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GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

PALCA - LA PAZ – BOLIVIA

2019

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

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ESTUDIO HIDROLOGICO

CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA – PINAYA TABLA DE CONTENIDO 1.

INTRODUCCION...............................................................................................................................3

2.

ALCANCES........................................................................................................................................5

3.

INFORMACIÓN DISPONIBLE............................................................................................................5

4.

METODOLOGÍA ADOPTADA............................................................................................................6 4.2.

Calculo Hidrológico..................................................................................................................6

4.3.

Periodos de Retorno................................................................................................................6

5.

6.

7.

8.

9.

INTENSIDAD DE LA CUENCA............................................................................................................7 a.

Parámetros climatológicos de las estaciones de la Zona.............................................................7

b.

Ecuación de Intensidad..............................................................................................................11 PARÁMETROS HIDROMORFOLÓGICOS DE LA CUENCA.................................................................15

6.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI....................................................................................................16

6.2.

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA................................................................................................17

6.3.

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA........................................................................................18

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN.......................................................................................................19 7.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI....................................................................................................19

7.2.

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA................................................................................................19

7.3.

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA........................................................................................19

COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO.................................................................................................20 8.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI....................................................................................................20

8.2.

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA................................................................................................21

8.3.

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA........................................................................................22

DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE DISEÑO.................................................................................23 9.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI....................................................................................................24

9.2.

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA................................................................................................24

9.3.

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA........................................................................................25

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................................................25

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CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA – PINAYA 1. INTRODUCCION El presente numeral comprende el Estudio Hidrológico para la proyección del Paquete de Puentes que conforman el Proyecto, los puentes mencionados están ubicados en los ríos de las cuencas del mismo nombre.  Puente Vehicular Tuhuacu, sobre el Rio Lampacachi  Puente Vehicular Milla Milla, sobre el Rio Jacha Jahuira  Puente Vehicular Pinaya, sobre el Rio Chuño Huarankha

Figura Nª 1: Mapa de Cuencas

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GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA El Municipio de Palca se ubica dentro la cuenca hidrográfica endorreica, la misma que contempla varias sub cuencas y microcuencas. Desde el punto de vista geológico el río Lampacachi y Jacha Jahuira se encuentra en un estado de madurez, es decir que ya configuro su periodo de excavación y tiene una suavización de su gradiente. En este estado de equilibrio, la cantidad de material gravoso se encuentra a agua arriba de la ubicación del puente, solo se encuentra material gravoso y arenoso en el sitio de emplazamiento de la estructura. La geología del puente Chuño Huarankha, presenta un estado juvenil, es un estado de evolución, en el sector de emplazamiento del puente aun presenta meandros, con variaciones serpenteadas que no definen el rio en su totalidad. Sobre la base de la Carta Geográfica Escala 1:50'000 elaborada por el Instituto Geográfico Militar, se ha definido la cuenca del río (cabecera) donde siendo este parte de una torrentera, el cual será motivo de análisis hidrológico, así como la definición de sus principales características morfométricas.

2. ALCANCES En el estudio se considera la recolección de datos de campo y los trabajos de gabinete, cuya cantidad y alcance es determinado en base a la envergadura del proyecto, en términos de su longitud y el nivel de riesgo considerado. El estudio comprenderá lo siguiente:    

 

 

Evaluación del estado actual de sitio de análisis. Visita a Campo, reconocimiento del lugar tanto en la zona y el estudio del aporte. Recolección y análisis de información hidrométrica, y meteorológica existente, esta información es proporcionada por entidades locales nacionales, por ejemplo, SENAMHI o entidades encargadas de la administración de los recursos hídricos del lugar. Caracterización hidrológica de la cuenca, considerada hasta el lugar donde se ubicará el puente, en base a la determinación de las características de la respuesta de la lluvia, escorrentía, y considerando aportes adicionales en la cuenca, se analizará la aplicabilidad de los distintos métodos de estimación, del caudal máximo. Selección de los métodos de estimación, del caudal máximo de diseño, para el cálculo del caudal máximo, a partir de datos de lluvia, se tienen; Método racional, métodos en base a hidrogramas unitarios, sintéticos, métodos empíricos, etc. Cuya aplicabilidad depende de las características de la cuenca; en caso de contarse con registro hidrométricos de calidad comprobada, puede efectuarse un análisis de frecuencias (Gumbel, Log Pearson Tipo III, Log – Normal, etc.) para seleccionar el mejor. Adicionalmente pueden corroborarse, los resultados mediante factores obtenidas a partir de un análisis regional. Evaluación de las estimaciones del caudal, máximo, elección del resultado. Determinación del período de retorno y la descarga máxima de diseño; el período de retorno dependerá, de la importancia de la estructura, y consecuencias de su falla, debiéndose garantizar un estándar, hidráulico mayor, para el diseño de la cimentación del puente que el

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 

usualmente requerido, para el dimensionamiento del área del flujo, a ser confinada del puente. Caracterización morfológica del cauce; es especialmente la determinación de la estabilidad, estática o dinámica, o inestabilidad del cauce, y así mismo, el aporte de escombros desde la cuenca. La determinación de las características físicas.

3. INFORMACIÓN DISPONIBLE Para el análisis hidrológico de las cuencas y diseño hidráulico de los puentes se dispuso de la siguiente información: Información Cartográfica  

Plano escala 1:50000, con detalle de la zona, con curvas de nivel cada 100m. Elaborado por el IGM. Considerado a objeto de realizar una delimitación del área de la cuenca e identificar detalladamente los afluentes respectivos de la cuenca. Planos a escala 1:50000, con detalle de poblaciones, cursos de agua, accesos camineros elaborados por el IGM. Considerados para la delimitación definitiva de la cuenca y el análisis del complejo suelo - cobertura en conjunto con la información geológica.

Información Hidrometeorológica   

Serie de valores de precipitaciones máximas en 24 horas (P24) a nivel anual. Esta información es obtenida de FUENTE SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGIA E HIDROLOGIA, REGIONAL LA PAZ, de las estaciones que tuvieran referidas en la zona de estudio. La información meteorológica seleccionada, corresponde a la Estación de Mecapaca, por tener la información más completa y cercana a la zona del proyecto.

Información Topográfica Perfil longitudinal y perfiles transversales en el área de emplazamiento del puente. Datos requeridos para la modelación hidráulica

4. METODOLOGÍA ADOPTADA A continuación, se presenta una descripción de la metodología adoptada:

4.2.   

Calculo Hidrológico

Construcción de información digital del terreno en base a planos cartográficos Definición de la cuenca hidrográfica del Río definida por las divisorias de agua alrededor de todos los tributarios de este curso. Determinación de las características morfológicas más importantes de la cuenca así definida: Superficie, Perímetro, Longitud del Curso Principal, Pendiente Media, Índices diversos, etc.

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Determinación de los tiempos hidrológicos característicos, en especial el tiempo de concentración del agua. El cálculo de escurrimientos máximos para diferentes períodos de retorno (T), será realizada por el método de Gumbel para precipitaciones intensas y de corta duración, a este fin se considerará el análisis estadístico de las Precipitaciones Máximas en 24 Hrs, aplicando el criterio de elección de una Función de Distribución de Probabilidades de Mejor Ajuste, la que será escogida en base al Test de Kolmogorov-Smirnov; los criterios del Hidrograma Unitario, serán aplicados a partir de las recomendaciones del Soil Conservation Service, para la relación Precipitación-Escorrentía.

4.3.

Periodos de Retorno

Siguiendo las recomendaciones del Manual de Administradora Boliviana de Carreteras de Bolivia, el diseño de diferentes obras estructurales, preferentemente Drenajes de Carreteras y camino, el mínimo Periodo de Retorno es señalado en la Tabla Siguiente:

Bajo estas consideraciones, los periodos de retorno considerados para los diseños son los siguientes: Tabla Nro. 1 Periodos de Retorno PERIODO DE RETORNO T (años) 2 100 150

DESCRIPCION Y UTILIZACION Nivel de Aguas Ordinario Diseño de la Estructura Nivel de Aguas Máximo Extraordinario Verificación de Nivel de Aguas, para garantizar la protección de

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5.

INTENSIDAD DE LA CUENCA

Debido a que solo se tiene una estación de referencia cercana a las cuencas en estudio, se determina uno solo ecuación de intensidad, la mismo será utilizada para el cálculo de caudales. a. Parámetros climatológicos de las estaciones de la Zona Dentro de la zona del proyecto la estación más cercana es la de Mecapaca, esta estación cuenta con información Precipitación Mensual y Precipitación en 24 Horas. Procesamiento de Cálculo La forma más expedita para el cálculo de caudales de crecida constituye la evaluación probabilística de los eventos medidos de caudal en las cuencas consideradas, sin embargo, la falta de mediciones de caudal durante un período largo de observación limita el procedimiento anotado, por lo que se deben emplear métodos indirectos para la obtención de los caudales indicados. Los modelos de precipitación - escurrimiento son empleados para calcular caudales extremos para eventos de precipitación extraordinarios o tormentas. Es fundamental en el empleo del modelo, conocer las condiciones fisiográficas de las cuencas involucradas. El conocimiento de las condiciones fisiográficas de la cuenca debe incorporar criterios de uso del suelo, tipo de vegetación, asentamientos humanos, etc. Series de Precipitaciones Máximas en 24 Hrs. Para el caso de la cuenca, se tiene como información de referencia más próximo los datos de precipitación de la estación meteorológica Pucarani. Debido a la falta de pluviógrafos en las estaciones próximas al sitio de proyecto, que permitan una determinación directa de las curvas de intensidad - duración - frecuencia, se trabajó sobre la base de registros de máximas precipitaciones diarias.

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GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Estación: Departamento: Provincia:

Mecapaca La Paz Murillo

Latitud Sud: 166711 Longitud Oeste: 680183 Altura m/s/n/m: 2680 DATOS: PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 Hrs. (mm)

AÑO 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 MAX

ENE **** 18.30 19.20 28.20 13.80 31.00 17.00 32.80 21.20 18.70 33.00 13.40 19.00 10.40 19.50 22.00 28.00 33.30 24.00 23.00 33.30

FEB **** 12.30 16.70 17.50 9.60 18.10 28.00 17.90 19.00 15.10 17.40 43.00 19.00 37.00 13.40 20.20 7.30 13.30 39.00 13.10 43.00

MAR 3.30 24.00 16.70 21.80 17.30 25.10 19.80 0.00 30.50 17.40 14.70 6.40 8.70 13.00 17.00 5.80 10.00 9.50 12.20 27.30 30.50

ABR 30.70 20.30 0.00 6.20 17.00 8.20 7.20 13.30 7.50 16.50 0.00 2.20 1.50 0.00 7.40 12.80 4.00 9.50 8.00 11.80 30.70

MAY 0.00 4.20 4.30 4.20 4.00 0.00 0.50 0.00 0.00 3.00 1.50 4.00 2.50 2.00 2.40 7.80 18.50 0.00 0.00 12.40 18.50

JUN 7.10 2.50 9.60 7.70 4.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.80 0.00 0.00 0.00 4.50 10.00 0.00 0.00 1.70 0.50 10.00

JUL 0.00 4.50 0.00 4.80 16.70 2.00 6.00 0.00 0.00 18.80 0.00 8.60 2.50 5.20 **** 4.40 0.00 7.40 1.50 **** 18.80

AGO 4.70 0.00 1.40 17.00 4.60 2.90 12.30 0.00 4.90 0.00 3.00 6.20 3.80 0.00 **** 7.80 7.50 5.00 10.00 **** 17.00

SEP 1.90 6.70 0.00 3.50 6.90 22.00 7.00 7.20 6.50 9.90 5.10 8.50 1.00 5.20 **** 1.00 7.50 12.00 10.20 **** 22.00

OCT 13.80 6.00 17.20 14.90 21.00 4.30 5.00 5.60 8.50 4.00 14.90 5.20 14.00 7.50 7.70 9.50 4.80 8.00 19.30 **** 21.00

NOV 20.70 11.50 3.00 1.20 5.50 2.80 11.20 15.70 36.80 18.30 7.00 8.20 0.00 6.00 18.80 9.00 10.80 21.00 4.50 **** 36.80

DIC ANUAL 12.50 30.7 12.00 24.0 18.50 19.2 21.50 28.2 25.50 25.5 19.20 31.0 25.50 28.0 9.70 32.8 12.70 36.8 34.00 34.0 17.90 33.0 19.40 43.0 26.70 26.7 30.00 37.0 12.50 19.5 20.00 22.0 12.80 28.0 9.00 33.3 13.70 39.0 **** 27.3 34.00 43.0

Estimación de la Precipitación Máxima Probable La precipitación máxima probable es aquella magnitud de lluvia que ocurre sobre una cuenca particular, en la cual generará un gasto de avenida, para el que virtualmente no existe riesgo de ser excedido. Los diversos procedimientos de estimación de la precipitación máxima probable no están normalizados, ya que varían principalmente con la cantidad y calidad de los datos disponibles; además, cambian con el tamaño de la cuenca, su emplazamiento y su topografía, con los tipos de temporales que producen las precipitaciones extremas y con el clima. Los métodos de estimación de fácil y rápida aplicación son los empíricos y el estadístico Aunque existe un número importante de distribuciones de probabilidad empleadas en hidrología, son sólo unas cuantas las comúnmente utilizadas, debido a que los datos hidrológicos de diversos tipos han probado en repetidas ocasiones ajustarse satisfactoriamente a un cierto modelo teórico. Las lluvias máximas horarias o diarias por lo común se ajustan bien a la distribución de valores extremos tipo I o Gumbel, a la Log-Pearson tipo III y a la gamma incompleta. En este proyecto se empleó la distribución Gumbel. Se trabajará con la serie anual de máximos correspondiente a la estación Mecapaca:

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GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Registros pluviométricos Estación Pucarani - Método Gumbel No

Año

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Mes Max. Precip. ABR MAR ENE ENE DIC ENE FEB ENE NOV DIC ENE FEB DIC FEB ENE ENE ENE ENE FEB MAR Suma

x

x

i

Precipitación (mm) xi (xi - x)^2 30.70 0.563 24.00 35.403 19.20 115.563 28.20 3.063 25.50 19.803 31.00 1.103 28.00 3.803 32.80 8.122 36.80 46.923 34.00 16.403 33.00 9.303 43.00 170.303 26.70 10.563 37.00 49.703 19.50 109.203 22.00 63.203 28.00 3.803 33.30 11.223 39.00 81.903 27.30 7.022 599.00 766.97



29.95

mm



6.35

mm

6 *s 

4.95

mm

u  x  0.5772 * 

27.09

mm

n

Sx 

n

  x  x

2

i

i 1

n 1 

Para el modelo de probabilidad:

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GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Según el estudio de miles de estaciones - año de datos de lluvia, realizado por L. L. Welss, los resultados de un análisis probabilístico llevado a cabo con lluvias máximas anuales tomadas en un único y fijo intervalo de observación, al ser incrementados en un 13% conducían a magnitudes más aproximadas a las obtenidas en el análisis basado en lluvias máximas verdaderas. Por lo tanto, el valor representativo adoptado para la cuenca será multiplicado por 1.13 para ajustarlo por intervalo fijo y único de observación. Cálculo de las láminas para distintas frecuencias Periodo Variable Retorno Reducida Años YT 2 0.3665 5 1.4999 10 2.2504 25 3.1985 50 3.9019 75 4.3108 100 4.6001 150 5.0073

Precip. Prob. de Corrección (mm) ocurrencia intervalo fijo XT'(mm) F(xT) XT (mm) 28.9063 0.5000 32.6641 34.5211 0.8000 39.0088 38.2385 0.9000 43.2095 42.9356 0.9600 48.5172 46.4201 0.9800 52.4547 48.4454 0.9867 54.7433 49.8789 0.9900 56.3631 51.8958 0.9933 58.6422

b. Ecuación de Intensidad Las relaciones o cocientes a la lluvia de 24 horas se emplean para duraciones de varias horas. D. F. Campos A. propone los siguientes cocientes: Valores concluidos para las relaciones a la lluvia de duración 24 horas Fuente: D. F. Campos A., 1978

Estos datos serán obtenidos como un porcentaje de los resultados de la precipitación máxima probable para 24 horas, para cada período de retorno, diferentes porcentajes de este valor según los tiempos de duración de lluvia adoptados.

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GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Precipitaciones máximas para diferentes tiempos de duración de Tiempo de Cociente Duración 24 hr X24 18 hr X18 = 91% 12 hr X12 = 80% 8 hr X8 = 68% 6 hr X6 = 61% 5 hr X5 = 57% 4 hr X4 = 52% 3 hr X3 = 46% 2 hr X2 = 39% 1 hr X1 = 30%

2 años 32.664 29.724 26.131 22.212 19.925 18.619 16.985 15.025 12.739 9.799

P.M.P. (mm) para diferentes tiempos de duración Sg. Periodo de Retorno 5 años 10 años 25 años 50 años 75 años 100 años 150 años 39.009 43.210 48.517 52.455 54.743 56.363 58.642 35.498 39.321 44.151 47.734 49.816 51.290 53.364 31.207 34.568 38.814 41.964 43.795 45.090 46.914 26.526 29.382 32.992 35.669 37.225 38.327 39.877 23.795 26.358 29.595 31.997 33.393 34.382 35.772 22.235 24.629 27.655 29.899 31.204 32.127 33.426 20.285 22.469 25.229 27.276 28.467 29.309 30.494 17.944 19.876 22.318 24.129 25.182 25.927 26.975 15.213 16.852 18.922 20.457 21.350 21.982 22.870 11.703 12.963 14.555 15.736 16.423 16.909 17.593

Basándose en los resultados de la anterior tabla, y los tiempos de duración adoptados, calculamos la intensidad equivalente para cada caso, según:

Intensidades de lluvia para diferentes tiempos de duración Tiempo de duración Hr min 24 hr 1440 18 hr 1080 12 hr 720 8 hr 480 6 hr 360 5 hr 300 4 hr 240 3 hr 180 2 hr 120 1 hr 60

2 años 1.3610 1.6514 2.1776 2.7765 3.3209 3.7237 4.2463 5.0085 6.3695 9.7992

Intensidad de la lluvia (mm /hr) según el Periodo de Retorno 5 años 10 años 25 años 50 años 75 años 100 años 150 años 1.6254 1.8004 2.0215 2.1856 2.2810 2.3485 2.4434 1.9721 2.1845 2.4528 2.6519 2.7676 2.8495 2.9647 2.6006 2.8806 3.2345 3.4970 3.6496 3.7575 3.9095 3.3157 3.6728 4.1240 4.4586 4.6532 4.7909 4.9846 3.9659 4.3930 4.9326 5.3329 5.5656 5.7303 5.9620 4.4470 4.9259 5.5310 5.9798 6.2407 6.4254 6.6852 5.0711 5.6172 6.3072 6.8191 7.1166 7.3272 7.6235 5.9814 6.6255 7.4393 8.0431 8.3940 8.6423 8.9918 7.6067 8.4259 9.4608 10.2287 10.6749 10.9908 11.4352 11.7026 12.9629 14.5552 15.7364 16.4230 16.9089 17.5927

La representación matemática de las curvas Intensidad - Duración - Período de retorno, Sg. Bernard es:

Donde:

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GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Realizando un cambio de variable:

De donde:

Realizando la regresión potencial para cada uno de los Periodos de Retorno con el respectivo tiempo de duración, se tiene las siguientes constantes: Periodo de Retorno (años) 2 5 10 25 50 75 100 150 Promedio =

Resumen de aplicación de regresión potencial Término ctte. de Coef. de regresión (d) regresión [ c ] 123.4875 -0.6164 147.4738 -0.6164 163.3548 -0.6164 183.4204 -0.6164 198.3063 -0.6164 206.9585 -0.6164 213.0822 -0.6164 221.6984 -0.6164 182.2227 -0.6164

En función del cambio de variable realizado, se realiza otra regresión de potencia entre las columnas del periodo de retorno (T) y el término constante de regresión (d), para obtener valores de la ecuación:

Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 8

x 2 5 10 25 50 75 100 150 417

Ln (A) = 4.7655

y 123.4875 147.4738 163.3548 183.4204 198.3063 206.9585 213.0822 221.6984 1457.7819

ln x ln y 0.6931 4.8161 1.6094 4.9937 2.3026 5.0959 3.2189 5.2118 3.9120 5.2898 4.3175 5.3325 4.6052 5.3617 5.0106 5.4013 25.6694 41.5028

A = 117.390

B=

Regresión potencial ln x*ln y (lnx)^2 3.3383 0.4805 8.0370 2.5903 11.7338 5.3019 16.7761 10.3612 20.6939 15.3039 23.0231 18.6407 24.6914 21.2076 27.0640 25.1065 135.3576 98.9925 0.1316

Termino constante de regresión (a) = 117.390 Coef. de regresión (b) = 0.1316

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 12

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Finalmente se tiene la ecuación de intensidad válida para la cuenca, el cual será empleado para el análisis de las tres cuencas:

0.1316

I

a *T tc

b

I=

117.390

* T 0.6164

t Donde: I = intensidad de precipitación (mm/hr) T = Periodo de Retorno (años) t = Tiempo de duración de precipitación (min)

Intensidad - Tiempo de duración - Período de retorno Tabla de intensidad - Tiempo de duración - Periodo de retorno Frecuencia Duración en minutos años 5 10 15 20 25 30 2 47.69 31.11 24.23 20.29 17.68 15.80 5 53.80 35.10 27.33 22.89 19.95 17.83 10 58.94 38.45 29.95 25.08 21.86 19.53 25 66.50 43.38 33.78 28.29 24.66 22.04 50 72.85 47.52 37.01 31.00 27.01 24.14 75 76.84 50.13 39.04 32.70 28.50 25.47 100 79.81 52.06 40.55 33.96 29.59 26.45 150 84.18 54.91 42.77 35.82 31.22 27.90 Tabla de intensidad - Tiempo de duración - Periodo de retorno (continuación...) Frecuencia años 35 40 45 50 55 60 2 14.37 13.24 12.31 11.54 10.88 10.31 5 16.21 14.93 13.89 13.01 12.27 11.63 10 17.76 16.36 15.21 14.26 13.44 12.74 25 20.04 18.46 17.16 16.08 15.17 14.38 50 21.95 20.22 18.80 17.62 16.62 15.75 75 23.16 21.33 19.83 18.59 17.53 16.61 100 24.05 22.15 20.60 19.30 18.20 17.25 150 25.37 23.37 21.73 20.36 19.20 18.20 t

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

c



0.77 0 .0 1 9 5 * L 0.385 S

Página: 13

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA

6. PARÁMETROS HIDROMORFOLÓGICOS DE LA CUENCA Según la formulación presentada continuación, se clasifica cada una de las cuencas de forma independiente: Indice de Compacidad

Ic  0 . 28 

P AC

8.14

Ic = Indice de compacidad. P = Perímetro de la cuenca en Km. Ac = Área de la cuenca en Km². Rectangulo Equivalente

Radio de Elongación

Factor de forma

Pendiente Media del Río

Indice de Pendiente

Alejamiento Medio

Lc = Longitud del curso principal en Km. Hmáx' = Altura máxima del curso en m.s.n.m. Hmín' = Altura mínima del curso en m.s.n.m.

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 14

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Valores de Ic 1.00 – 1.25

Forma Redonda a oval redonda

1.25 – 1.50

De oval redonda a oval oblonga

1.50 – 1.75

De oval oblonga a rectangular oblonga

Pendiente Tipo de Terreno Media (Ir) menor o igual a llano 2% 2 - 5% suave 5 - 10% accidentado medio 10 - 15% accidentado 15 - 20% fuertemente accidentado 20 - 50% escarpado mayor a 50% muy escarpado

6.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI DATOS DE ESTACION METEOROLOGICA FUENTE: REGIONAL: ESTACION: P. UTILIZADO:

SERVICIO NACIONAL DE METEROLOGÍA E HIDROLOGÍA LA PAZ MECAPACA 1998 a 2017

UBICACIÓN: Latitud Sud : 16º 34' 56" Longitud Oeste : 67º 55' 5" Altura [m.s.n.m] : 3455.00 DESCRIPCION DE LA CUENCA: CUENCA: ÁREA DE APORTE: LONGITUD: PERIMETRO: ELEV. MAXIMA: ELEV. MINIMA: PENDIENTE MEDIA:

RIO LAMPACACHI 43.04 [Km2] 10.24 [Km] 31.98 [Km] 5640.00 [m.s.n.m] 3455.00 [m.s.n.m] 0.213 [m/m]

10240

* RIO BAYETON es sub cuenca del RIO PALCA

Cuadro No. 1 - RESUMEN DE DATOS DE LA CUENCA Descripción RIO LAMPACACHI

Diferencia de altura

Area

Perímetro

Longitud

H max

H min

[km2]

[km]

[km]

[m]

[m]

43.04

31.98

10.24

5640.00

3455.00

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 15

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Cuadro No. 2 - PARAMETROS HIDROMORFOLOGICAS DEL LA CUENCA

Discripción

RIO LAMPACACHI

Indice de compacd Ic

1.365

Rectangulo equivalente L Mayor

Menor

12.566

3.426

Radio de Factor de elongación forma R Ff

0.585

3.425

Indice de Pendiente Ip

Pendiente Alejamiento media del Medio río Ir Am

17.388

21.338

1.915

ES UNA CUENCA DE OVAL REDONDA A OVAL OBLONGA, CON PENDIENTE ESCARPADO Ir =

6.2.

21.338 [%]

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA DATOS DE ESTACION METEOROLOGICA FUENTE: REGIONAL: ESTACION: P. UTILIZADO:

SERVICIO NACIONAL DE METEROLOGÍA E HIDROLOGÍA LA PAZ MECAPACA 1998 a 2017

UBICACIÓN: Latitud Sud : 16º 36' 9,1" Longitud Oeste : 67º 52' 9" Altura [m.s.n.m] : 3940.00 DESCRIPCION DE LA CUENCA: CUENCA: ÁREA DE APORTE: LONGITUD: PERIMETRO: ELEV. MAXIMA: ELEV. MINIMA: PENDIENTE MEDIA:

RIO JACHA JAHUIRA 20.79 [Km2] 8.79 [Km] 20.98 [Km] 5420.00 [m.s.n.m] 3900.00 [m.s.n.m] 0.173 [m/m]

8790

* RIO BAYETON es sub cuenca del RIO PALCA

Cuadro No. 1 - RESUMEN DE DATOS DE LA CUENCA Descripción RIO JACHA JAHUIRA

Diferencia de altura

Area

Perímetro

Longitud

[km2]

[km]

[km]

[m]

[m]

20.79

20.98

8.79

5420.00

3900.00

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

H max

H min

Página: 16

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA Cuadro No. 2 - PARAMETROS HIDROMORFOLOGICAS DEL LA CUENCA

Discripción

RIO JACHA JAHUIRA

Indice de compacd Ic

1.288

Rectangulo equivalente L Mayor

Menor

7.839

2.653

Radio de Factor de elongación forma R Ff

0.651

Indice de Pendiente Ip

2.652

Pendiente Alejamiento media del Medio río Ir Am

19.391

17.292

1.719

ES UNA CUENCA DE OVAL REDONDA A OVAL OBLONGA, CON PENDIENTE ESCARPADO Ir =

6.3.

17.292 [%]

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA DATOS DE ESTACION METEOROLOGICA FUENTE: REGIONAL: ESTACION: P. UTILIZADO:

SERVICIO NACIONAL DE METEROLOGÍA E HIDROLOGÍA LA PAZ MECAPACA 1998 a 2017

UBICACIÓN: Latitud Sud : 16º 38' 7,6" Longitud Oeste : 67º 51' 33" Altura [m.s.n.m] : 3848.00 DESCRIPCION DE LA CUENCA: CUENCA: ÁREA DE APORTE: LONGITUD: PERIMETRO: ELEV. MAXIMA: ELEV. MINIMA: PENDIENTE MEDIA:

RIO CHUÑO HUARANKHA 9.39 [Km2] 4.83 [Km] 13.40 [Km] 5600.00 [m.s.n.m] 3840.00 [m.s.n.m] 0.364 [m/m]

4830

* RIO BAYETON es sub cuenca del RIO PALCA

Cuadro No. 1 - RESUMEN DE DATOS DE LA CUENCA Descripción

Diferencia de altura

Area

Perímetro

Longitud

H max

H min

[km2]

[km]

[km]

[m]

[m]

13.40

4.83

5600.00

3840.00

RIO CHUÑO HUARANKHA 9.39

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 17

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA

Cuadro No. 2 - PARAMETROS HIDROMORFOLOGICAS DEL LA CUENCA

Discripción

RIO CHUÑO HUARANKHA

Indice de compacd Ic

1.224

Rectangulo equivalente L Mayor

Menor

4.704

1.997

Radio de elongación R

Factor de forma Ff

Indice de Pendiente Ip

0.730

1.996

37.411

Pendiente Alejamiento media del Medio río Ir Am

36.439

1.535

ES UNA CUENCA DE OVAL REDONDA A OVAL OBLONGA, CON PENDIENTE ESCARPADO Ir =

36.439 [%]

7. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN Existen muchas fórmulas propuestas para el cálculo del tiempo de concentración. Para el presente trabajo se aplicará la fórmula de Kirpisch, la cual fue desarrollada por el SCS en 1940 en base a cuencas rurales de alta pendiente.

L3 tc =0.0195∙ ∆H

0.385

[ ]

7.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI tc =

6.4.

8.

min

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA tc =

6.5.

43.28

41.72

min

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA tc =

19.75

min

COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO

Para la aplicación del Método Racional se requiere estimar un coeficiente de escorrentía que pueda reflejar el porcentaje de escurrimiento real para una lluvia dada. El método empleado es SRH, SCSUS, PREVET, NADAL.

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 18

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA

8.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI

1. Método de los recursos hídricos (SRH)

Precicitación media anual:

Cuadro No. 5 - Coeficiente C (SRH) Parám . del suelo - cobertura

Pm = 405.5 mm

Coeficiente escorrentía, si k < 0.15

k

Barbechos, en descanso, desnudos

0.28

Cultivos en hilera

0.24

Legumbres o rotación de pradera

0.24

Granos pequeños

0.30

Pastizal del 50% al 75% cubierto

0.30

Bosque < 25% cubierto

0.22

Pradera permanente SUMA

0.18 0.25

C

k  (Pm  250) 2000

C : Coeficiente de escorrentía

|

Pm: Precipitación madia anual [mm] C = 0.020 No usar

k: Constante de suelo cubertura

Coeficiente escorrentía, si k > 0.15 C : Coeficiente de escorrentía Pm: Precipitación madia anual [mm] k: Constante de suelo cubertura C=

0.17

Usar

2. Metodo servico de conservacion de suelos (SCSUS) Cuadro No. 6 - Coeficiente C (SCSUS) Descripción

C prom

C'

Factor topografía

0.1

Factor suelos

0.2

Factor cobertura Topografía llana Topografía ondulada Topografía accidentada

0.1 0.4 0.3 0.6

Fs = Cf =

0.85

0.87

Ct = 0.4333

3. Metodo de Prevert (PREVET)

Coeficiente de Escorrentía

A = 43.04 km2

C=

P24h =

0.32

43.00 mm

Cuadro No. 7 - Coeficiente C (PREVET) Uso del suelo

Textura del suelo

pend. %

L - Are L -Arc

Arc

C'

% Area

C

0-5

0.1

0.4

0.6

0.4

25.0

0.1

5 - 10

0.4

0.6

0.6

0.5

25.0

13.0

10 - 30

0.7

0.1

0.2

0.3

0.0

0.0

> 30

0.4

0.5

0.6

0.5

0.0

0.0

0-5

0.4

0.5

0.5

0.4

15.0

6.4

5 - 10

0.3

0.4

0.6

0.3

10.0

3.0

10 - 30

0.4

0.5

0.7

0.4

15.0

5.3

> 30 0-5 5 - 10 Cultivos agrícolas 10 - 30 > 30

0.4 0.3 0.4 0.5 0.5

0.5 0.5 0.8 0.7 0.7

0.8 0.6 0.9 0.8 0.8

0.5 0.3 0.7 0.7 0.7

0.0 10.0 0.0 0.0 0.0

0.0 3.0 0.0 0.0 0.0

Bosque

Pastizal

4. Formula de NADAL

A = 43.04 km2

Pm =

C prom

0.31

405.5 mm

Cuadro No. 8 - Coeficiente C (NADAL) Caracteristicas

k1 =

2.13

Factor de la lluvia media anual

k2 =

0.75

Factor de la pendiente y de la permeabilidad del suelo

k3 =

1.35

C=

0.33

Coeficiente de Escorrentía Promedio

6.6.

k NADAL

Factor de extensión de la cuenca

Coeficiente de escorrentía

C  0.25  (k1  k 2  k 3 C=

0.54

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 19

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA

CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA METODO: SRH, SCSUS, PREVET, NADAL

1. Método de los recursos hídricos (SRH)

Precicitación media anual:

Cuadro No. 5 - Coeficiente C (SRH) Parám . del suelo - cobertura

Pm = 405.5 mm

Coeficiente escorrentía, si k < 0.15

k

Barbechos, en descanso, desnudos

0.28

Cultivos en hilera

0.24

Legumbres o rotación de pradera

0.24

Granos pequeños

0.30

Pastizal del 50% al 75% cubierto

0.30

Bosque < 25% cubierto

0.22

Pradera permanente SUMA

0.18 0.25

C

k  (Pm  250) 2000

C : Coeficiente de escorrentía

|

Pm: Precipitación madia anual [mm] C = 0.020 No usar

k: Constante de suelo cubertura

Coeficiente escorrentía, si k > 0.15 C : Coeficiente de escorrentía Pm: Precipitación madia anual [mm] k: Constante de suelo cubertura C=

0.17

Usar

2. Metodo servico de conservacion de suelos (SCSUS) Cuadro No. 6 - Coeficiente C (SCSUS) Descripción

C prom

C'

Factor topografía

0.1

Factor suelos

0.2

Factor cobertura Topografía llana Topografía ondulada Topografía accidentada

0.1 0.4 0.3 0.6

Fs = Cf =

0.85

0.87

Ct = 0.4333

Coeficiente de Escorrentía

3. Metodo de Prevert (PREVET)

A = 20.79 km2

C=

P24h =

0.32

43.00 mm

Cuadro No. 7 - Coeficiente C (PREVET) pend.

Uso del suelo

%

Textura del suelo L - Are L -Arc

Arc

C'

% Area

C

0-5

0.1

0.4

0.6

0.4

25.0

0.1

5 - 10

0.4

0.6

0.6

0.5

25.0

13.0

10 - 30

0.7

0.1

0.2

0.3

0.0

0.0

> 30

0.4

0.5

0.6

0.5

0.0

0.0

0-5

0.4

0.5

0.5

0.4

15.0

6.4

5 - 10

0.3

0.4

0.6

0.3

10.0

3.0

10 - 30

0.4

0.5

0.7

0.4

15.0

5.3

> 30 0-5 5 - 10 Cultivos agrícolas 10 - 30 > 30

0.4 0.3 0.4 0.5 0.5

0.5 0.5 0.8 0.7 0.7

0.8 0.6 0.9 0.8 0.8

0.5 0.3 0.7 0.7 0.7

0.0 10.0 0.0 0.0 0.0

0.0 3.0 0.0 0.0 0.0

Bosque

Pastizal

4. Formula de NADAL

A = 20.79 km2

Pm =

C prom

0.31

405.5 mm

Cuadro No. 8 - Coeficiente C (NADAL) Caracteristicas Factor de extensión de la cuenca

k1 =

2.26

Factor de la lluvia media anual

k2 =

0.75

Factor de la pendiente y de la permeabilidad del suelo

k3 =

1.35

C=

0.34

Coeficiente de Escorrentía Promedio

6.7.

k NADAL

Coeficiente de escorrentía

C  0.25  (k1  k 2  k 3 C=

0.57

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 20

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA

1. Método de los recursos hídricos (SRH)

Precicitación media anual:

Cuadro No. 5 - Coeficiente C (SRH) Parám . del suelo - cobertura

Pm = 405.5 mm

Coeficiente escorrentía, si k < 0.15

k

Barbechos, en descanso, desnudos

0.28

Cultivos en hilera

0.24

Legumbres o rotación de pradera

0.24

Granos pequeños

0.30

Pastizal del 50% al 75% cubierto

0.30

Bosque < 25% cubierto

0.22

Pradera permanente SUMA

0.18 0.25

C

k  (Pm  250) 2000

C : Coeficiente de escorrentía

|

Pm: Precipitación madia anual [mm] C = 0.020 No usar

k: Constante de suelo cubertura

Coeficiente escorrentía, si k > 0.15 C : Coeficiente de escorrentía Pm: Precipitación madia anual [mm] k: Constante de suelo cubertura C=

0.17

Usar

2. Metodo servico de conservacion de suelos (SCSUS) Cuadro No. 6 - Coeficiente C (SCSUS) Descripción

C prom

C'

Factor topografía

0.1

Factor suelos

0.2

Factor cobertura Topografía llana Topografía ondulada Topografía accidentada

0.1 0.4 0.3 0.6

Fs = Cf =

0.85

0.87

Ct = 0.4333

Coeficiente de Escorrentía

3. Metodo de Prevert (PREVET)

A=

9.39

km2

C=

P24h =

0.32

43.00 mm

Cuadro No. 7 - Coeficiente C (PREVET) Uso del suelo

pend. %

Textura del suelo L - Are L -Arc

Arc

C'

% Area

C

0-5

0.1

0.4

0.6

0.4

25.0

0.1

5 - 10

0.4

0.6

0.6

0.5

25.0

13.0

10 - 30

0.7

0.1

0.2

0.3

0.0

0.0

> 30

0.4

0.5

0.6

0.5

0.0

0.0

0-5

0.4

0.5

0.5

0.4

15.0

6.4

5 - 10

0.3

0.4

0.6

0.3

10.0

3.0

10 - 30

0.4

0.5

0.7

0.4

15.0

5.3

> 30 0-5 5 - 10 Cultivos agrícolas 10 - 30 > 30

0.4 0.3 0.4 0.5 0.5

0.5 0.5 0.8 0.7 0.7

0.8 0.6 0.9 0.8 0.8

0.5 0.3 0.7 0.7 0.7

0.0 10.0 0.0 0.0 0.0

0.0 3.0 0.0 0.0 0.0

Bosque

Pastizal

4. Formula de NADAL

A=

9.39

km2

Pm =

C prom

0.31

405.5 mm

Cuadro No. 8 - Coeficiente C (NADAL) Caracteristicas

k NADAL

Factor de extensión de la cuenca

k1 =

2.33

Factor de la lluvia media anual

k2 =

0.75

Factor de la pendiente y de la permeabilidad del suelo

k3 =

1.35

C=

0.35

Coeficiente de Escorrentía Prom edio

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Coeficiente de escorrentía

C  0.25  (k1  k 2  k 3 C=

0.59

Página: 21

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA

9. DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE DISEÑO Para el presente proyecto, se ha considerado la determinación de los caudales de diseño para diferentes períodos de retorno mediante el método de la Fórmula Racional. Método de la Fórmula Racional Básicamente en el método se formula que el caudal máximo de escorrentía es directamente proporcional a la intensidad máxima de la lluvia para un período de duración igual al tiempo de concentración, y al área de la cuenca. El tiempo de concentración representa el tiempo que demora una partícula de agua para trasladarse del punto más remoto de la cuenca hasta el punto de desagüe o control. Cuando haya transcurrido este tiempo toda la cuenca estará contribuyendo a formar el caudal de la escorrentía que tendrá en consecuencia un valor máximo. La Fórmula Racional tiene la siguiente expresión:

Q=2 .78∗C⋅I⋅A Dónde:

Q= C= I= A=

(27)

caudal máximo de escorrentía en lt/seg coeficiente de escorrentía intensidad máxima de duración igual al tiempo de concentración y para el período de retorno elegido en mm/hr área de la cuenca en Ha.

En la concepción de la Fórmula Racional se aceptan dos hipótesis importantes:  La precipitación ocurre con una intensidad uniforme durante un tiempo igual o mayor que el tiempo de concentración y que la intensidad de la precipitación es uniforme sobre toda el área de la cuenca.  El valor del coeficiente de escurrimiento C, varía según las características físicas y topográficas de la cuenca y según el tipo de cubierta vegetal.  La frecuencia “i” se escoge teniendo en cuenta la finalidad de la estructura que se va a proyectar y los riesgos que implicaría una falla en dicha estructura.

9.1.

CUENCA RIO LAMPACACHI

Con todos los parámetros obtenidos se procede con el cálculo de la relación de Caudales de Diseño para los diferentes Períodos de Retorno considerados, tal como se muestran a continuación:

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 22

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA ESTACION MECAPACA

a 117.39

Parámetros determinados b c 0.1316 0.6164

Tabla Nº 15: Caudales de Diseño PERIODO DE RETORNO T (años) 100 150 4304.00 43.28 0.330 12.61 21.10 22.25 49784.93 83307.17 87873.11 49.78 83.31 87.87 2

Área (Ha): Tiempo de concentración, tc (min): Coeficiente de escorrentía, C: Intensidad de lluvia, i (mm/hr): Cauda de Diseño, Q (lt/seg): Cauda de Diseño, Q (m 3 /seg):

6.8.

CUENCA RIO JACHA JAHUIRA

Con todos los parámetros obtenidos se procede con el cálculo de la relación de Caudales de Diseño para los diferentes Períodos de Retorno considerados, tal como se muestran a continuación: ESTACION MECAPACA

Parámetros determinados a b c 117.39 0.1316 0.6164

Tabla Nº 15: Caudales de Diseño

Área (Ha): Tiempo de concentración, tc (min): Coeficiente de escorrentía, C: Intensidad de lluvia, i (mm/hr): Cauda de Diseño, Q (lt/seg): Cauda de Diseño, Q (m 3 /seg):

6.9.

PERIODO DE RETORNO T (años) 2 100 150 2079.00 41.72 0.340 12.90 21.58 22.76 25342.66 42406.91 44731.17 25.34 42.41 44.73

CUENCA RIO CHUÑO HUARANKHA

Con todos los parámetros obtenidos se procede con el cálculo de la relación de Caudales de Diseño para los diferentes Períodos de Retorno considerados, tal como se muestran a continuación:

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

Página: 23

GOBIERNO AUTONOMO MUNICIPAL DE PALCA ESTACION MECAPACA

a 117.39

Parámetros determinados b c 0.1316 0.6164

Tabla Nº 15: Caudales de Diseño PERIODO DE RETORNO T (años) 100 150 939.00 19.75 0.350 20.45 34.22 36.10 18685.15 31266.63 32980.31 18.69 31.27 32.98 2

Área (Ha): Tiempo de concentración, tc (min): Coeficiente de escorrentía, C: Intensidad de lluvia, i (mm/hr): Cauda de Diseño, Q (lt/seg): Cauda de Diseño, Q (m 3 /seg):

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se ha realizado el estudio hidrológico de las cuencas, incluido su respectiva caracterización hidrológica de la cuenca Se ha realizado la estimación de caudales de crecida obtenidos a través de Métodos Racional, con periodos de retornó de T=2, T=100 y T=200 años.

ESTUDIO HIDROLOGICO “CONSTRUCCION PUENTE VEHICULAR TUHUACU – MILLA MILLA - PINAYA”

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