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ESTUDIOS Y DISEÑOS NECESARIOS PARA EL MEJORAMIENTO DE VÍAS URBANAS DE LA CIUDAD DE BARRANCABERMEJA TRAMO N° 6. FASE 1: Pozo siete con la intersección con la calle 50 barrio el Progreso hasta el cruce con la transversal 42ª Sobre la calle 52ª desde la intersección entre la transversal 42ª y la carrera 44 sobre las urbanizaciones Tierra dentro etapa 1 y 2 hasta el cruce de la 52ª hasta la carrera 37 INFORME: HIDRAULICO Y HIDROLOGICO. ELABORADO POR: UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER PRESENTADO AL: ALCALDIA DE BARRANCABERMEJA MARZO DE 2011 BUCARAMANGA

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ESTUDIOS Y DISEÑOS NECESARIOS PARA EL MEJORAMIENTO DE VÍAS

URBANAS DE LA CIUDAD DE BARRANCABERMEJA

TRAMO N° 6. FASE 1:

Pozo siete con la intersección con la calle 50 barrio el Progreso hasta el cruce con la transversal 42ª

Sobre la calle 52ª desde la intersección entre la transversal 42ª y la carrera 44 sobre las urbanizaciones Tierra dentro etapa 1 y 2 hasta el cruce de la 52ª hasta la

carrera 37

INFORME: HIDRAULICO Y HIDROLOGICO.

ELABORADO POR: UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

PRESENTADO AL: ALCALDIA DE BARRANCABERMEJA

MARZO DE 2011 BUCARAMANGA

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Estudios y diseños necesarios para el mejoramiento de vías urbanas de la ciudad de

Barrancabermeja

TRAMO N° 6. FASE 1:

Pozo siete con la intersección con la calle 50 barrio el Progreso hasta el cruce con la transversal 42ª

Sobre la calle 52ª desde la intersección entre la transversal 42ª y la carrera 44

sobre las urbanizaciones Tierra dentro etapa 1 y 2 hasta el cruce de la 52ª hasta la carrera 37

Elaborado para La alcaldía municipal de Barrancabermeja

Alcalde: Ingeniero Carlos Alberto Contreras

Universidad Industrial de Santander

Grupo de Investigación Geomática, Gestión y Optimización de Sistemas

Director General: Hernán Porras Díaz, M.Sc, Ph.D.

Coordinador: Eduardo Castañeda, M.Sc, Ph.D

Elaboro: Héctor Torres Ortiz

Bucaramanga, Marzo de 2011

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INFORME HIDROLOGICO E HIDRAULICO i

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1

2. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO ............................................................................. 3

2.1 CLIMA ................................................................................................................. 4

3. CALCULOS HIDRAULICOS ....................................................................................... 5

3.1 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO ........................................................ 5

3.1.1 Generalidades. ............................................................................................. 5

3.1.2 Coeficiente de rugosidad de Manning (N). .................................................... 5

3.1.3 Pendiente del conducto (S). .......................................................................... 6

3.1.4 Dimensionamiento de la sección del conjunto. ............................................ 6

3.1.5 Velocidades permisibles en los conductos. ................................................... 7

3.2 DISEÑO DEL ALCANTARILLADO PLUVIAL ....................................................... 7

3.2.1 Evaluación del caudal de diseño Pluvial ....................................................... 7

3.2.2 Coeficiente de escorrentía (C) ...................................................................... 8

3.2.3 Curvas Intensidad Duración Frecuencia. ...................................................... 9

3.2.4 Área de drenaje (A) .................................................................................... 12

3.3 ANÁLISIS DE CAUDAL ..................................................................................... 12

4. DISEÑO HIDRAULICO. ............................................................................................ 14

4.1 DISEÑO HIDRAULICO DE SUMIDEROS. ......................................................... 14

4.1.1 Consideraciones para su proyección .......................................................... 14

4.1.2 Capacidad del sumidero ............................................................................. 14

4.2 DISEÑO HIDRAULICO DE CUNETAS. ............................................................. 19

4.2.1 Cuneta principal (PR 1+680 al PR 1+840) .................................................. 19

4.3 DISEÑO HIDRAULICO DE FILTROS. ............................................................... 20

4.3.1 Caudal de infiltración. ................................................................................. 21

4.3.2 Caudal por abatimiento de nivel freático: .................................................... 21

4.3.3 Calculo de dimensiones del filtro: ............................................................... 22

4.3.4 Evaluación de geotextil a usar en el filtro: ................................................... 23

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 25

6. ANEXO 1 .................................................................................................................. 26

7. ANEXO 2 .................................................................................................................. 27

8. ANEXO 3 .................................................................................................................. 28

9. ANEXO 4 .................................................................................................................. 29

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INFORME HIDROLOGICO E HIDRAULICO ii

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Coeficientes de Manning para materiales. ........................................................... 6

Tabla 2. Velocidad mínima para tuberías de alcantarillado. ............................................... 7

Tabla 3. Velocidad y fuerza tractiva mínima para tuberías de alcantarillado. ..................... 7

Tabla 4. Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado. .............................................. 7

Tabla 5. Coeficiente de escorrentía. .................................................................................. 8

Tabla 6. Precipitación máxima en 24 horas para la estación Campo Capote empleando la

Distribución log Pearson Tipo III ........................................................................................ 9

Tabla 7. Periodosde diseño. ............................................................................................ 11

Tabla 8. Análisis hidrológico para obras propuestas. ...................................................... 13

Tabla 9. Chequeo de sumideros. ..................................................................................... 16

Tabla 10. Calculo sistema de pozos de recolección de aguas lluvias. ............................. 16

Tabla 11.Valor de infiltración de carpeta asfáltica. ........................................................... 21

Tabla 12.Valor de retención en función de tipo de agregado. .......................................... 21

Tabla 13.Normas que debe cumplir el geotextil. .............................................................. 24

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INFORME HIDROLOGICO E HIDRAULICO iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Ubicación general de proyecto ............................................................................ 3

Figura 2.Localización vía en estudio. ................................................................................. 4

Figura 3. Curvas IDF, Estación El Centro. ....................................................................... 11

Figura 4. Sección típica para tubería de entrega. ............................................................. 17

Figura 5. Planta general descole de entrega. ................................................................... 18

Figura 6. Perfil longitudinal descole de entrega. ............................................................... 18

Figura 7. Sección transversal descole de entrega. ........................................................... 19

Figura 9. Cuneta propuesta junto al talud. ...................................................................... 20

Figura 9. Grafica de velocidad de flujo vs pendiente de subdren y tipo de agregado. ..... 23

Figura 10. Sección de filtro propuesta. ............................................................................. 23

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 1

1. INTRODUCCIÓN

La UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER realizará para la ALCALDIA

MUNICIPAL DE BARRANCABERMEJA en un proyecto MUNICIPAL, un estudio hidráulico

que fue divido en dos sectores, el primer tramo está Sobre la avenida Pozo 7 con la

intersección con la calle 50 pasando sobre el barrio el Progreso, conectando la transversal

43 c hasta el cruce con la trasversal 42 A y el según tramo Sobre la calle 52ª desde la

intersección entre la trasversal 42ª y la carrera 44 sobre las urbanizaciones Tierra adentro

etapa 1 y 2 hasta el cruce de la 52ª hasta la carrera 37. El proyecto está ubicado al

suroriente del municipio de Barrancabermeja en el departamento de Santander, sirviendo

como complemento esencial al proyecto base que busca desarrollar el mejoramiento del

corredor vial que comunica las zonas mencionadas, para beneficio muto en los aspectos

político, social, cultural comercial y turístico.

El presente informe contiene los resultados de las investigaciones que permitan dar un

adecuado manejo de las aguas lluvias y subterráneas de la vía que comunica a los

sectoresantes mencionados en el departamento de Santander, estos diseños presentados

por la consultoría son con base en estudios hidrológicos e hidrológicos de las cuencas y

obras existentes que intervienen el corredor vial.

Para el desarrollo de los diferentes aspectos hidráulicos e hidrológicos se consideró tanto

la banca existente como la proyectada. Mediante el reconocimiento en campo se

definieron las características físicas del afirmado existente así como también la

identificación de sectores de drenaje existentes.

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 3

2. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO

El tramo en estudio se encuentra localizado en el municipio de Barrancabermeja

Departamento de Santander, ubicado sobre la Comuna 3 (Norte) del Municipio,

beneficiando los siguientes lugares:

Urbanización El Cortijillo.

Ciudadela Pipaton

Barrió Jerusalén

Barrió San Judas

En la imagen se puede apreciar la localización general de la zona objeto de estudio y

levantamiento topográfico. En color sombreado se da a conocer la ubicación de la

Comuna.

Figura 1.Ubicación general de proyecto

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 4

El tramo en estudio corresponde a un corredor para una víaurbana de aproximadamente

1860 metros,cuyo terreno es en su mayoría plano sin alguna elevación en el eje de la vía

con un descenso hacia el sitio conocido como pozo 7,con viviendas en ambos lados de la

calzada.

Figura 2.Localización vía en estudio.

2.1 CLIMA

El sector urbano de Barrancabermeja se localiza ecológicamente en el bosque húmedo

tropical. El piso térmico sobre el cual se encuentra el lote estudiado, es cálido húmedo

con variaciones importantes de temperatura.

Las principales características del clima de la zona son las siguientes:

Temperatura: Presenta una temperatura media alrededor de 28º C.

Precipitación: La lluvia se caracteriza por presentar un comportamiento anual bimodal

bien definido así: Los períodos lluviosos se presentan en Abril, Mayo y Junio durante el

primer semestre y en Septiembre, Octubre y Noviembre con un período seco entre los

meses de Diciembre y Enero. La precipitación anual promedio es superior a 2.300 mm.

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 5

La humedad ambiental es alta y el suelo se satura parcialmente durante las temporadas

de lluvias y se seca durante la temporada sin lluvias. Sin embargo, las lluvias no

modifican sustancialmente la localización del nivel freático.

3. CALCULOS HIDRAULICOS

A continuación se realizara el cálculo y revisión hidráulica de cada uno de los sumideros y

alcantarillas existentes y proyectados según los planos de diseño presentados, el análisis

consistió en estimar para cada obra existente una pendiente de la vía y evaluar el caudal

captado por la obra hidráulica existente para cada sector en particular y así con estos

aportes realizar los cálculos hidráulicos de cada tramo con sus respectivos análisis:

Para el diseño hidráulico como se explicó anteriormente se definió el bombeo de cada una

de las vías y su pendiente, se buscaron las cotas más bajas de cada sector y ahí se

propusieron los sumideros de captación lateral y se chequeo las alcantarillas existentes,

después se estableció el caudal que puede captar ese sumidero y se revisó

hidráulicamente el tramo proyectado que cumpliera con las relaciones hidráulicas.

Se presentan los cálculos de sumideros y el chequeo de alcantarillas proyectados y los

parámetros de diseño hidráulico.

3.1 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO

3.1.1 Generalidades.

El funcionamiento hidráulico en las obras hidráulicas obedece a flujos no permanentes

con algunos afloramientos de niveles freáticos de los taludes generando flujos

gradualmente variados; pero dadas las condiciones de evaluación de los caudales del

proyecto y como simplificación del diseño de alcantarillado, el procedimiento de cálculo se

basará en suponer que el flujo es permanente y uniforme en el conducto, y como tal su

análisis se puede aproximar utilizando la fórmula de Manning.

3.1.2 Coeficiente de rugosidad de Manning (N).

El coeficiente de rugosidad (N) de la fórmula de Manning, depende de las características

del conducto. Se proyectó la red de alcantarillado como un colector en tubería de pvc y

tubos de alcantarillas en concreto con los diámetros encontrados en los cuadros de

cálculo y los planos de diseño.

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 6

MATERIAL “N” DE MANNING

Tubería de Cloruro de Polivinilo (PVC)

0.01

Tubería de concreto 0.013

Tabla 1. Coeficientes de Manning para materiales.

3.1.3 Pendiente del conducto (S).

La pendiente de batea del conducto se seleccionó de tal manera que se ajuste a la

topografía del terreno, que cumpla con las velocidades permisibles para el caudal de

diseño del tramo y que pueda llegar a dar nivel al pozo proyectado o existente donde se

proyecta la entrega. En alcantarillas existentes que no cumplan con capacidad se

remplazaran por obras nuevas con pendientes longitudinales del 2%.

3.1.4 Dimensionamiento de la sección del conjunto.

El Dimensionamiento de la sección del conjunto se hará con base en la fórmula de

Manning, utilizando los valores de caudal (Q), rugosidad (N) y pendientes(S) escogidas.

La relación del caudal de diseño con la de tubo lleno (Q/Qo), será de 0.90 máximo.

El diámetro mínimo según las Normas de la CDMB para alcantarillados pluviales será de

10 pulgadas y para alcantarillas en concreto es de 36”.

Una vez estimada la velocidad media (V) y la profundidad hidráulica (D) se calculará el

número de Froude (F), mediante la siguiente fórmula.

Donde,

V: Velocidad media en m/seg.

D: Profundidad hidráulica en metros

g : Aceleración de la gravedad, igual 9.81 m/seg2

Con el número de Froude (F) se podrá establecer si el régimen es subcrítico (F<0.90) o

supercrítico (F>1.10), condición que servirá de base para el análisis hidráulico en la unión

de colectores.

Dg

VF¨

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 7

Para evitar flujo inestable en los conductos, el número de Froude debe ser menor de 0.90

o mayor de 1.10.

3.1.5 Velocidades permisibles en los conductos.

3.1.5.1 Velocidades mínimas.

La revisión de la velocidad mínima de un tramo de alcantarillado debe cumplir las

siguientes condiciones:

La velocidad mínima a tubo lleno (Vo) en cualquier material será mayor de:

Tipo de alcantarillado Vo (m/seg)

Pluvial 1

Tabla 2. Velocidad mínima para tuberías de alcantarillado.

Los valores mínimos permisibles de velocidad media (V), y Fuerza Tractiva (Ft) serán

Tipo de alcantarillado V mínima (m/seg)

Ft

(K/m2

Pluvial 0.7 0.35

Tabla 3. Velocidad y fuerza tractiva mínima para tuberías de alcantarillado.

3.1.5.2 Velocidades máximas.

Los valores máximos permisibles para la velocidad media en los conductos en función del

material serán los siguientes:

Material V máxima

(m/seg)

P.V.C. 10

Concreto 4.5

Tabla 4. Velocidad máxima para tuberías de alcantarillado.

3.2 DISEÑO DEL ALCANTARILLADO PLUVIAL

3.2.1 Evaluación del caudal de diseño Pluvial

La estimación de los caudales para el sistema del alcantarillado pluvial se hará utilizando

el Método Racional que matemáticamente se expresa así:

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 8

Dónde:

Q: Descarga estimada en un sitio determinado en litros por segundo (lps).

C: Coeficiente de escorrentía.

I: Intensidad de la lluvia en litros por segundo por hectárea (lps/ha), para una duración

igual al tiempo de concentración de la cuenca (Tc), y para una frecuencia o período de

retorno determinado (F)

A: Área de drenaje en hectáreas (ha)

3.2.2 Coeficiente de escorrentía (C)

El coeficiente de escorrentía es función del tipo de suelo, la impermeabilización de la

zona, la pendiente del terreno, y otros factores que determinan la fracción de lluvia que se

convierte en escorrentía.

Tipo de superficie C

Cubiertas 0,75-0,95

Pavimentos asfálticos y superficies de concreto 0,70-0,95

Vías adoquinadas 0,70-0,85

Zonas comerciales o industriales 0,60-0,95

Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras

0,75

Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre éstos

0,60-0,75

Residencial unifamiliar, con casas contiguas y predominio de jardines

0,40-0,60

Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados

0,45

Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios

0,30

Laderas sin vegetación 0,60

Laderas con vegetación 0,30

Parques recreacionales 0,20-0,35

Tabla 5. Coeficiente de escorrentía.

AICQ

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 9

Para el proyecto se estima un coeficiente de escorrentía de C=0.80 por ser este un

desarrollo residencial con casas contiguas y predominio de zonas duras, y en las zonas

verdes el C= 0.35

3.2.3 Curvas Intensidad Duración Frecuencia.

Las curvas IDF se obtuvieron a partir de información de precipitación máxima en 24 horas

obtenida de la estación, a partir de la metodología propuesta por Silva. Con este fin se

obtuvo la serie anual de precipitación máxima en 24 horas de cada estación y se efectuó

un análisis de frecuencia empleando el programa SMADA, para obtener las

precipitaciones máximas en 24 horas para diferentes periodos de retorno.

Los valores de precipitación máxima en 24 horas para la estación El Centro, esta estación

se considera representativa para describir el régimen de precipitación de la vía en estudio,

puesto que es la más cercana de las disponibles. Se eligió la distribución log. Pearson

Tipo III como la que mejor describe los datos disponibles.

Pearson III

TR PREDICCION mm.

200 143.22

100 141.19

50 139.65

25 137.46

10 132.37

5 127.08

3 120.18

2 111.17

Tabla 6. Precipitación máxima en 24 horas para la estación Campo Capote empleando la Distribución log Pearson Tipo III

Para construir las curvas IDF se aplicó la metodología propuesta por Gustavo Silva, para

obtener curvas sintéticas a partir de los datos de precipitación máxima en 24 horas. En

esta metodología se emplea una expresión de la forma:

nbt

Ki

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 10

Dónde:

I: intensidad de diseño en mm/h

K: constante para cada periodo de retorno evaluado

t: duración en minutos

b y n constantes, en este estudio se ha tomado valores de b=10 min y

n=0.543.

Para determinar la constante K, se debe conocer la relación entre la lluvia máxima en 1

hora y la lluvia máxima en 24 horas. En este estudio se indica que la relación entre la

lluvia máxima en una hora y la de 24 horas es de 0.6. Con esta relación y con el valor de

precipitación máxima en 24 horas y la ecuación sugerida por Silva, se puede obtener el

valor de K.

Para un periodo de retorno de 10 años y los valores de precipitación máxima en 24 horas

presentados anteriormente se obtuvo un valor de K=797.68 para la estación El Centro. De

esta forma las ecuaciones de las curvas IDF sintéticas son las siguientes:

54.010

68.797

ti

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 11

Figura 3. Curvas IDF, Estación El Centro.

La intensidad de la lluvia se determinó con las curvas de intensidad - duración -

frecuencia, o de aguaceros equivalentes en función del período de retorno. Estas curvas

se presentan en la figura 3, en donde se expresa la intensidad en mm/hora la duración en

minutos.

3.2.3.1 Período de Retorno (P)

La intensidad de diseño será seleccionada en función del periodo de retorno y la duración

de la lluvia. Para cada estructura se considera el periodo de retorno indicado en la

siguiente tabla (INVIAS 2008, RAS 2000 Y MANUAL DE PAVCO).

TIPO DE OBRA PERIODO DE RETORNO

Tr (años)

Box Coulvert y alcantarillas 50

Sumideros 10

Cunetas 10

Filtros 10

Tabla 7. Periodos de diseño.

3.2.3.2 Tiempo de Concentración (Tc)

Para efecto de utilización de curvas de Intensidad, Duración, Frecuencia, la duración de la

tormenta de diseño será igual al tiempo de concentración de la cuenca, definido como el

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 12

tiempo de viaje del agua desde el punto más alejado hasta el punto de desagüe de la

cuenca.

El tiempo de concentración se calculó mediante Kirpich. De acuerdo con lo anterior, el

tiempo de concentración puede ser calculado mediante la siguiente ecuación:

Dónde:

L = Longitud del cauce principal (m)

S = Pendiente promedio del cauce principal (m/m)

S es estimada a partir de la topografía general de la cuenca y el cauce, y la velocidad v es

obtenida a partir de tablas.

3.2.4 Área de drenaje (A)

La extensión y el tipo de áreas tributarias se determinaron para cada tramo por diseñar. El

área aferentes deberá incluir el área propia del tramo en consideración y se expresará en

hectáreas (ha), con una aproximación de 0.01 ha.

La demarcación de las cuencas afluentes a las diferentes estructuras de drenaje se

realizó sobre las planchas de Área Metropolitana de Barrancabermeja. Estas planchas se

montaron en AutoCAD, permitiendo la demarcación de las áreas de drenaje, la longitud de

los cauces y el cálculo de pendientes.

3.3 ANÁLISIS DE CAUDAL

Identificadas las áreas de drenaje, el cálculo de caudales se realizó aplicando el método

racional para áreas menores a 100 has. La definición de la intensidad de diseño, esto

debido a que el tiempo de concentración para las cuencas aferentes a las pequeñas obras

de drenaje resulto menor a 10 minutos (0.1666 horas) (RAS-2000). Para la aplicación de

la racional se tomó el valor de precipitación de las curvas IDF y un coeficiente de

escorrentía de 0.80 para zonas residénciales y de 0.35 para zonas verdes para el cálculo

de este valor se toma 50% de zona residencial y 50% zona verde obteniendo 0.575.

385.0

77.0

000325.0 Kirpich S

L

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 13

Dado que el caso más crítico para el comportamiento hidráulico del caudal de diseño para

alcantarillas corresponde a un evento donde además del agua existe una elevada

concentración de material, es importante entrar a incluir dentro del modelo algunos

parámetros que lo asemejen más al evento real.

En primera medida, en un evento de flujo hiperconcentrado o de detritos, que para este

caso será no viscoso debido a la existencia primordial de partículas granulares de gran

tamaño, el valor de caudal se incrementará en la medida que aumente la concentración

de material en el agua. De esta forma, estimando una concentración de material del 10%,

el caudal para el evento crítico.

A continuación se presenta el resumen de obras proyectadas obtenido en el análisis:

Tabla 8. Análisis hidrológico para obras propuestas.

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 14

4. DISEÑO HIDRAULICO.

4.1 DISEÑO HIDRAULICO DE SUMIDEROS.

Los sumideros son estructuras complementarias para la captación de la escorrentía

superficial que recoge los sistemas de aguas lluvias, para el sector se proyectaron

sumideros laterales tipo SL-200 esto quiere decir que tiene una longitud del tragante de 2

metros.

La localización, el tipo de sumidero, podrá variar en el periodo constructivo a criterio del

interventor dependiendo del bombeo definitivo de las vías.

4.1.1 Consideraciones para su proyección

La capacidad de recolección de aguas lluvias del conjunto de sumideros de un sistema

pluvial debe ser consistente con la capacidad de evacuación de la red de colectores para

garantizar que el caudal de diseño efectivamente llegue a la red de evacuación, de esta

manera para el diseño hidráulico se tuvo en cuenta el caudal captado por cada sumidero y

este se incluyó en cada tramo en particular.

Los siguientes son algunos criterios que se tuvieron en cuenta para la ubicación de los

sumideros:

Sumideros existentes

Puntos bajos y depresiones.

Pendiente longitudinal de las vías.

4.1.2 Capacidad del sumidero

La capacidad de los sumideros depende del tipo, tamaño y diseño de la rejilla,

características de la cuneta y la calle donde se ubica y condiciones de operación. Su

capacidad hidráulica se puede estimar suponiendo que funcionan como vertederos para

pequeñas alturas de agua y como orificios para alturas de agua mayores. Colocados en

una calle con pendiente no siempre logran captar toda el agua que viene por ellas aunque

teóricamente dispongan de capacidad para ello.

Un sumidero horizontal de largo L ( a lo largo de la cuneta, en metros) y ancho b (transversal a la calle, en metros), con una rejilla de área de aberturas A, en metros cuadrados, puede evacuar como máximo:

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 15

5,1)2(66,1 hbLQ si funciona como vertedero: bL

Ah 6,1

5,066,2 AhQ si funciona como orificio : bL

Ah 6,1

donde h es la altura de agua del escurrimiento en la calle frente al sumidero, en metros.

Un sumidero lateral de largo L (a lo largo de la cuneta, en metros), y altura de abertura a (vertical, en metros), puede evacuar como máximo:

5,127,1 LhQ si funciona como vertedero: ah

5,066,2 LahQ si funciona como orificio: ah

donde h es la altura de agua del escurrimiento en la calle frente al sumidero, en metros.

Se obtiene una capacidad para el sumideros SL-200 de 90 litros/seg por lo que se deben

construir 20 sumideros longitudinales.

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INFORME HIDRÁULICO E HIDROLÓGICO 16

Tabla 9. Chequeo de sumideros.

La ubicación de sumideros existentes y proyectados se muestra en el plano de

localización de obras. Se proyecta la construcción de 21 nuevos sumideros longitud ver

plano de detalles de sumidero.

Se debe construir sistema de descole a cada una de las alcantarillas hasta la quebrada o

cañadas cercanas. Esta entrega se realizara mediante la construcción un sistema de

pozos conectados con tuberías NOVAFORT que se acomode a la topografía (Ver planos)

y con un sistema de amortiguación en cada entrega de 10 metros de longitud como lo

muestran las figuras 5 y 6.

Tabla 10. Calculo sistema de pozos de recolección de aguas lluvias.

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A continuación se presenta el cálculo hidráulico para las tuberías de conexión:

Figura 4. Sección típica para tubería de entrega.

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Figura 5. Planta general descole de entrega.

Figura 6. Perfil longitudinal descole de entrega.

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Figura 7. Sección transversal descole de entrega.

4.2 DISEÑO HIDRAULICO DE CUNETAS.

Para el cálculo de cunetas se consideró el caso más desfavorable en cada uno de los

sectores correspondiendo a la pendiente más pequeña o al sector con mayor

espaciamiento entre alcantarillas.

4.2.1 Cuneta principal (PR 1+680 al PR 1+840)

Las cunetas fueron dimensionadas asumiendo flujo uniforme, utilizando para ello la

fórmula de Manning. Para el diseño de la cuneta, y comprobar su capacidad hidráulica y

de transporte, se tomó el caso más desfavorable que corresponde a una pendiente suave

y la mayor área aferente. De acuerdo con el perfil de la vía, se tiene que la pendiente

longitudinal mínima es de 9.40%; por lo tanto se dimensionó una cuneta considerando

dicha pendiente, el área aferente máxima que es aproximadamente de 0.5 Ha, una

precipitación de 156.8 mm/hora pata un tiempo de concentración de 10 minutos y un

periodo de diseño de 10 años y el coeficiente de escorrentía para el asfalto c=0.70.

C.i.AQ

Q=152.44lts= 0.152 m3/seg

Con la ecuación de Manning calculamos la capacidad de la cuneta:

ARS 3/22/1

n1Q

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Q= caudal de conducción en m3/seg

N= coeficiente de rozamiento de Manning (0.013 para canales en concreto)

P= Perímetro mojado (m)(0.886)

A=sección transversal (m2) (0.0735)

REMPLAZANDO TENEMOS: Q=0.32m3/seg

La sección transversal de cuneta de 70 cm es suficiente para el caudal que se acumula

en la vía.

Figura 8. Cuneta propuesta junto al talud.

La ubicación de las cunetas se muestra en los planos de ubicación de obras.

4.3 DISEÑO HIDRAULICO DE FILTROS.

Durante las inspecciones realizadas se observó gran cantidad de flujo de agua que brota

de los taludes, lo que indica que los niveles freáticos son altos y sus aguas son las

causantes del deterioro que el pavimento registra en este momento. Esto con lleva a que

adicionalmente a las obras de conducción y captación que ordinariamente se requieren,

se construyan filtros longitudinales a todo lo largo de la carretera sobre el talud y debajo

de las cunetas.

Se debe construir filtro para evitar la infiltración de los taludes y abatimiento de aguas

subterráneas para evitar la saturación de subrasante debido a presencia de depósitos de

laderas superficiales. De este sector se escogió para el cálculo tipo debido a que tiene

buena separación entre alcantarillas y una pendiente baja de 4.0%.

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D85=0.075 mm (Dato obtenido de granulometrías realizadas a los apiques para el diseño

de pavimentos)

Permeabilidad (K)=2.5x10-6 m/s

4.3.1 Caudal de infiltración.

QIN = IR x B x L x Fi x Fr

Donde,

• IR es la Intensidad de diseño= 156.8 mm/h = 4.35x10-5 m3/s(calculado

anteriormente).

• B es semi banca (5 m).

• L es la longitud de drenaje (1600.0m).

• Fi, Factor de infiltración función de la carpeta asfáltica (0.40).

Tipo De Carpeta Fi

Carpetas asfálticas muy bien conservadas 0.3

Carpetas asfálticas normalmente conservadas 0.4

Carpetas asfálticas pobremente conservadas 0.5

Carpetas de concreto de cemento Portland 0.67

Tabla 11.Valor de infiltración de carpeta asfáltica. • Fr, Factor de retención función del tipo de base (1/3).

Tipo De Base FR

Basas bien gradadas, en servicio 5 años o más ¼

Tabla 12.Valor de retención en función de tipo de agregado.

QIN = 4.35x10-5 x 5 x 160 x 0.40 x 1/3= 0.00464 m3/s

4.3.2 Caudal por abatimiento de nivel freático:

QNF=K*I*A

Donde,

ND, Cota inferior del Subdren, en metros (1.5 metros).

NF, Cota del nivel freático, en metros (superficial).

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I=(ND-NF)/B=0.3

Ks, permeabilidad del suelo (2.5x10-6 m/s).

A, área longitudinal efectiva del filtro en cm²=(ND-NF)*L=240.0 m2

QNF=2.5x10-6x240*0.3=1.80x10-4 m3/s

Caudal total: QT= 1.8x10-4 +0.0044460.00482 m3/s

4.3.3 Calculo de dimensiones del filtro:

QT=V*I*A

El agregado disponible para colocar como material drenante, el cual debe tener un

tamaño efectivo 12 mm.

Pendiente del terreno= 4.0%

I=1 (para material granular tamaño efectivo de 12mm)

V: la velocidad se obtiene

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Figura 9. Grafica de velocidad de flujo vs pendiente de subdren y tipo de agregado.

V=1.50 cm/seg

Se calcula el área del filtro. A=0.32 m2

Sección de filtro propuesta:

Figura 10. Sección de filtro propuesta.

UBICACION: Se debe colocar filtros en la vía junto al talud ver plano de localización de

obras.

4.3.4 Evaluación de geotextil a usar en el filtro:

- Criterio de retención.

D95<B*D85

B = 1.8; Para geotextiles No Tejidos

D85 = 0.075 mm

TAA < 1.8 * 0.075 mm

TAA < 0.135 mm

- Criterio de permeabilidad

Como es un suelo fino, se debe cumplir: kg> 10 * ks ks = 2.5x10-6 *10m/s kg> 2.5x10-5 m/s

- Criterio de colmatación

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La porosidad de los geotextiles No Tejidos punzonados por agujas son superiores al 80%,

por lo tanto este tipo de geotextiles cumplen con este criterio. Los geotextiles Tejidos y los

No Tejidos termounidos o calandrados no cumplen este criterio.

- Criterio de supervivencia

Cuando se presentan condiciones severas de instalación con esfuerzos de contacto altos.

Se evalúan todas las características mecánicas que tienen los posibles geotextiles a usar

frente las especificaciones según el artículo 673 del INVIAS o en su defecto la norma

AASHTO M288-05 (Ver Tabla).

Tabla 13.Normas que debe cumplir el geotextil.

Con base en los criterios anteriores y comparando las especificaciones de los geotextiles

(Ver Apéndice B MANUAL DE DISEÑO PAVCO), los geotextiles que cumplen estos

criterios son: NT2500, NT3000, NT4000, NT5000, NT6000 y NT7000. Se selecciona el

geotextil NT2500 por ser el técnica y económicamente más conveniente.

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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el análisis hidrológico se determinaron caudales de diseño basado fundamentalmente

en la Información obtenida en el IDEAM, sin embargo en la investigación en la zona

evaluando los datos históricos obtenidos por parte de la comunidad y de los residentes

en este sector vial, se pudo determinar que producto de variaciones en el sistema

meteorológico, se han presentado fenómenos tales como las “vaguadas”, las cuales no

han sido registradas en el IDEAM. Estos fenómenos climáticos extremos no han sido

tenidos en cuenta en este estudio puesto que no se tiene información precisa de este

fenómeno en la zona que precisen cálculos técnicos de caudales para diseñar las

estructuras hidráulicas. En la metodología técnica, no podemos asumir criterios de diseño

sin contar con elementos suficientemente soportados para realizar cálculos, Es por esto

que podríamos estar subestimando algunas estructuras hidráulicas ya que fueron

diseñadas con la información disponible y con las metodologías estándares en el territorio

colombiano.

Es necesaria la proyección de sistema de filtro-cuneta para la conducción del agua

captada desde el talud interno y la semibanca en sector comprendido PR 1+680 al PR

1+840. Las cunetas existentes en el corredor vial en estudio que se encuentran en mal

estado deben realizarse el debido mantenimiento y entrega respectiva a cañada existente.

La entrega de sistema de recolección de aguas lluvias debe realizarse mediante un canal

en piedra pegada. Las piedras o cantos serán pétreos explotadas en río o en cantera

previa aceptación de la Interventoría. Estos materiales deberán estar previamente

seleccionados, limpios, durables y no plásticos.

El puente existente en el PR 1+860 presenta problemas de socavación y puede presentar

problemas de colapso. Se debe realizar un análisis de estabilidad y protección detallado.

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6. ANEXO 1

PLANTA GENERAL DE UBICACIÓN DE OBRAS

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7. ANEXO 2

DETALLES DE SUMIDERO SL_200

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8. ANEXO 3

DETALLES DE POZOS DE INSPECCION

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9. ANEXO 4

DETALLES DE ESTRUCTURA DE POZO