0 0 0,1523 0,295 0,507 0 0 0 0 0 0 0,1523 0,312 0,481 0 0 0 0 0 0 0,1249 0,308 0,466 0 0 0 0 0 0,094 0,2467 0,426 0,441 0 0 0 0 0 0,094 0,2467 0,426 0,441 0 0 0 0 0 0 0,1005 0,253 0,461 0,186 0 0 0 0 0,133 0,2528 0,4 0,431

0,404 0,619 0,613 0,43 0,619 0,447 0,167 0,167 0,178 0,366

0,127 0,38 0,568 0 0,38 0,355 0 0 0 0,329

0,19 0 0,232 0 0 0 0 0 0 0,27

Tabla 7: Coeficientes de cultivo para las plantaciones existentes en la zona 3 11

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Esta evapotranspiración no cosidera las áreas correspondientes a cada cultivo. Considerando las áreas correspondientes a cada cultivo, se tiene la siguiente Evapotranspiración.

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Tabla 8: Evapotranspiracion real de los cultivos

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Mensualmente se tiene:

Tabla 9: Evapotranspiracion real mensual de los cultivos

Luego, la necesidad neta (Nn) se obtiene de la siguiente forma:

Nn = Etr – Qp

Siendo: Etr: Evapotranspiración ponderada mensual (m3/s) Qp: Caudal aportado por pozos existentes (m3/s) En este caso se despreciarán los pozos existentes

Tabla 10: Evapotranspiracion real mensual de los cultivos, despreciando los pozos existentes

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7. Definición de las unidades territoriales (sectorización) Al área contemplada en el modelo hidrológico en desarrollo se le realizó una división según el espacio territorial en el cual se desarrollan actividades agrícolas y que quedan bajo la influencia de riego de una obra o de un conjunto de obras existentes o proyectadas, específicamente, el área se dividió en sectores de riego.

Los sectores de riego para nuestra zona de estudio, 3º sección, contemplan los siguientes canales abastecedores: •

Estero de Cholqui

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8. Obtención de Superficies Netas y Brutas. En el proyecto se distinguen dos áreas: •

Superficie Bruta del proyecto

•

Superficie Neta del proyecto

La superficie bruta del proyecto abarca toda la zona 3, incluyendo las zonas agrícolas y no agrícolas, esta superficie se estima en 766.35 hectáreas, la superficie neta del proyecto esta referida a las zonas agrícolas la que se estima en 374.28 hectáreas, según se muestra en la figura:

Superficie Bruta

Superficie Neta Figura 4: Superficie Bruta y Neta Zona 3

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9. Estructura de la Propiedad Agrícola En el proyecto general se han definido cinco estratos de tamaño para definir la estructura de la propiedad agrícola en el área del proyecto, dichos estratos se muestran a continuación:

0,1 a 2,0 ha 2,01 a 5,0 ha 5,01 a 12,0 ha 12,01 a 40,0 ha Sobre 40,0 ha

La clasificación mencionada anteriormente representa mejor la variación de las propiedades agrícolas en el área de estudio.

há

Zona 3

2a5 5 a 12 12 a 40 más de 40 TOTAL

4 8 8 3 374.28

Tabla 11: Número de explotaciones agrícolas de la zona 3

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10. Determinación de la Demanda de Agua para Riego La tasa de riego es el consumo efectivo de agua que se produce en una superficie de una hectárea cubierta por un determinado cultivo, durante cada mes de su desarrollo. Estas tasas de riego son dependientes de los factores climáticos, que actúan sobre el cultivo de que se trate, a lo largo de su periodo de desarrollo y de un factor de técnicas de aplicación de agua al cultivo (Eficiencia de aplicación).

La relación para la determinación de la tasa de riego a nivel mensual por hectárea a nivel de cultivo para cada sector, considerando la eficiencia de aplicación, es la siguiente:

T .R. =

Etp − Pp ( mm) Ea

T.R.= Tasa de riego (mm) Etp = Evapotranspiración potencial del cultivo (mm) Pp = Precipitación Efectiva (mm) Ea = Eficiencia de aplicación del riego.

MÉTODO DE RIEGO

EFICIENCIA DE APLICACIÓN

Goteo (frutales)

90%

Aspersión (praderas)

75%

Surco (frutales y cultivos anuales)

45%

Tendido (praderas, cereales)

30%

Tabla 12: Métodos de riego y eficiencias asociados a los cultivos

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TALLER DE HIDRAULICA ENTREGA # 2

A continuación en la tabla, se entrega los consumos de los cultivos para la zona agroclimática de Melipilla, sin considerar las precipitaciones efectivas ni la eficiencia de aplicación, puesto que estos parámetros son variables del modelo, es decir, se muestran las evapotranspiraciones de los cultivos por unidad de área Consumo de agua (m3/há) CULTIVOS FRUTALES Almendro Cítricos Palto Vid Arándano Manzano Duraznero CULTIVOS ANUALES Alcachofa Papas Maíz Cebolla Frejol Zapallo Tomate Repollo-Tomate Papa-Maíz Choclo Huerta Familiar

Abr 769 615 615 513 666 871 769

May Jun Jul 417 0 0 353 199 130 353 20 130 193 0 0 0 0 0 449 0 0 417 0 0

666 482 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 625 0

27 195 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Ago 0 181 181 0 0 0 0

Sep 322 354 354 0 257 322 322

Oct 718 564 564 461 615 769 718

Nov 1197 774 774 845 1056 1338 1197

Dic 1519 1013 1013 1182 1350 1688 1519

Ene 1611 1074 1074 1253 1432 1790 1611

Feb 1519 1013 1013 1182 1266 1604 1519

272 0 0 0 0 0 0 0 0 0

482 0 0 0 0 0 322 322 0 457

769 513 513 513 513 420 830 830 338 851

1056 1098 1042 986 1042 1028 1422 1422 845 1338

1266 1772 1688 1688 1604 1553 1469 1469 1536 1435

1343 2059 2041 1432 2059 1486 555 555 591 1217

422 633 1266 0 1891 774 0 0 1266 0 1182 0 0 0 0 0 0 0 1097 900

Tabla 13: Consumo de agua sector Melipilla (m3/há)

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Mar Total 1126 9198 844 7114 844 6935 915 6544 985 7627 1266 10097 1126 9198

7613 6708 7949 4619 6484 5669 4598 4598 3310 7920

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11. Estructura de Cultivos y Métodos de Riego La estructura de cultivos en Situación Actual se debe presentar para el área de riego definida, con la diferenciación de superficie según el método de riego aplicado. Luego se presenta los volúmenes mensuales totales de demanda para la situación actual.

La superficie regada total se diferencia entre la superficie de riego permanente y la superficie de riego eventual. La distribución de riego se obtuvo de los datos de la encuesta entre los predios correspondientes a cada estrato. La superficie cultivada corresponde a la superficie regada actualmente.

Los métodos de riego que se utilizan en la zona de estudio son: •

Método de riego por Goteo El riego por goteo o microirrigación es un método de riego que proporciona

agua a las raíces de las plantas de manera constante y en cantidades muy pequeñas para mantener un nivel estable de humedad minimizando el consumo de agua (Se acepta que el método de riego por goteo presenta un 90% de eficiencia, es decir un 90% del agua aplicada finalmente es efectivamente utilizada por las plantas). Se emplea principalmente en zonas de escasez de líquidos, puesto que la aplicación paulatina reduce las pérdidas de agua por evaporación y filtrado, haciendo un uso más eficaz de los recursos hídricos.

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Figura 5: Riego por goteo •

Método de riego por Surco.

En este método se hace correr el agua por pequeños canales (surcos), desde la acequia madre hacia los cultivos, distribuidos en hilera, siguiendo determinada pendiente. El agua se infiltra en el fondo y a los lados de los surcos, llegando hasta la zona de raíces de los cultivos, reponiéndose así el agua del suelo consumida por los cultivos.

Figura 6: Riego por surco

Figura 7: Detalle del riego por surco

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RUBROS PRODUCTIVOS

Zona 3 (há)

FRUTALES Almendro (goteo) Cítricos (goteo) Palto (goteo) Vid (goteo) Arándano (goteo) Manzano (goteo) Duraznero (goteo) Otros frutales (goteo)

14.16 74.27 38.72 14.18 6.06 13.28 5.52 29.93

CULTIVOS ANUALES Papas (surco) 7.73 Maíz grano (surco) 91.34 Cebolla (surco) 0 Frejol (surco) 8.26 Zapallo (surco) 44.08 Tomate (surco) 6.68 Repollo - Tomate (surco) 0 Maiz - Choclo (surco) 20.07 Huerta Familiar (surco) 0 SUPERFICIE TOTAL

374.28

Tabla 14: Rubros Productivos

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12. Cálculo de la necesidad bruta. Debido a la falta de información, acerca del caudal de pozos, éstos han sido despreciados para calcular la necesidad neta. Nb = Nn / Ea (m3/s)

Siendo Ea la eficiencia de cada método de riego:

EFICIENCIA DE APLICACIÓN (%) 90

METODO DE RIEGO Goteo (frutales) Surco (frutales, cultivos anuales)

45

Tabla 15: Método de riego y eficiencia de aplicación

A continuación se presenta la forma de ponderación del factor de eficiencia E apond = ∑

Rubro Productivo FRUTALES Almendro (goteo) Cítricos (goteo) Palto (goteo) Vid (goteo) Arándano (goteo) Manzano (goteo) Duraznero (goteo) Otros frutales (goteo) CULTIVOS ANUALES Papas (surco) Maíz grano (surco) Cebolla (surco) Frejol (surco)

Ai/At

Ei * Ai At

Eficiencia Eficiencia Ponderada

0.03747 0.19655 0.10247 0.03753 0.01604 0.03515 0.01461 0.07921

0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

0.0337267 0.1768983 0.0922243 0.0337743 0.0144339 0.0316307 0.0131477 0.0712881

0.02046 0.24173 0 0.02186

0.45 0.45 0.45 0.45

0.0092058 0.108778 0 0.0098369

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Zapallo (surco) Rubro Productivo Tomate (surco) Repollo - Tomate (surco) Maiz - Choclo (surco) Huerta Familiar (surco)

0.11666 0.45 0.0524955 Ai/At Eficiencia Eficiencia Ponderada 0.01768 0.45 0.0079553 0 0.45 0 0.05311 0.45 0.0239016 0 0.45 0 Epond 0.679297

Tabla 16: Eficiencia Ponderada

Por lo tanto el factor de eficiencia a utilizar es 0,679297 Finalmente, la necesidad bruta (Nb) queda:

Tabla 17: Necesidad bruta de riego

Por lo tanto el caudal a tomar es el mayor, correspondiente al mes de enero Q = 0,59 m3/s

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13. Principales quebradas aportantes 13.1 Cálculo de áreas respectivas.

Para los canales existentes en el gtrazado, se presentan a continuación las quebradas aportantes (se consideran las 3 de mayor area):

Figura 8: Quebradas aportantes canal 2

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Figura 9: Quebradas aportantes canal 3

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14. Cálculo de crecidas para principales quebradas. 14.1 Cálculo del caudal máximo aportado por la cuenca. Para este cálculo se utilizará la metodología propuesta en el” Manual de Carreteras, volumen 3 referente a Hidrología y Drenaje”. Este método es utilizable en cuencas pequeñas, generalmente menores a 1000 hás. La cuantificación del caudal máximo depende principalmente de coeficiente de escorrentía (C) adoptado. Este a su vez depende de las características del terreno, uso y manejo del suelo, capacidad de infiltración, etc. Se supone que el gasto máximo que produce cierta intensidad de lluvia, ocurre cuando dicha intensidad ( media) se mantiene por lo menos durante un periodo de tiempo igual al tiempo de concentración (Tc) de la cuenca, ya que sólo entonces estaría contribuyendo toda la cuenca a al escorrentía. Por lo tanto, se adopta como duración de la lluvia el tiempo de concentración. La expresión para obtener este caudal es:

QT =

C ⋅ I tT ⋅ A p 3.6

(1)

Donde: Qt = caudal máximo para un periodo de retorno de T años (m³/s) C=0.3 coeficiente de escurrimiento de la cuenca para zonas de cultivo, de acuerdo al manual de carreteras, volumen 3. Ap= área aportante de la cuenca (km²) PtcT Intensidad de la lluvia de diseño de tc horas de diseño y t años de I = tc periodo de retorno (mm/hora). Se considerará un periodo de retorno de 15 años pues no se involucran vidas pero sí grandes inversiones. T t

De acuerdo al trazado propuesto existen tres canales y dos túneles. Como se muestra en el punto 13, de los tres canales sólo dos de ellos presentan quebradas con áreas aportantes. Las longitudes de estos cauces, sus diferencias de nivel y sus áreas aportantes se detallan a continuación:

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Superficie Quebrada A (Km2) 1,052 1,989 1,228 0,193 0,316 0,718

Quebrada 1 Quebrada 2 Quebrada 3 Quebrada 1 Quebrada 2 Quebrada 3

Canal 1

Canal 2

Longitud del Cauce Principal L (Km) 1,424 1,577 2,011 0,702 2,075 1,470

Diferencia de Nivel cota media - salida H (m) 60 40 71,8 105 100,000 110,000

14.2 Cálculo del tiempo de concentración El tiempo de concentración se calculará a partir de lo expuesto en el manual de carreteras volumen 3. Ésta expresión entrega valores razonables en cuencas pequeñas con pendiente apreciable, tales como hoyas de zonas cordilleranas. Tc =

4 ⋅ A + 1.5 ⋅ L (2) 0.8 * H

Con Tc= tiempo de concentración en horas A= superficie de la cuenca en km² L= longitud del cauce principal de agua en kms H= diferencia de nivel en metros entre la cota media de la cuenca y el punto de salida. De acuerdo a ésta fórmula, los valores entregados para cada una de las quebradas aportantes son:

Canal 1 Quebrada

Canal 2

Quebrada 1

Quebrada 2

Quebrada 3

Quebrada 1

Quebrada 2

Quebrada 3

Area (Km )

1,052

1,989

1,228

0,193

0,316

0,718

Longitud (Km)

1,424

1,577

2,011

0,702

2,075

1,470

Desnivel (m) Tiempo Concentración (Giandotti) (h)

60

40

71,8

105

100,000

110,000

1,007

1,582

1,099

0,343

0,670

0,667

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14.3 Cálculo de las precipitaciones máximas en 24 horas para un periodo de retorno de 15 años ESTACION CODIGO CUENCA

: CARMEN DE LAS ROSAS : 05740050-1 : RIO MAIPO

Año

Precipitación máxima en 24 horas (mm)

1961 1962 1998 1968 1930 1985 1946 1964 1999 1976 1973 1988 1990 1996 1969 1975 1993 1947 1995 1967 1966 1972 1994 1960 1983 1979 1974 1977 1991 1978 1971 1997 1942 1956 1935 1970 1986 1989 1954

0,0 13,5 20,0 21,0 21,4 27,2 33,0 33,3 33,5 34,0 36,5 37,0 37,5 40,0 41,0 42,0 42,3 44,0 46,0 49,0 50,0 50,0 52,5 54,0 54,3 54,8 55,0 55,5 56,5 57,0 58,0 58,5 60,0 60,0 61,0 62,0 64,0 66,0 69,0

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1950 1932 1943 1931 1955 1939 1980 1965 1981 1934 1937 1938 1940 2000 1933 1963 1945 1982 1952 1958 1992 1987 1959 1948 1936 1944 1951 1949 1957 1953 1941 pp promedio X desviación S

71,0 72,0 72,0 74,0 75,0 77,0 77,0 80,0 82,0 83,0 84,0 84,0 84,0 87,0 90,0 90,0 91,0 91,0 93,0 94,0 97,0 99,2 103,0 107,0 110,0 117,0 130,0 145,0 166,0 197,0 246,0 70,3 40,23468486

Luego, los parámetros u y d quedan definidos como: u= X-0.450047*S=70.3-0.450047*40.23468486 u=52.193 d=1/(0.779696*S)=0.0319 Entonces, despejando Y de la función de Gumbel, se obtiene

Y = 52.193 −

ln(− ln( F (Y )) 0.0319

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Por lo tanto, para determinar los montos de precipitación máxima en 24 horas para un periodo de retorno de 15 años, se obtiene el valor de Y

Con F(Y)=1-1/T= 0.933, por lo tanto Y= 135.85 mm

Precipitaciones máximas en 24 horas para un Periodo de retorno de 15 años.

Por lo tanto, las precipitaciones máximas en el tiempo de concentración Tc y un periodo de retorno de 15 años son:

Para el canal 1

QUEBRADA 1 2 3

Ptc15 = CD(t c ) ⋅ P2415 (3)

Tiempo de concentración (horas) 1.007 1.582 1.099

CD (tc) 0.1476 0.1971 0.156

Pp máx. en tc y t=15 años (mm) 20.05 26.78 21.19

Para el canal 2, los tiempos de concentración son inferiores a 1 hora, por lo tanto, la fórmula para calcular la precipitación máxima en este tiempo de concentración con un periodo de retorno de 15 años es: Ptc15 = f t ⋅ CD(1 _ hora) ⋅ P2415 (4)

Los valores de ft se obtienen interpolando para cada tiempo de concentración menor a 1 hora.

Duración (min) 5 10 15 30 60

f.t 0.26 0.40 0.53 0.70 1.00

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TALLER DE HIDRAULICA ENTREGA # 2

Tiempo de concentración (minutos) 20.58 40.2 40.02

ft

CD (1 hora)

0.59 0.802 0.8002

0.147 0.147 0.147

Pp máx. 24hrs con T=15 años 135.85 135.85 135.85

Pp. Máx para t=tc y T=15 años (mm) 11.78 16.02 15.98

14.4 Cálculo de la intensidad de la lluvia asociada a un a t=tc y T=15 años La intensidad de la lluvia de diseño corresponde a la intensidada media máxima para una duración de la lluvia igual a tiempo de concentración de la cuenca y de frecuencia o periodo de retorno de 15 años. I tc15 =

Ptc15 tc

Ptc15 Tc

= lluvia en mm, de duración tc Horas y 15 años de periodo de retorno = tiempo de concentración

(5)

donde:

Para el canal 1 QUEBRADA

1 2 3

Tiempo de Pp máx. en tc y Intensidad para concentración t=15 años (mm) t=tc y T=15 años (horas) (mm/hora) 1.007 20.05 19.91 1.582 26.78 16.93 1.099 21.19 19.28

Para el canal 2 QUEBRADA

1 2 3

Tiempo de Pp máx. en tc y Intensidad para concentración t=15 años (mm) t=tc y T=15 años (horas) (mm/hora) 0.343 11.78 34.34 0.670 16.02 23.91 0.667 15.98 23.96

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TALLER DE HIDRAULICA ENTREGA # 2

Finalmente, de acuerdo a la expresión (1) definida anteriormente, los caudales son los siguientes Canal 1

Quebrada

C

1 2 3

0.3 0.3 0.3

Intensidad en t=tc y T=15 años (mm/hora) 19.91 16.93 19.28

Área aportante (Km²)

Qt (m³/s)

1.052 1.989 1.228

1.745 2.81 1.97

Área aportante (Km²)

Qt (m³/s)

0.193 0.316 0.718

0.55 0.63 1.43

Para el canal 2

Quebrada

C

1 2 3

0.3 0.3 0.3

Intensidad en t=tc y T=15 años (mm/hora) 34.34 23.91 23.96

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