HIDROLOGÍA

PROVIAS
DESCENTRALIZADO
MTC - PROVIAS DESCENTRALIZADO
MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE ALCA
ESTUDIO DE HIDROLOGÍA Y DRENAJE
“MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA
TOMEPAMPA – ALCA”,
PROVINCIA DE LA UNIÓN, REGIÓN
AREQUIPA
AREQUIPA, AGOSTO DEL 2,010

PROVIAS
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ESTUDIO DE HIDROLOGÍA Y DRENAJE
1. INTRODUCCIÓN:
El drenaje de la zona en estudio está constituido por varias quebradas que vierten sus aguas
al río Cotahuasi que discurre en forma paralela a la carretera, el cual constituye el colector
natural principal de la zona, formando un drenaje de tipo radial y dendrítico, pertenecientes a
la vertiente del Pacifico.
El río Cotahuasi desde sus nacientes hasta el punto de intersección con la carretera tiene una
longitud aproximada de 80 Km, ofreciendo una pendiente promedio de 3 % en su parte baja,
la cual se hace más pronunciada en su parte alta, perteneciente a la zona húmeda o imbrífica
de su cuenca.
El clima de la zona varía con la altitud, tornándose frígido en las zonas altas y templado poco
lluvioso en las zonas bajas. La biotemperatura anual máxima es de 25.4 °C y la media anual
mínima de 12.5 °C. El promedio máximo de precipitación total por año es de 260 mm y el
mínimo 53 mm.
La vegetación natural así como los cultivos varían con la altitud y el clima; la vegetación
natural está constituida por especies arbustivas xerofíticas, pastos y árboles de eucalipto,
molle y otros. Mientras que los cultivos lo constituyen especies vegetales tales como: kiwicha,
papa, trigo, quinua, cebada, maíz, alfalfa y algunos frutales.
El relieve se caracteriza por ofrecer una configuración topográfica llana a ondulada y semi
accidentada, dentro de estas características se emplaza la actual carretera, la cual se
desarrolla generalmente en terreno llano con poco corte a media ladera.
2. ANTECEDENTES:
Hace más de dos décadas la Corporación de Desarrollo de Arequipa (CORDEA) y la Ex Micro

Región La Unión, con el objeto de realizar el planeamiento de los proyectos hidráulicos en su
ámbito, programaron la ejecución del “Estudio Hidrológico del Valle de Cotahuasi”. Este
estudio se realiza para proporcionar la información hidrológica destinada a establecer el
potencial hídrico que posibilite la concepción y el planeamiento de proyectos de muy rápida
ejecución. Dicha información se va utilizar para completar los datos de diseño de las obras de
arte.
3. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA
El estudio hidrológico está orientado a determinar los caudales de diseño de las obras de
drenaje transversales y longitudinales, ante condiciones de lluvias extremas que caen sobre
las áreas de drenaje de los cauces que cruzan la vía del tramo en consideración. En tal
sentido el estudio hidrológico estuvo enfocado a:
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Se realizó el análisis estadístico de las distribuciones probabilísticas de las precipitaciones

máximas en 24 hrs. de las estaciones Cotahuasi, Arma, Pausa y Orcopampa, cuya información
se encuentra en la Oficina Descentralizada La Unión del Gobierno Regional de Arequipa, así
como de SENAMHI, y complementada con la documentación del PETT del Ministerio de
Agricultura; donde se disponía de estos tipos de datos en una longitud de registro apropiada
(15 a 20 años).
Los métodos probabilísticos que mejor se ajustan a valores extremos máximos, utilizados en
la formulación del presente Estudio son: Distribución Log Normal, Distribución Valor Extremo
Tipo I o Ley de Gumbel, Distribución Log – Pearson Tipo III. La prueba de bondad utilizada
fue la de Kolmogorov – Smirnov, según la cual la Distribución Log Pearson III, se ajusta
satisfactoriamente a los datos de la muestra, asimismo los resultados fueron ponderados
previamente por el factor 1.13 correspondiente a dos lecturas diarias de precipitaciones
(criterio de Hershfield).
Para efectos del diseño hidráulico de las obras de drenaje ubicadas entre el inicio de tramo
Km 0+000 (Tomepampa) y Km 9+182 (Alca), se ha establecido como precipitación de diseño
el promedio aritmético de los valores obtenidos del análisis de frecuencia de la estación
“Cotahuasi”.
PRECIPITACIÓN MÁXIMA
PERIODO DE RETORNO EN 24 HORAS
(Tr) EN AÑOS (Tramo Tomepampa - Alca)
(mm)
10 12.02
50 14.92
100 16.14
500 18.93
1000 20.12
Para las subcuencas con áreas de aportación menores a 10 Km2, el caudal de diseño se ha
estimado mediante el Método Racional y para el caso de la subcuenca del río Cotahuasi cuya
área de aportación es mayor de 50 Km2, el caudal de diseño se ha estimado haciendo uso del
Método del Hidrograma Unitario aplicando el Modelo Hidrológico HEC – HMS.
Dada la importancia y categoría de la vía proyectada, se ha asumido un riesgo de falla del 20

% y una vida útil entre 10 y 50 años para las estructuras de drenaje.
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Para fines de cálculo de los caudales de diseño de las estructuras de drenaje a proyectar en el
presente Estudio, se ha establecido adoptar como período de retorno de dichas estructuras
de acuerdo a los criterios anteriormente expuestos, un valor de 100 años para pontones y 50
años para alcantarillas y demás obras menores.
En el tramo vial estudiado, se han identificado subcuencas que interceptan su alineamiento y

donde actualmente existen obras de cruce provisionales que permiten salvar sus cauces. La
extensión de las subcuencas hidrográficas que han sido identificadas en la información
cartográfica varían entre 1.50 Km2 y 4,510 Km2. La ubicación y características de las
subcuencas hidrográficas identificadas en las Cartas Nacionales utilizadas se muestran a
continuación:
INVENTARIO DE SUBCUENCAS IDENTIFICADAS EN LAS CARTAS NACIONALES

LONGITUD DEL
PROGRESIVA ÁREA PERÍMETRO
Nº NOMBRE CURSO PRINCIPAL
(Km) (Km2) (Km)
(Km)
01 Río Cotahuasi 0+000 @ 9+182 4510 14530 50
02 Rio Chococo 8+730 157 390 10
03 Quebrada Luicho 6+674 8 22 4
04 Quebrada Ocpe 3+153 1.5 4 1
05 Quebrada Ranrata 0+300 18 52 5
Asimismo, existen quebradas con superficies de aportación de reducida magnitud que no ha

sido posible identificarlas en las Cartas Nacionales utilizadas, donde se ha considerado
relevante la información de campo referente al comportamiento hidráulico - estructural de las
obras de drenaje existentes así como las características hidrogeomorfológicas de las áreas
que drenan.
Para las corrientes principales los cálculos hidráulicos se ejecutaron utilizando las descargas
máximas establecidas para cada sitio en particular, y las secciones hidráulicas medidas en
levantamientos topográficos. Para este caso se ha hecho uso del programa HEC-RAS para
evaluar los tirantes y velocidades en las estructuras de cruce, considerando las pérdidas de
carga locales. Las descargas de diseño de todas las obras de drenaje transversal de la
carretera, pontones, badenes, cunetas y alcantarillas, se encuentran detalladas en el Estudio
de Hidrología.
Para los cálculos de socavación se aplicaron los métodos de Lischvan - Levediev y de Laursen
(HEC-RAS: Socavación general por contracción de flujo) para la socavación general y los
métodos de Froehlich (HEC-RAS) y de Liu para el cálculo de las socavaciones locales.
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RESULTADO DE CÁLCULOS HIDRÁULICOS EN PONTONES

TIRANTE
UBICACIÓN LUZ VELOCIDAD SOCAVACIÓN
Nº NOMBRE MÁXIMO
(Km) (m) (m3/s) (m)
(m)
1 Río Chococo 8+730 7.0 1.50 3.89 3.23
4. ESTUDIO DE DRENAJE
El objetivo del estudio de Drenaje de la Carretera Tomepampa - Alca, Km 0+000 al Km 9+182,

es el de controlar los problemas que generan los flujos de agua superficial al discurrir sobre la
plataforma de la carretera, e infiltrarse a través del pavimento causando reducción en la
capacidad portante de la vía y por ende en su vida útil. La solución de drenaje de la Carretera
Tomepampa - Alca es planteada de acuerdo a dos aspectos importantes como son el tipo de
flujo de agua presente en la carretera, ya sea éste superficial, y el sentido de recorrido de
dichos flujos de agua sobre la misma, ya sea longitudinal o transversal al eje de la carretera.
El sistema de drenaje propuesto de la carretera está constituido por obras de drenaje

transversal, obras de drenaje longitudinal y obras de sub drenaje (sub dren longitudinal y sub
dren transversal). La ubicación y características de las obras de drenaje proyectadas se
detallan en el Estudio de Hidrología y Drenaje.
El sistema de drenaje longitudinal proyectado se destina a la recolección del agua pluvial que
incide directamente sobre la superficie de rodadura y sobre las laderas aledañas a la
carretera. Dicho flujo superficial es ordenadamente evacuado con estructuras de drenaje que
siguen el sentido longitudinal de la carretera. Tales estructuras de drenaje para el Sistema de
Drenaje Longitudinal son las denominadas, cunetas laterales, zanjas de drenaje, cunetas de
coronación y bordillos.
Las cunetas laterales proyectadas son de sección triangular y sección rectangular para las
zonas urbanas las cuales permiten el transporte del flujo de diseño. Las estructuras de drenaje
longitudinal denominadas bordillos se instalan en los tramos en los que carretera se
desarrolla en relleno y en media ladera, especialmente aquellos en los que la carretera
presenta curvas orientadas al talud de relleno.
Con la finalidad de recolectar los flujos provenientes de las filtraciones del terreno adyacente
a la carretera y donde no ha sido posible la proyección de una estructura tipo cuneta, debido
a los rellenos de explanaciones, se ha previsto proyectar sistema de drenes en base a tubería
PVC de drenaje compuesto además de filtros de piedras y gravas que permitirán evacuar
dichos flujos hacia alcantarillas proyectadas o terreno natural según sea el caso.
El objetivo del sistema de drenaje transversal propuesto tiene como objetivo el de permitir el
paso del flujo inalterado de agua superficial presente en el ámbito de la carretera y que
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discurre en forma transversal a ésta. El agua superficial, principalmente proviene de fuentes

tales como quebradas, acequias, canales de riego, recolección del agua que cae sobre la
actual plataforma, etc. que discurren en sentido transversal a la carretera y que requieren ser
evacuadas por medio de apropiadas estructuras, a fin de conducirlos adecuadamente sin
afectar su estabilidad. El sistema de drenaje transversal se ha solucionado proyectando
estructuras tipo pontones, alcantarillas y badenes.
Para proteger los materiales de los taludes adyacentes a las obras de cruce importantes como
pontones de los procesos erosivos y con la finalidad de conducir adecuadamente los flujos
por debajo de dichas estructuras, se ha establecido la proyección de obras de protección y
encauzamiento cuya ubicación y características se presentan en el presente Estudio.
Se ha previsto la proyección de obras de sub drenaje con el objetivo de interceptar, conducir

y/o desviar los flujos sub superficiales (subterráneos) que se encuentran en el suelo de
fundación de la vía y/o provenientes de sistemas de riego y taludes adyacentes, ya que a lo
largo del tramo en estudio se han identificado sectores con presencia de inundaciones de
agua que se manifiestan con filtraciones sobre el pie del talud de corte y también presencia
de niveles freáticos altos que se manifiestan en la existencia de suelos saturados, esto último
debido principalmente al emplazamiento de áreas agrícolas a lo largo del desarrollo de la
carretera y a la escorrentía superficial que discurre libremente sobre los taludes superiores
proveniente de las precipitaciones pluviales, provocando la saturación de los materiales que
conforman dichos sectores adyacentes a la carretera.
Para el control de dichos problemas se ha propuesto la instalación de un sistema mixto de

recolección de aguas superficiales y aguas sub superficiales que permitan mitigar tales
efectos, las cuales se detallan en el Estudio y en los planos.
Con la finalidad de complementar el sistema de drenaje propuesto en la carretera, se ha

concebido la proyección de obras complementarias tales como: Revestimiento, reubicación,
reposición y demolición de canales existentes; emplazamiento de estructuras tipo sifón y, caja
cuneta que permitirán dar continuidad a las obras de riego existentes que serán afectadas por
el emplazamiento de la futura vía y la proyección de accesos vehiculares y peatonales como
parte complementaria al sistema de drenaje longitudinal tipo cunetas laterales.
Se adjuntan los diseños de las obras de drenaje y los resultados hidrológicos de los ríos
principales de la provincia de La Unión.

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Hace más de dos décadas la Corporación de Desarrollo de Arequipa (CORDEA) y la Ex Micro

Se realizó el análisis estadístico de las distribuciones probabilísticas de las precipitaciones

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En el tramo vial estudiado, se han identificado subcuencas que interceptan su alineamiento y

INVENTARIO DE SUBCUENCAS IDENTIFICADAS EN LAS CARTAS NACIONALES

01 Río Cotahuasi 0+000 @ 9+182 4510 14530 50

02 Rio Chococo 8+730 157 390 10

03 Quebrada Luicho 6+674 8 22 4

04 Quebrada Ocpe 3+153 1.5 4 1

05 Quebrada Ranrata 0+300 18 52 5

Asimismo, existen quebradas con superficies de aportación de reducida magnitud que no ha

RESULTADO DE CÁLCULOS HIDRÁULICOS EN PONTONES

El objetivo del estudio de Drenaje de la Carretera Tomepampa - Alca, Km 0+000 al Km 9+182,

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