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ESTUDIO Y DISEÑO

DE OBRAS DE CONTROL DE

INUNDACIONES

Quebrada La Melgara

Proyecto GE-259

Informe INF259-01

Julio de 2011

2

Revisión Comentarios Fecha Realizó Revisó Aprobó

Ing. Flavio Soler Sierra

M.P. 25202-476

Ing. Emilio Ramírez Bastidas

M.P. 25202177550

Carrera 143 # 46 - 09 – Teléfonos: 2586218 www.geocing.com

Bogotá D.C.

http://www.geocing.com/

3

LISTA DE DISTRIBUCION

CLASE DE DOCUMENTO: CÓDIGO: FECHA:

Informe Final GE-259 Julio de 2011

LISTA DE DESTINATARIOS

DESTINATARIO DEL INFORME IDENTIFICACIÓN

INTERVENTORIA Carlos Callejas

CONTROL DE MODIFICACIONES

ÍNDICE

REVISIÓN

CAPITULO

MODIFICADO

FECHA DE

MODIFICACIÓN

OBSERVACIONES APROBADO

4

TABLA DE CONTENIDO

1 GENERALIDADES ..................................................................................................... 8

1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 8

1.2 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................. 9

1.3 OBJETIVOS ..................................................................................................... 10

1.4 ALCANCE DEL ESTUDIO .................................................................................. 10

1.5 DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS ............................................ 10

1.6 RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN SECUNDARIA ........................................ 10

2 LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO. ......................................................................... 12

2.1 GENERALIDADES ............................................................................................... 12

2.1.2 Alcance específico del trabajo topográfico ..................................................... 12

2.1.2 Metodología de Trabajo ................................................................................. 13

A continuación se presenta la metodología que se tuvo en cuenta en el desarrollo

del presente estudio topográfico: ......................................................................... 13

2.1.2.1 Requerimientos Básicos .............................................................................. 13

Antes de iniciar las actividades, se conto con requisitos y requerimientos básicos,

que permitan la realización de estos trabajos........................................................ 13

2.1.2.2 Equipo Humano. ......................................................................................... 13

Ingenieros Topográficos. ................................................................................ 13

Ingeniero civil ............................................................................................... 13

Cadeneros Primeros con experiencia en este tipo de levantamientos. ............ 13

2.1.2.3 Equipos de Precisión ................................................................................... 13

Estación Total, con Certificado de Calibración reciente, en el que se certifique

que el equipo se encuentre en buen estado y cumple con las especificaciones

técnicas de uso. (No mayor a 6 meses) .................................................................. 13

Accesorios: Trípodes, bastones, prismas, cintas metálicas, baterías, etc., en

buen estado. ........................................................................................................ 13

Equipo de Cadeneros: Maceta, tachuelas, puntillas de acero, flexometro,

plomadas, pintura, radios de comunicación con su correspondiente permiso,

chalecos reflectivos, conos de seguridad vial. ........................................................ 13

5

G.P.S., se utilizo uno marca GARMIN con precisión a un metro CSX 60. ........... 13

Accesorios: Trípodes, bastones, Antenas, Baterías, flexometro, etc., en buen

estado. ................................................................................................................. 13



chalecos reflectivos, conos de seguridad vial. ........................................................ 14

Equipo de Cadeneros: Maceta, mira de aluminio (5 ml.), tachuelas, puntillas de

acero, flexometro, plomadas, pintura, radios de comunicación con su

correspondiente permiso. ..................................................................................... 14

2.1.2.4 Equipos de Seguridad Industrial. ................................................................. 14

Chalecos salvavidas........................................................................................ 14

Capas impermeables ...................................................................................... 14

Casco protector, botas punta de acero, Etc. .................................................... 14

Sombrilla ....................................................................................................... 14

Lancha a motor .............................................................................................. 14

2.1.2.5 Equipos de Oficina. ..................................................................................... 14

Computador con programa o software específico para el cálculo y dibujo.

PROLINK V.1.5 ...................................................................................................... 14

CIVIL 2012 Autocad Versión 2010 o superior. ................................................. 14

Cámara fotográfica digital, para presentación de informes fotográficos a color.

14

Carteras de topografía. Carteras de topografía diseñadas en formato Excel .... 14

2.2 METODO DE TRABAJO ................................................................................... 15

2.2.1 Trabajo de campo ....................................................................................... 15

2.2.1.1 Altimetría y planimetría .......................................................................... 15

2.2.2.1 Trabajo de Oficina ................................................................................... 18

2.2.2.2 Proceso de Dibujo ................................................................................... 19

3 INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO ............................................................................ 19

3.1 APIQUES ........................................................................................................ 19

3.2 Ensayos de laboratorio .................................................................................. 20

3.3 Caracterización Geomecánica de los Materiales ............................................. 21

6

4 CARACTERISTICAS GEOLOGICAS, GEOMORFOLOGICAS Y GEOTECNICAS DEL SECTOR

URBANO DE LA QUEBRADA LA MELGARA .................................................................... 21

4.1 Sismología ..................................................................................................... 26

4.2 Caracterización Geológica y Geomorfológica .................................................. 26

5 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA .................................................................................. 44

5.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS .............................................................................. 44

5.1.1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 44

5.1.2 LOCALIZACIÓN GENERAL ......................................................................... 45

5.1.3 INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA ............................................................... 45

5.1.4 CAUDALES DEL RÍO SUMAPAZ EN EL ÁREA DE PROYECTO ........................ 45

5.2 CAUDALES DE LA QUEBRADA LA MELGARA .................................................... 47

5.3 ESTUDIOS HIDRÁULICOS ................................................................................ 47

5.3.1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 47

5.3.2 MODELO DEL ESTADO ACTUAL DE LA QUEBRADA .................................... 50

5.3.3 COMPARACIÓN DEL MODELO DEL ESTADO ACTUAL Y LA ENTREGA

NATURAL DE LA QUEBRADA ................................................................................. 50

5.3.4 COMPARACIÓN DE LA CONDICIÓN ACTUAL DE LOS PUENTES Y LA

CONDICIÓN EN QUE LOS PUENTES NO SEAN UNA RESTRICCIÓN ............................ 52

5.3.5 COMPARACIÓN DE LA CONDICIÓN ACTUAL Y UNA CONDICIÓN DE LA

QUEBRADA SIN MEANDROS ................................................................................. 53

5.3.6 CAUDAL MÁXIMO DE LA QUEBRADA LA MELGARA PARA QUE NO

PRODUZCA INUNDACIÓN ...................................................................................... 54

5.3.7 ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN ..................................................................... 54

5.4 SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS ........................................................................ 61

5.4.1 AMPLIAR LA SECCIÓN DEL CAUCE. ........................................................... 61

5.4.2 AJUSTAR MORFOLOGÍA DEL CAUCE. ........................................................ 61

5.4.3 EMBALSE DE CAUDALES DE LA CRECIENTE MÁXIMA ................................ 62

5.5 CONCLUSIONES .............................................................................................. 62

5.6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 65

6 DISEÑO ................................................................................................................. 68

6.1 Capacidad Portante ....................................................................................... 68

7

Criterio de Vesic........................................................................................................... 79

Criterio de Sano ........................................................................................................... 80

Asiento secundario ...................................................................................................... 84

ASIENTOS DE SCHMERTMANN ................................................................................. 84

6.2 Diseño estructural ......................................................................................... 91

6.2.1 Obras de contención y mitigación ........................................................... 91

6.2.2 Obras Complementarias de Limpieza ..................................................... 91

MUROS DE CONTENCIÓN ...................................................................................... 91

7 CANTIDADES DE OBRA ........................................................................................ 103

8 CONCLUSIONES .................................................................................................. 127

9 RECOMENDACIONES ........................................................................................... 132

8

1 GENERALIDADES

1.1 INTRODUCCIÓN

La quebrada Melgara ha quedado inmersa dentro del casco urbano de Melgar en sus

últimos cinco kilómetros de recorrido hacia el río Sumapaz. El desarrollo urbano en su

rivera ha sido desordenado y en muchos tramos los treinta metros de franja de

aislamiento están invadidos por las construcciones. Con el paso del tiempo, el cauce de la

quebrada se ha ido colmatando por diversas causas y la capacidad hidráulica se ha visto

comprometida, lo que ha provocado desbordamientos e inundacionesen el casco urbano.

Ilustración 1. Localización Regional

9

Foto 1 Localización Zona De Estudio

Como consecuencia de la invasión de la ronda hídrica de la quebrada, cuando se suceden

las crecientes de la quebrada como producto del aumento de la escorrentía superficial, las

casas en ambos costados del cauce se inundan. Todo el material de arrastre que trae la

quebrada queda depositado en las calles y casas. Los habitantes ven sus bienes afectados

y en muchas ocasiones se presentan pérdidas de los mismos. En la última creciente varias

casas resultaron afectadas estructuralmente y muchos de los gaviones de protección

apostados lateralmente en las paredes del cauce de la quebrada, resultaron destruidos

por la fuerza del agua.

1.2 JUSTIFICACIÓN

El problema de las inundaciones de la quebrada La Melgara es un problema

recurrente, pues el área hidráulica descargada se ha reducido por la construcción

de viviendas sobre la ronda hídrica de la quebrada, esto aunado a los caudales

extraordinarios debidos al fenómeno de la niña. Hasta tanto no se garantice un

área de descarga apropiada, las inundaciones prevalecerán.

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1.3 OBJETIVOS

Como objeto del estudio está el determinar las causas y mecanismos de las inundaciones

y determinar las medidas correctivas que se requieren para controlar estos fenómenos,

para lo cual se requiere conocer en detalle los parámetros y fenómenos que caracterizan

el problema y con este fin se requiere programar un estudio detallado del cauce.

1.4 ALCANCE DEL ESTUDIO

Establecer las características topográficas, geológicas, geotécnicas, hidrológicas e

hidráulicas que permitan realizar un diagnóstico de los problemas lo más preciso posible y

un diseño efectivo de solución, estableciendo los parámetros básicos que afectan el cauce,

así como también plantear soluciones complementarias a la problemática.

1.5 DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS

Se visito el sitio de estudio y se identificaron las diferentes afectaciones presentadas en la

ladera evaluada, debidas las crecientes en el sector. Se realizo el Levantamiento

Topográfico (planimétrico y altimétrico) del sector en mención teniendo en cuenta lo

siguiente: el amarre de coordenadas reales, levantamiento en las tres dimensiones,

generación de curvas de nivel cada 0.5m y los detalles del sitio que sean visibles y de

importancia para este trabajo. Se realizaron visitas enfocadas en las características

hidrológicas, hidráulicas, geológicas y geomorfológicas que brinden una visión más

detallada de el comportamiento del cauce y sus zonas de influencia.

1.6 RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN SECUNDARIA

Las fuentes de información secundaria recopiladas para el desarrollo del objeto del

estudio se presentan a continuación:

Instituto Geográfico Agustín Codazzi, Subdirección Agrológica, Ministerio

de Hacienda y Crédito Público, República de Colombia, “Mapa Ecológico

según la Clasificación de L. R. Holdridge para las Formaciones Vegetaleso

Zonas de Vida del Mundo” Bogotá, 1977.

Instituto Geográfico Agustín Codazzi, Dirección Agrológica, Ministerio de

Hacienda y Crédito Público, República de Colombia, “Carta de clasificación

de tierras” Bogotá, 1977.

11

Instituto Geográfico Agustín Codazzi, Subdirección Agricola, Ministerio de

Hacienda y Crédito Público, República de Colombia, “Mapa de Zonificación

Agroecológica” Bogotá, 1977.

PADILLA, J.P., y Otros; 2003. Propuesta metodológica para los estudios de

geología aplicados a la ingeniería; INGEOMINAS; Bogotá D.C.

Monsalve G., “Hidrología en la Ingeniería” , Editorial Escuela Colombiana de

Ingeniería, Santafé de Bogotá D.C., julio de 1995

12

2 LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO.

2.1 GENERALIDADES

El presente informe contiene los resultados obtenidos en la consultoría técnica elaborada

por la comisión de topografía en la quebrada LA MELGARA en el municipio de Melgar –

Tolima.

2.1.2 Alcance específico del trabajo topográfico

Con base en las indicaciones suministradas por el ingeniero Germán Monsalve S. sobre los

datos a registrar en la quebrada La Melgara en la zona urbana toma del colector de aguas

negras municipal y sus dos desembocaduras en el río Sumapaz, se procedió a realizar un

amarre por medio del sistema GPS, con base en el punto certificado por el I.G.A.C.

localizado en el municipio de Girardot GPS-C-T-48 cuyas coordenadas son:

N= 968.900,538 E= 920.234,404 H= 309,30

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2.1.2 Metodología de Trabajo

A continuación se presenta la metodología que se tuvo en cuenta en el desarrollo

del presente estudio topográfico:

2.1.2.1 Requerimientos Básicos

Antes de iniciar las actividades, se conto con requisitos y requerimientos básicos,

que permitan la realización de estos trabajos.

2.1.2.2 Equipo Humano.

Ingenieros Topográficos.

Ingeniero civil

Cadeneros Primeros con experiencia en este tipo de levantamientos.

2.1.2.3 Equipos de Precisión

Estación Total, con Certificado de Calibración reciente, en el que se certifique que el

equipo se encuentre en buen estado y cumple con las especificaciones técnicas de

uso. (No mayor a 6 meses)

Accesorios: Trípodes, bastones, prismas, cintas metálicas, baterías, etc., en buen

estado.

Equipo de Cadeneros: Maceta, tachuelas, puntillas de acero, flexometro, plomadas,

pintura, radios de comunicación con su correspondiente permiso, chalecos

reflectivos, conos de seguridad vial.

G.P.S., se utilizo uno marca GARMIN con precisión a un metro CSX 60.

Accesorios: Trípodes, bastones, Antenas, Baterías, flexometro, etc., en buen

estado.

14



chalecos reflectivos, conos de seguridad vial.

Equipo de Cadeneros: Maceta, mira de aluminio (5 ml.), tachuelas, puntillas de

acero, flexometro, plomadas, pintura, radios de comunicación con su

correspondiente permiso.

2.1.2.4 Equipos de Seguridad Industrial.

Chalecos salvavidas

Capas impermeables

Casco protector, botas punta de acero, Etc.

Sombrilla

Lancha a motor

2.1.2.5 Equipos de Oficina.

Computador con programa o software específico para el cálculo y dibujo. PROLINK

V.1.5

CIVIL 2012 Autocad Versión 2010 o superior.

Cámara fotográfica digital, para presentación de informes fotográficos a color.

Carteras de topografía. Carteras de topografía diseñadas en formato Excel

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2.2 METODO DE TRABAJO

2.2.1 Trabajo de campo

2.2.1.1 Altimetría y planimetría

El equipo (ver Anexo I-B) y los recursos utilizados por la comisión para realizar el

levantamiento topográfico, son los que se relacionan en la Tabla 1

Tabla 1 Relación de equipos y recursos utilizados en el levantamiento topográfico

DESCRIPCIÓN CANTIDAD

Estación total GOWIN TKS 202 1

GPS GARMIN CSX 60. 2

Topógrafo 1

Cadenero primero 1

Cadenero segundo 2

Vigilante 1

Radios de onda corta 4

Vehículo 1

Otros elementos 1

Se realizó el levantamiento de todos los detalles por radiación para la elaboración del

plano respectivo utilizando una estación total GOWIN TKS 202, los cuales fueron: vías,

paramentos, y puntos de topografía para generar curvas de nivel cada 0.5 m. El número

total de puntos levantados fue para el sitio de estudio fue de 3741. Los detalles del

levantamiento topográfico fueron almacenados en cartera electrónica. Las cotas fueron

calculadas por nivelación trigonométrica a partir de los datos de la estación, mediante el

software AUTOCAD 2002, AUTOCAD 2011, PROLINK V.1.5.

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Tabla 2 Esquema de Localización GPS01

Foto 2 Levantamiento Topográfico

COORDENADAS DE GEORREFERENCIACION

COORDENADAS

GEOGRAFICA COORDENADAS GAUSS ALTITUD VÉRTICE

Latitud

Norte: 4° 11' 52.64595 Norte (m): 955985.328 ELIPSOIDAL 326.462

GPS01 Longitud

Oeste: 74° 39' 16.09096 Este (m): 935942.967 GEOCOL 306.506

DATOS DE ORIGEN PLANAS CARTESIANAS

Origen COORDENADS GEOGRAFICA COORDENADAS PLANAS PLANO DE

PROYECCION

BOGOTÁ

Latitud Norte 04° 35’ 46,32150” Norte Falsa 1000.000,00

2550.000 msnm

Longitud Este 74° 04’ 39,02850” Este Falsa 1000.000,00

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Foto 3 Ubicación GPS1

Tabla 3 Esquema de Localización GPS02

COORDENADAS DE GEORREFERENCIACION

COORDENADS GEOGRAFICA COORDENADAS GAUSS ALTITUD VÉRTICE

Latitud Norte: 4° 11' 50.95157" Norte (m): 955933.266 ELIPSOIDAL 327.273

GPS02 Longitud Oeste: 74° 39'15.49797" Este (m): 935961.217 GEOCOL 307.315

DATOS DE ORIGEN PLANAS CARTESIANAS

Origen COORDENADS GEOGRAFICA COORDENADAS PLANAS PLANO DE

PROYECCION

BOGOTÁ

Latitud Norte 04° 35’ 46,32150” Norte Falsa 1000.000,00

2550.000 msnm

Longitud Este 74° 04’ 39,02850” Este Falsa 1000.000,00

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Foto 4 Levantamiento Topográfico

Foto 5 Esquema de Localización GPS02

2.2.2.1 Trabajo de Oficina

Los datos del levantamiento topográfico realizado, se bajaron directamente desde el

colector de datos de la estación total al computador, evitando así errores de trascripción y

agilizando este proceso.

Los puntos topográficos fueron interpolados utilizando el software PROLINK V.1.5,

hallando las curvas de nivel, las cotas fueron calculadas por nivelación trigonométrica a

partir de los datos de la estación; y con las carteras de campo se realizó la planimetría del

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sitio, obteniendo como resultado los Planos GE-259-PL-001, GE-259-PL-002 y GE-259-PL-

003.

2.2.2.2 Proceso de Dibujo

Una vez tomada la información en campo se procede a bajar los datos del colector al

computador, esta labor se realizo diariamente y se dibujo inmediatamente, para el

interface se utilizo el software PROLONK V 1.5 y para el dibujo AUTOCAD V.2007.

Personal

Nelson E. Sánchez O. Coordinador Topografía

Gabriel Amaya Moreno Ingeniero de campo

Jorge Armando Enríquez Topógrafo

Jordán A. Bernate Cadenero 1

Carlos F. Sánchez O Dibujante

3 INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO

Con el objeto de obtener un conocimiento acerca de la estratigrafía y propiedades

mecánicas del subsuelo en el sitio del proyecto con el fin de caracterizar

cuantitativamente los procesos identificados, para ello se llevó a cabo un programa de

investigación del subsuelo, con el alcance descrito a continuación:

3.1 APIQUES

Se efectuaron trece (13) apiques, identificados como AP, con una profundidad de hasta

1.75 m, medidos desde el nivel de terreno en el punto de sondeo (ver localización del

sondeo realizado en el Plano GE-259-PL-01 y Tabla 4.

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Tabla 4 Registro de Apiques

Cada muestra fue clasificada visualmente en campo, rotulada y adecuadamente

empacada para su transporte al laboratorio.

Para los apiques se elaboraron registros de campo, en los cuales se consignó la

información concerniente al tipo y profundidad de cada muestra, descripción visual de los

materiales que conforman cada estrato, profundidad a la cual se producen cambios en la

estratigrafía. Los registros de las perforaciones realizadas se presentan en el Anexo II.

3.2 Ensayos de laboratorio

Sobre las muestras obtenidas durante la ejecución de los apiques se llevó a cabo un

programa de ensayos de laboratorio, con el fin de clasificar y obtener estimativos de las

propiedades geomecánicas de cada uno de los estratos que conforman el subsuelo en el

sitio del proyecto.

El programa de ensayos de laboratorio incluyó límites de consistencia líquido y plástico,

humedades naturales, contenido de humedad, granulometría por lavado y tamizado, peso

unitario total y corte directo en suelo.

En el Anexo II, se presentan los resultados de los ensayos de laboratorio efectuados.

APIQUE ESTE NORTE PROF (m)

1 937066 956411 1.2

2 937118 956353 1.6

3 937007 956407 1.5

4 936844.6 956510 1.75

5 936949 956272 1.7

6 937079 956136 1

7 937584 956589 0.5

8 937737 956644 1.2

9 936690 956481 1.6

10 936656 956491 1.6

11 936773 956484.57 1.2

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3.3 Caracterización Geomecánica de los Materiales

Para la caracterización geomecánica de los materiales encontrados en el área de estudio,

se tuvieron en cuenta los resultados de los trabajos de investigación del subsuelo y la

caracterización geológica realizada, definiéndose los materiales descritos a continuación:

Material

Peso Específico Húmedo

(KN/m3)

Angulo de fricción

(º) Cohesión (KPa)

Limo Arenoso 16.34 20.3 0

Material Arenoso 18.32 37.8 4.30

Tabla 5 Parámetros del Suelo

4 CARACTERISTICAS GEOLÓGICAS, GEOMORFOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS DEL SECTOR URBANO DE LA QUEBRADA LA MELGARA

Los afluentes de la quebrada Melgara nacen en el cerro de El Muerto a los 1.600 msnm y

recibe su nombre después de la confluencia de la quebrada aguafría y la quebrada honda,

se encuentra intervenida desde su nacimiento hasta su desembocadura en el rio Sumapaz

por actividad humana.

Por encima de los 400 msnm, los afluentes de la quebrada desarrollan pendientes altas

con arrastre de materiales sólidos de gran volumen, al atravesar un deposito de origen

fluvio glacial de gran espesor y áreas inestables que aportan de manera considerable

materiales al cauce. Hacia el punto denominado como Quinta Rojas los afluentes

empiezan atravesar unidades de la formación Gualanday y terrazas disminuyendo la

pendiente longitudinal y divagando hasta su desembocadura.

La morfología de la microcuenca señala un comportamiento natural hacia las avalanchas

en la parte donde atraviesa la zona urbana de la ciudad de Melgar. La ubicación de

construcciones y los equipamientos a lo largo de las márgenes de la quebrada reducen el

cauce y la ronda de la quebrada, y ubicación de los puentes peatonales y vehiculares con

secciones pequeñas han configurado un escenario de riesgos importante para la población

vecina.

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Con el objetivo de determinar las condiciones geotécnicas e hidráulicas del tramo urbano

de la quebrada Melgara, se realizo una inspección de sus laderas determinado los tipos de

materiales, las zonas inestables y las obras de contención con daños, y un plano donde se

clasifican las laderas y se realizo una subdivisión por tramos considerando la morfología

del cauce y sus laderas.

Zona 1:

Areniscas conglomeraticas con cambios laterales y verticales a conglomerados arenosos

con estratificación lenticular y masivas, tienen clastos hasta de 0.15 metros,

semiredondeados y de mala selección. Esta unidad es muy friable y se presenta niveles

arcillosos en la parte superior. Cubiertos en la parte superior por depósitos aluviales.

Generan taludes verticales y semiverticales en algunos sectores se aprecian

desprendimientos de bloques por perdida de soporte como efecto de la socavación

vertical del cauce.

Zona 2

Áreas donde predominan niveles arcillosos o lodolíticos que generan taludes inestables y

con pendientes medias a suaves.

Zona 3

Áreas controladas por depósitos de origen aluvial, ya sean terrazas altas o bajas. Se

caracterizan por generar laderas verticales de poca altura.

Zona 4.

Áreas donde los materiales botados y acumulados por las avalanchas suprayacen

depósitos aluviales, se presentan movimientos en masa sobre el contacto de los dos. Con

márgenes verticales, muchos de ellos controlados por muros de contención.

Zona 5. Áreas donde los taludes son principalmente materiales botados y material

acarreado

Zona 1. Áreas donde afloran las unidades del miembro superior de la formación

Gualanday que comprenden capas medias a gruesas de arenitas con intercalaciones de

arcillolitas.

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Zona 1 A: Arenitas son de grano medio, grueso hasta conglomerático, de color blanco, en

muestra fresca y rojo en muestra alterada, por acción de la oxidación; presentan clastos

de feldespatos y líticos de chert.

Zona 1 B: Arcillolitas grises y moradas

Zona 2. Terrazas aluviales. Se presentan en algunos sectores la morfología controlada por

los depósitos de origen aluvial que corresponden a las niveles de terraza alta y baja del rio

Sumapaz.

Zona 3. Materiales botados o depósitos de material acarreado

El perímetro actual del municipio de Melgar presenta características físicas de geología, geomorfología y suelos que generan diferencias significativas para su uso y manejo, en especial a lo referente a la localización de la población, sus viviendas e infraestructura. El análisis de los elementos físicos conjugados con la cobertura actual de la tierra, permiten tener una visión de las zonas de riesgos potenciales debido a la ocurrencia de fenómenos naturales desastrosos, ya sea por estar afectada la población, las construcciones o algún bien social que genere pérdidas de vidas o de recursos.

Desde esta perspectiva, la zona urbana de Melgar presenta diferentes grados de riesgos

naturales por fenómenos de remoción en masa que pueden ser activados por condiciones

climáticas agresivas o bien por eventos sísmicos, ya que toda la zona se encuentra en un

área de amenaza sísmica intermedia. Estos grados de riesgos contemplan desde sectores

con grado alto hasta sectores con grado muy bajo a nulo, los cuales se describen a

continuación.

El área incorporada en limite urbano se puede dividir en cuatro zonas homogéneas en

cuanto a sus características biofísicos diágnosticas de la evaluación de riesgos por

fenómenos naturales: zona quebrada, zona escarpada, zona plana y zona baja o

inundable.

La zona quebrada se caracterizada por relieves quebrados a escarpados con pendientes entre 30-70%; en conglomerados y lodolitas, con poca estabilidad y baja coherencia. De acuerdo a estas características y a los rasgos presentes, los fenómenos de remoción en masa a que está expuesta esta zona corresponden a deslizamientos

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rotacionales, deslizamientos planares, solifluxión liquida y plástica, y procesos de erosión hídrica superficial en surcos o carcavas. Estos fenómenos convierten esta zona en amenza alta con diferentes grados de riesgo de acuerdo a su cobertura actual existente, según el siguiente cuadro:

GRADO DE RIESGO COBERTURA AREA (has)

ALTA Zonas Urbanas 25.11

ALTA A MEDIA Pastos y malezas 574.89

MEDIA A ALTA Bosques y rastrojos 811.76

La zona escarpada presenta relieves muy escarpados, con pendiente superiores al 75%, normalmente dominados por areniscas y limolitas con buena coherencia y estables, suelos superficiales con bajo contenido de materia orgánica. Con estas características y las manifestaciones actuales, esta zona está expuesta a fenómenos de remoción en masa como desprendimientos y desplomes en frecuencia y magnitud baja, con alternancia de pequeños deslizamientos, reptación y procesos de erosión hídrica superficial en laminas. La ocurrencia de estos procesos convierten esta zona con amenaza media (o intermedia) que aumenta o disminuye su riesgo de acuerdo a la cobertura actual del terreno, así:


ALTA A MEDIA Zonas Urbanas 1.20

MEDIA A ALTA Pastos y malezas 301.93

MEDIA A BAJA Bosques y rastrojos 184.75

La zona plana está conformada por distintos niveles de terrazas que imprimen al paisaje un relieve plano inclinado a ondulado, con pendientes inferiores al 5%, donde normalmente está ubicada la mayor parte del casco urbano. Los materiales de origen de esta zona corresponden a sedimentos aluviales del río Sumapaz y tributarios, los cuales son no consolidados, con baja coherencia y heterométricos. Conforme a su relieve, esta zona se considera con amenaza baja por fenómenos de remoción en masa; sin embargo

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puede tener un potencial mayor si se considera un evento sísmico muy fuerte. Esta zona se ha dividido por grado de riesgo según la cobertura actual del suelo, de la siguiente forma:


BAJA A MEDIA Zonas Urbanas 496.41

BAJA Pastos y malezas 302.48

MUY BAJA Bosques y rastrojos 22.39

Finalmente, se encuentra una zona baja con topografía cóncava, cercana al río Sumapaz y a las quebradas que atraviesan la zona urbana, la cual está sujeta a inundaciones ocasionales a frecuentes (1 cada 2 años), normalmente de corta duración, que se manifiesta por desbordes y avenidas de las corrientes de agua, en frecuencia y magnitud baja. Estas condiciones tanto topográficas como de ocurrencia de las inundaciones, califican a esta zona en un grado de amenaza media que incrementa o disminuye el riesgo de acuerdo a la cobertura actual del suelo, como se señala a continuación:


MEDIA A ALTA Zonas Urbanas 90.24

MEDIA Pastos y malezas 37.98

MEDIA A BAJA Bosques y rastrojos 6.75

En resumen, la zona urbana actual del municipio de Melgar presenta 12 unidades de

riesgos por fenómenos naturales, en especial procesos de remoción en masa e

inundaciones, en los cuales se requiere de la evaluación detallada de viviendas y

habitantes con el fin de establecer un plan de reubicación de la población más afectada.

De igual manera, se resalta la valoración de la población y bienes que están sujetos a

riesgos por inundaciones, considerando la recuperación de la ronda de protección del río y

quebradas

26

4.1 Sismología

Teniendo en cuenta la NSR-10, la zona de estudio se encuentra en una zona de amenaza

sísmica INTERMEDIA, y se le asigna un coeficiente de aceleración horizontal a nivel de roca

de 0.20 para un período de retorno de 475 años; teniendo en cuenta los trabajos de

investigación del subsuelo, se puede catalogar el subsuelo en la zona de estudio como tipo

D.

4.2 Caracterización Geológica y Geomorfológica

Km 0 – 200 + Km 0 +737

Comprende desde la desembocadura de la quebrada La Longaniza a la altura del colegio

IED Gabriela Mistral hasta el puente vehicular de la Carrera 21.

En el sitio de entrega de aguas de la

quebrada La Longaniza, se registran

represamientos que han afectado las áreas

externas del colegio IED Gabriela Mistral.

En la margen izquierda a la altura de la

desembocadura se encuentra un depósito

de material botado que disminuye la

sección hidráulica, adicionalmente la

estructura de aguas servidas a traviesa

dicha sección.

La margen derecha aguas abajo se encuentra controlada por muros de contención y

protección de áreas destinadas a la recreación y al turismo como Palmeras de CAFAM, La

Roca, Restaurante La Cazuela y el Hotel Acuario.

27

Los muros de contención del sector

Palmeras del centro recreativo CAFAM,

alcanzan hasta los seis metros de altura, en

algunos sectores la en cara posterior de

estos se encuentra material depositado. Se

aprecio descargas directas de aguas

servidas sobre el cauce.

La infraestructura turística y hotelera

desarrollada aguas debajo del centro

vacacional Las Palmeras se encuentra sobre

la ronda y se protege de las inundaciones a

través de muros en mampostería

cimentadas en areniscas conglomeráticas.

Se observaron descargas de aguas lluvias y

servidas directas sobre el cauce de la

quebrada

En la margen izquierda se presenta menor densidad de la construcción, con áreas de

vivienda de autoconstrucción, pequeñas urbanizaciones y un área sin urbanización (Finca

La Colina). Esta zona sufre constantes inundaciones afectando obras de contención y

acumulando gran parte de los materiales arrastrados.

Las viviendas localizadas en la margen

izquierda de este tramo han sufrido los

impactos de las inundaciones y

empalizadas, dañando gaviones y muros e

inundando las viviendas hasta 1.5 m. Área

propuesta para obra de contención (OC

No.1).

28

Muros de gaviones destruidos durante las

avenidas en la pasada ola invernal, que

requieren ser reemplazados. (Obra de

Contención No. 2).

La estructura de recolección de aguas negras denominado “viaducto” discurre paralela a la

margen izquierda con algunas conexiones de las viviendas a este, no se aprecia deterioro

o daños en la estructura del sistema por el impacto de las empalizadas, en algunos tramos

este ha servido para ampliar el área de lotes e invasión del cauce de la quebrada.

Se presentan conexiones al sistema de

aguas negras a lo largo de su recorrido y

descargas directas en el cauce. La

cimentación de las columnas que soportan

el viaducto no registra problemas de

asentamientos ni perdida de soporte. A

pesar de que en este tramo se presentan

deslizamientos en las márgenes, ninguno

de ellos ha ocasionado daños.

Km 0 + 463 hasta Km 0+659, el área

comprendida entre el viaducto y el terreno

natural ha sido objeto de relleno.

29

El perfil estratigráfico de este tramo corresponde a una secuencia de areniscas y

conglomerados masivos con cambios laterales y verticales de color amarillo y rojizo, muy

friables con presencia de niveles arcillosos de poco espesor hacia la parte superior,

cubiertos por terrazas aluviales y material botado.

Las terrazas aluviales se caracterizan por

presentan clastos semiredondeados

dispuestos sobre su diámetro mayor,

seleccionados y puede alcanzar hasta 1.5

metros de espesor.

Nivel arenoso que conforma la base del

perfil estratigráfico, presenta cambios

laterales y verticales de gradación. Dada

su falta de compactación es altamente

susceptible a la acción del agua,

presentando oquedades a lo largo del

cauce.

Exposición del perfil estratigráfico en la

margen derecha, por debajo del muro de

cerramiento del centro recreativo CAFAM.

Terrazas aluviales

Nivel arcilloso

Material

Botado

30

En este tramo se registran tres sitios de represamiento durante los periodos de ola

invernal: dos relacionados con estructuras hidráulicas (puente de la quebrada Longaniza y

puente de la carrera 21) y en el Km 0 + 289 al inicio de la curvatura del meandro. En los

tres puntos se presenta represamiento por acumulación de materiales acarreados en una

sección muy estrecha que causa inundación aguas arriba y colapso de estructuras de

contención por el impacto constante de materiales de gran tamaño sobre estos.

Puente Qbda Longaniza Km 0 + 289 Puente Vehicular Carrera

21

Km 0 +737 + Km 1 +320

Este tramo esta comprendido entre los puentes vehiculares de las carreras 21 y carrera 26

donde la quebrada divaga de manera suave sin conformar grandes curvaturas, presenta

márgenes muy bajas y en algunos casos asimétricas. El “viaducto” se encuentra

emplazado en la margen derecha aguas abajo y no presenta problemas de inestabilidad en

su recorrido.

La pendiente del cauce disminuye y presenta importante

acumulación de material acarreado sobre este.

31

La construcción de edificaciones en las márgenes impacta

de manera importante en la sección hidráulica natural y

crea asimetría que se traduce en una mayor afectación de

áreas inundadas e inestabilidad en los taludes naturales

por saturación.

Taludes con pendiente moderada y una relativa intervención

antrópica, donde se puede identificar las características

suaves de las laderas naturales y la ocupación de

construcciones y material botado de la ronda

Los materiales resultantes de los movimientos en masa de los

taludes, junto a los depositados y acarreados durante los

periodos invernales y los materiales botados, generan

obstrucción parcial en el cauce y represamiento.

Los primeros trescientos metros de la margen izquierda presenta inestabilidad en los

taludes y daños importantes en las obras de contención existentes. La inestabilidad se

encuentra asociada a la presencia de suelos, materiales botados y suelos arcillosos, se

identificaron cuatro sitios en esta margen que requieren estabilización con obras de

contención

32

Muro de gaviones destruido durante el periodo de ola

invernal. Sitio de la Obra de Contención No.3

Margenes inestables por materiales sueltos y socavacion

vertical. Sitio propuesto para la realización de la obra de

contención 4.

Reemplazo de los muros de gaviones a la altura del

puente peatonal, margen izquierda. Obra de Contención

No. 5

33

Area desprotegida entre el tramo del viaducto que atravieza

el cauce y el puente de la carrera 26. Obra de contención No.

6

A diferencia de la margen izquierda, la margen derecha presenta mayor edificabilidad

cerca del cauce de la quebrada, controlando la inestabilidad en los taludes naturales de

estas y originando condiciones de la sección hidráulica, se identifico una zona de

materiales botados inestables correspondientes a la conformación de la carrera 24, que

requiere ser intervenida con obras de contención.

Intersección de la carrera 24 con la quebrada La

Melgara, que requiere obra de contención de los

materiales botados. Obra de contención 5 A

El puente peatonal, la estructura del viaducto que cruza el cauce y el puente de la carrera

26 constituyen sitios de represamiento durante las avenidas, dada las secciones

hidráulicas y la gran cantidad de material acumulado

Km 1 + 318 a Km 1 +190

34

En este tramo se desarrolla un meandro de poca longitud y con márgenes asimétricos,

entre los puentes vehiculares de la carrera 26 y la carrera 27. El área interna del meandro

se caracteriza por tener una forma aplanada y baja donde se encuentra localizados el

Hospital y urbanizaciones como Santa Ana; y la parte externa del meandro desarrolla

pendientes altas a la altura de la zona recreativa del LEY que disminuye su pendiente hacia

la carrera 27, siendo menos densa la urbanización en esta parte con respecto a la anterior.

En la parte inicial y en la zona de mayor curvatura del meandro se encuentran protegidos

por muros de contención en gaviones que se encuentra en condiciones aceptables. En Los

demás tramos, los muros en mampostería sirven para la protección de las viviendas; hacia

la parte final en cercanías de la carrera 27, el muro de contención localizado en la margen

derecha se encuentra afectado.

Los muros de contención y protección se encuentran cimentados sobre las unidades de

areniscas conglomeraticas y en la parte final sobre materiales botados, los materiales

acarreados se acumulan en las partes externas. Sobre las unidades de areniscas

conglomeraticas se encuentran depósitos de origen coluvial y terrazas altas.

Margen izquierda aguas abajo del puente vehicular de la

carrera 26, donde se encuentra un muro en gaviones en

condiciones estables que protege una ladera de materiales

arenosos

Margen derecha de pendientes más bajas, tramo

inmediatamente del puente vehicular de la carrera 26.

35

Muros de contención a la altura de la urbanización Santa

Ana (margen derecha) que invade el cauce de la quebrada

y cierra la sección con las viviendas localizadas en la

margen izquierda.

Curvatura principal del meandro donde se observan material

depositado en la margen derecha, grandes troncos y rocas de

gran tamaño.

Muro en gaviones, en el tramo de la zona recreativa del

LEY, cimentado sobre areniscas conglomeraticos

La margen izquierda sin urbanizar y con laderas con poca

intervención antropica, cuya morfologia se va suavizando a

medida que alcanza el puente vehicular de la carrera 27.

36

Parte final del tramo 3, donde las dos margenes se

encuentran adecuadas parqueaderos y viviendas. Debido a

los represamientos a la altura del puente se presentaron

damos en el muro de contención de la margen derecha.

Obra de Contencióm No. 7.

Km 1 + 920 a Km 3 + 000

Tramo comprendido entre los puentes vehiculares de la carrera 27 y la calle 7 donde se

desarrolla el meandro de mayor longitud y amplitud de la quebrada Melgara. A lo largo

del tramo hacen presencia las unidades masivas de arenisca conglomeraticas, niveles

arcillosos, terrazas y áreas de materiales botados.

Como resultado de la invasión del área de ronda por los Barrios Sicomoro y Acapulco se

encuentran sectores importantes cubiertos por materiales botados de espesor

importante, algunos cubriendo terrazas y otros a las unidades de areniscas

conglomeraticas. Igualmente se identificaron constantes descargas de aguas servidas

sobre el cauce.

Margen izquierda. Área de curvatura entre el Km 2 + 758

hasta el puente de la calle 7. Donde se adelantan obras de

contención y se proyecta la construcción de la las obras de

contención 10, 11 y 12

37

Margen derecha, Viaducto cimentado en areniscas

conglomeraticas y cubiertas por materiales botados, algunos

inestables que se precipitan sobre el viaducto,

obstaculizando el cruce pero sin afectar la estructura de

este

Margen derecha. Zona de materiales botados y depósitos

recientes, cuyas edificaciones se han visto afectadas por las

avalanchas. Km 2 +503 hasta Km 2 +595

Las terrazas afloran en la margen derecho entre el puente de la carrera 27 hasta 20 metros aguas abajo del cementerio,

suprayaciendo a las areniscas conglomeraticas con cortes inestables, en donde se proyecta la construcción de la Obra de

contención No. 8.

38

Las terrazas también afloran en el sector denominado Los

Mangos en una extensión no mayor de 50 metros donde se

presenta deslizamiento del terreno. Obra de contención No.

8 A.

A partir del Km 2 + 913 el subsuelo esta conformado por las

terrazas cubiertos en tramos por material botado y

acarreado durante las avenidas.

Los niveles arcillosos cubiertos por materiales botados y suelos se observan en la margen

izquierda en la zona entre el Km 2 + 160 hasta el KM 2 +224, donde se presentan

deslizamientos y acumulación de materiales sobre el área del viaducto. Obra de

contención 8 A.

39

Las unidades masivas de areniscas conglomeraticas y conglomerados se presentan en las

dos márgenes del tramo de la quebrada, generando taludes casi verticales y

profundización vertical del cauce de la quebrada, en algunos trayectos se observa

desprendimientos de roca por efecto de pérdida de soporte.

Margen izquierda. Taludes verticales en unidades de

areniscas conglomeraticas y conglomerados, con

socavación vertical y pérdida de soporte.

Margen derecha: Km 2 + 913. Contacto entre areniscas

conglomeraticas y las unidades de terrazas. Área de curvatura

del meandro donde se presenta deslizamientos en la parte

superior que afectan terrazas y rellenos por descargas de

aguas

Km 3 + 000 a Km 3 + 227

Corresponde a un tramo semirecto de poca longitud entre las calles 7 y 5, donde los dos

puentes vehiculares y el sistema de aguas servidas configuran áreas de represamiento y

desbordamiento impactando esta zona y por debajo de la calle 5.

Los materiales presentes en la zona hacen partes de los depósitos de terrazas aluviales

cubiertos por materiales botados y materiales de las avalanchas.

40

Terrazas constituidos por cantos

redondeados en matriz arenosa

relativamente dura

Materiales acarreados en el fondo del

cauce y márgenes durante las avalanchas

Materiales botados en las margenes

apoyados sobre la estructura del sistema

de aguas negras

Debido a la poca altura de los puentes de la calle 5 y 7, además de la estructura de aguas

negras que se encuentra emplazada dentro del cauce, la sección hidráulica es suficiente

precipitándose a los lados de la quebrada y dañando las obras de contención.

41

Puente vehicular de la calle 5, viaducto y

muros de contención de la margen

derecha.

Muro de gaviones en la margen izquierda

hacia la mitad del tramo sonde se desborda la

quebrada hacia la carrera 29.

Muro en gaviones colapsado en la

margen izquierda, localizada después del

puente vehicular de la calle 7. Obra de

contención No. 13,

42

Puente vehicular de la calle 7. Muy bajo y

reducida su sección por el viaducto y el

material acarreado

Km 3 + 227 a Km 3 + 590

Corresponde al tramo recto comprendido entre las calles 5 hasta el antiguo matadero. Los

materiales presentes en la zona hacen partes de los depósitos de terrazas aluviales

cubiertos por materiales botados y materiales de las avalanchas. La pendiente del cauce

es suave y se encuentra restringida su sección por las construcciones a lo largo de esta.

Este tramo es el que evidencia mayores daños durante la pasada ola invernal debido a que

se concentran las aguas y materiales sólidos arrastrados por la quebrada en los tramos

anteriores, que bajan con una alta energía dada los represamientos presentado sumados

a la dificultad de entregar su carga al rio Sumapaz por los niveles altos que presenta,

manteniéndose la inundación por un tiempo suficiente para saturar suelos y colapsar

estructuras de contención.

Margen derecha. Muro colapsado área

del puente vehicular de la calle 5

43

Margen derecha. Perdida de soporte de

vivienda, fisuras y humedad en vivienda

Margen izquierda. Muro de gaviones

colapsdao y vivienda fuertemente

agrietada.

Margen derecha. Deslizamiento de los

materiales de relleno y perdida de soporte

de muro de cerramiento.

44

Margen derecha. Desplazamiento de

muro de cerramiento. Daños severos en la

estrcutura por ruptura de viga

Margen derecha. Area sin proteccción

cercana al antiguio del matadero

Se recomienda una intervención integral de este tramo para la estabilización de las

márgenes y reubicación de viviendas que permita el manejo de crecientes.

5 HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA

5.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS

5.1.1 INTRODUCCIÓN

Como se mencionó anteriormente en este capítulo se hallarán los caudales máximos

instantáneos para la quebrada La Melgara y el río Sumapaz. Con este fin se utilizaron

estaciones hidrométricas ubicadas cerca de la zona de proyecto, operadas por el Instituto

de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM.

45

5.1.2 LOCALIZACIÓN GENERAL

La localización general de la zona de proyecto se presenta en la Figura No. 1, aguas

abajo de la población de Melgar, departamento del Tolima. Adicionalmente en esta figura

se muestra la ubicación de las estaciones hidrométricas utilizadas para este estudio.

5.1.3 INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA

Se investigó la información hidrométrica existente en el Instituto de Hidrología,

Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM.

En el Cuadro No. 1 se presentan las características de las estaciones hidrométricas

disponibles cerca de la zona de proyecto sobre el río Sumapaz, mientras en la Figura No. 1

se muestra su ubicación. En el Anexo No. 1, Información Hidrométrica suministrada por el

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM, se presenta la

información básica recolectada.

5.1.4 CAUDALES DEL RÍO SUMAPAZ EN EL ÁREA DE PROYECTO

Para el cálculo de los caudales máximos sobre el río Sumapaz, se tuvo en cuenta la

información de las estaciones hidrométricas Melgar y el Limonar, cercanas al referido sitio de

proyecto, y representativas de éste. La ubicación de estas estaciones, como ya fue mencionado

anteriormente, se presenta en la Figura No. 1, mientras que sus características de ubicación y

periodo de registro se presentan en el Cuadro No. 1.

46

5.1.4.1 Caudales Máximos Instantáneos Anuales

En el Cuadro No. 2 (Hojas No. 1 y 2 de 2), se presentan los caudales máximos

instantáneos anuales respectivamente en las estaciones hidrométricas Melgar y El Limonar para

sus respectivos periodos de registro histórico; adicionalmente se presentan sus características

estadísticas media, desviación típica y coeficiente de asimetría.

De acuerdo con las referencias bibliográficas (1) a (5), estos datos fueron ajustados a las

distribuciones probabilísticas Normal, Gumbel, Pearson, Log – Pearson, Log – Normal y EV3,

y el resultado de este trabajo para periodos de retorno entre 2 y 100 años se presenta en el

Cuadro No. 3 (Hojas No. 1 a 2 de 2) y en la Figura No. 2 (Hojas No. 1 a 2 de 2).

Teniendo en consideración la prueba estadística Chi Cuadrado, se seleccionó a la

distribución EV3 como la que mejor ajusta los datos históricos de esta variable para ambas

estaciones. Adicionalmente, se seleccionaron los datos provenientes de la estación limnigráfica

el Limonar como los representativos para el sitio de proyecto dado que el periodo histórico es

mayor que el la estación hidrométrica Melgar, y parecen ser más confiables, dada la capacidad

de cauce de la corriente en el área de proyecto. Adicionalmente, es poco probable que se

presenten diferencias tan significativas entre las dos estaciones para caudales extremos, como

es el caso del año 1984, en el que en la estación Melgar se calculó un caudal de 1800 m3/s,

mientras en la de El Limonar este valor fue igual a 940 m3/s.

De esta manera, suponiendo como representativa de los caudales máximos instantáneos

anuales para el sitio de proyecto a la estación El Limonar, para un periodo de retorno de 2

años se calcula un valor de esta variable igual a 608 m3/s, mientras que para uno de 100 años el

valor es igual a 1180 m3/s.

Los valores de caudales máximos escogidos para la modelación se muestran en el Cuadro

No. 4 del anexo de este capítulo.

47

5.2 CAUDALES DE LA QUEBRADA LA MELGARA

Los caudales de la quebrada La Melgara se calcularon en el informe de referencia

bibliográfica: GEOCING S.A.S., Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial,

Colombia Humanitaria, Corporación Autónoma Regional del Tolima, Cortolima, “Estudios

Hidrológicos e Hidráulicos y Diseños Obras de Control de Inundaciones y Estabilidad a lo

Largo de la Quebrada La Melgara, Municipio de Melgar, Departamento de Tolima, Informe

de Hidrología de Crecientes de la Quebrada La Melgara”, Bogotá D.C., Julio 8 de 2011

Los caudales de la quebrada La Melgara para periodos de retorno entre 2 y 100 años, se

muestran en el Cuadro No. 5.

En el informe citado anteriormente también se calcularon los hidrogramas de crecientes

de caudales para la quebrada La Melgara. En este estudio se presentan los hidrogramas para los

periodos de retorno de 2 y 100 años en el Cuadro No. 6 y Figura No. 3.

5.3 ESTUDIOS HIDRÁULICOS

5.3.1 INTRODUCCIÓN

Para el río Sumapaz y la quebrada La Melgara en el área de proyecto, se llevaron a

cabo los cálculos hidráulicos de las respectivas corrientes de agua mediante la utilización

del modelo HEC – RAS, de acuerdo con la referencia bibliográfica (6) presentada al final

del texto de este informe.

Para el estudio de la quebrada La Melgara se realizaron cuatro (4) modelos diferentes. El

primero muestra la condición actual de la quebrada donde se tienen la entrega con

rectificación y los puentes en su estado actual. El segundo modelo que se realizó fue el de

la quebrada con su entrega natural. El tercer modelo corresponde a una situación donde

los puentes existentes en la quebrada dejan de ser una restricción al flujo. Como último

48

modelo se realizó la condición en la cual se quitan los meandros existentes en la

quebrada.

Este modelo simula la hidráulica del flujo para canales de cualquier tipo de sección

transversal bajo flujo gradualmente variado, trabajando de acuerdo con la ecuación de

Bernoulli:

Z1 + Y1 + (V12/2g) = Z2 + Y2 + (V2

2/2g) + h

En donde:

Z: Nivel del fondo del canal aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo, denominado este

término cabeza de posición, en m.

Y: Lámina de agua aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo, denominado este término

cabeza de presión, en m.

V2/2g: Cabeza de velocidad aguas arriba (1) y abajo del tramo (2), denominado este

término cabeza de velocidad, en m.

h: Pérdidas de energía en el tramo, dividiéndose en pérdidas por fricción y

localizadas, en m.

Las pérdidas por fricción en el tramo hf para flujo gradualmente variado en un tramo de

longitud L del canal se pueden expresar por medio de la ecuación de Manning:

hf = ((Se1 + Se2)/2) L

49

En donde:

Se1 y Se2 corresponden a los valores de la pendiente de la línea de energía aguas arriba

(1) y abajo (2) del tramo. Estos valores se expresan por medio de la fórmula de Manning

para flujo uniforme en cada sección del tramo:

Se = (n2V2/R4/3)

En donde:

n: Coeficiente de rugosidad de Manning, valor adimensional.

V: Velocidad promedio del agua, en m/s.

R: Radio hidráulico, en m, igual al área hidráulica A, en m2, dividida entre el

perímetro mojado P, en m.

De acuerdo con las caracterizaciones de campo, y teniendo en cuenta las

recomendaciones de la referencia bibliográfica (7), se ha definido un coeficiente de

rugosidad de Manning igual a 0.035 para la quebrada La Melgara y de 0.040 para el río

Sumapaz.

Por otro lado, las pérdidas localizadas en un punto del canal se expresan mediante la

ecuación:

hl = K ABS ((V12 /2g)- (V2

2/2g))

En donde:

50

K: Coeficiente de pérdidas localizadas, adimensional.

V: Velocidad promedio aguas arriba (1) y aguas abajo (2) del punto o tramo en

donde se produce la pérdida localizada, en m/s.

ABS: Valor absoluto del término.

Los coeficientes de pérdidas de energía localizadas de contracción y expansión de la

corriente de agua se definieron iguales a 0.10 y 0.30, excepto en las secciones de puente

donde se definieron de 0.30 y 0.50.

5.3.2 MODELO DEL ESTADO ACTUAL DE LA QUEBRADA

Se presenta el análisis de la hidráulica del flujo de caudales máximos instantáneos anuales

en la corriente en el área analizada en estos estudios, para la condición actual.

Este modelo se realizó con base en sesenta y un (61) secciones transversales de la

quebrada La Melgara y diez (10) secciones correspondientes al río Sumapaz levantadas

topográfica y batimétricamente en el área analizada, las cuales se presentan

respectivamente en los Planos No. 3 (Planta), y 4 a 6 (Secciones Transversales), en base al

modelo HEC-RAS, el coeficiente de rugosidad de Manning definido, y los coeficientes

precisados de pérdidas de energía localizadas de contracción y expansión de la corriente,

se calcularon los perfiles hidráulicos para caudales máximos instantáneos anuales con

periodos de retorno entre 2 y 100 años, suponiendo una condición de flujo normal en la

sección más aguas abajo.

5.3.3 COMPARACIÓN DEL MODELO DEL ESTADO ACTUAL Y LA ENTREGA

NATURAL DE LA QUEBRADA

51

5.3.3.1 Modelo de la entrega natural de la quebrada La Melgara


en la corriente en el área analizada en estos estudios, para la condición de la entrega

natural de la quebrada.

Este modelo se realizó con base en setenta y siete (77) secciones transversales de la



respectivamente en el Plano No. 1 (Planta), Plano No. 2 (Secciones Transversales

quebrada La Melgara) y Plano No. 3 (Secciones Transversales río Sumapaz).

Los resultados de este modelo se presentan en el Cuadro No. 8 y Figura No. 5. Del anexo

de este capítulo.

5.3.3.2 Comparación de los resultados del modelo actual de la quebrada y su

entrega natural.

Comparando la entrega actual de la quebrada La Melgara, con la entrega natural que

poseía la corriente, se encuentra una diferencia de nivel igual a 35 cm mayor en la

condición natural. Esta diferencia desaparece alrededor de 450 m aguas arriba de la

entrega actual. Con esto se demuestra la bondad de la referida entrega actual, al

disminuir niveles de agua en la parte final, pero sí evita la inundación de los puentes

peatonales y de la zona aguas abajo de la entrega actual.

En la Figura No. 6 se presentan los perfiles de ambas condiciones para un periodo de

retorno de 100 años.

52

5.3.4 COMPARACIÓN DE LA CONDICIÓN ACTUAL DE LOS PUENTES Y LA

CONDICIÓN EN QUE LOS PUENTES NO SEAN UNA RESTRICCIÓN

5.3.4.1 Modelo sin que los puentes sean una restricción


en la corriente en el área analizada en estos estudios, para la condición en que los puentes

dejan de ser una condición para el flujo de la quebrada.

Este modelo se realizó con base en setenta y sesenta y un (61) secciones transversales de

la quebrada La Melgara y diez (10) secciones correspondientes al río Sumapaz levantadas



quebrada La Melgara) y Plano No. 3 (Secciones Transversales río Sumapaz). Del anexo de

este capítulo.

Los resultados de este modelo se presentan en el Cuadro No. 9 y Figura No. 7.del anexo de

este capítulo.

5.3.4.2 Comparación de los resultados del modelo actual de la quebrada y sin que

los puentes sean una restricción para el flujo.

Al comparar los niveles de la lámina de agua en las secciones de los puentes, como es de

esperarse se produce una elevación del nivel de la lámina de agua en la condición actual

respecto a la condición en que los puentes ya no son una restricción.

Para los puentes ubicados en las secciones P18 y P25 los niveles tienen una variación

mínima, más que todo por que en estas secciones los puentes existentes no representan

un obstáculo para la sección.

53

En el Cuadro No. 10 se comparan los niveles de las láminas de agua para un periodo de

retorno de 100 años, para ambas condiciones, mientras en la Figura No. 8 se presenta la

comparación de los niveles del agua para periodos de retorno entre 10 y 100 años.

5.3.5 COMPARACIÓN DE LA CONDICIÓN ACTUAL Y UNA CONDICIÓN DE LA

QUEBRADA SIN MEANDROS

5.3.5.1 Modelo de la quebrada sin meandros


en la corriente en el área analizada en estos estudios, para la condición sin meandros.

Este modelo se realizó con base en treinta y seis (36) secciones transversales de la




quebrada La Melgara) y Plano No. 3 (Secciones Transversales río Sumapaz).

Los resultados de este modelo se presentan en el Cuadro No. 11 y Figura No. 9.

5.3.5.2 Comparación de los resultados del modelo actual de la quebrada y su

entrega natural.

Al comparar las velocidades se observa claramente un incremento en las velocidades de la

zona rectificada. En el Cuadro No. 12 se presenta la comparación de las velocidades para

un periodo de retorno de 100 años para ambos casos.

54

Este incremento en velocidades puede hacer inestabilizar la quebrada tanto aguas arriba

como aguas abajo, debido a los procesos erosivos que se pueden presentar, y a los

procesos de colmatación cuando el material erosionado se sedimenta aguas abajo.

5.3.6 CAUDAL MÁXIMO DE LA QUEBRADA LA MELGARA PARA QUE NO

PRODUZCA INUNDACIÓN

Como se mencionó previamente en este informe, se halló el caudal máximo que es capaz

de transportar la quebrada La Melgara sin que se produzca inundación. Se calculó que el

caudal máximo sin que se produzcan inundaciones es igual a 38.0 m³/s correspondiente a

un periodo de retorno de más o menos 2 años. Con este caudal solo se producen

inundaciones en el 6% de las secciones, pero limitadas a la parte más aguas arriba cuando

el cauce de la quebrada es limitado. Si se analiza un caudal de 57.7 m³/s correspondiente

a un periodo de retorno de 3 años, se produce inundación en más o menos el 20% de las

secciones transversales analizadas. Finalmente, si se analiza un caudal igual a 71.0 m³/s, el

cual corresponde a un periodo de retorno de 5 años, se produce el desborde de alrededor

del 25% de la secciones levantadas.

5.3.7 ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN

5.3.7.1 INTRODUCCIÓN

La socavación total en una corriente de agua se divide en la socavación generalizada que

sufre el fondo del cauce ante eventos de crecientes máximas extraordinarias, la

socavación localizada al pie de estructuras, como pilas o estribos de un puente, o sobre

obras de defensa de la corriente misma, como espolones, muros de protección, etc., y la

socavación en curvas.

5.3.7.2 SOCAVACIÓN GENERALIZADA

Para evaluar la socavación general se dispone del método propuesto por Lischtvan –

Lebediev, de acuerdo con las referencias bibliográficas (8) y (9), el cual se basa en la

55

obtención de la condición de equilibrio entre la velocidad media del flujo y la velocidad

media máxima necesaria para no erosionar el material del fondo.

Para suelos homogéneos, conocido el material del fondo en la sección o tramo en estudio,

y aceptando que las rugosidades son constantes en todo el ancho de la sección, la

profundidad de la socavación se obtiene a partir de las siguientes expresiones:

Para suelos granulares no cohesivos:

03.084

03.084

322.0

28.0

84

3/5

0

70.4

D

D

sD

dd

Válida sí 0.00005 m D84 0.0028m.

092.084

092.084

223.0

28.0

84

3/5

0

7.4

D

D

sD

dd

Válida si 0.0028 m D84 0.182 m.

187.084

187.084

191.0

28.0

84

3/5

0

7.4

D

D

sD

dd

Válida sí 0.182 m D84 1.0 m.

Para suelos cohesivos:

56

725.0

725.0

28.66

18.1

3/5

05780 d

d

d

s

dd

Estas ecuaciones deben aplicarse para varias líneas verticales de la sección del cruce. La

profundidad en cada una de ellas es una función de la profundidad inicial d0. Al unir todas

las profundidades ds se tiene el perfil de la sección teórica erosionada.

En las ecuaciones anteriores es un coeficiente que toma en cuenta el periodo de

retorno, T, del gasto de diseño en años. Para obtener su valor se propone la expresión:

LnT03342.08416.0

La cual es válida para periodos de retorno comprendidos entre 15 y 1500 años. no tiene

unidades.

D84 significa el diámetro de la muestra de sedimento en que el 84 por ciento en peso es

menor que ese tamaño, en m. Adicionalmente, d es el peso específico seco, conocido en

hidráulica fluvial como peso volumétrico seco, y es igual al peso seco de la muestra entre

su volumen inicial, en kgf/m3.

Por otro lado,

35

medB

Qd

En donde:

57

d0: profundidad inicial, en una línea vertical dada, entre el nivel del agua cuando se

presenta el caudal de diseño, y el nivel del fondo inicial (levantando normalmente

en el estiaje anterior), en m.

ds: profundidad hasta el fondo ya socavado, en m. Se mide desde la elevación de la

superficie del agua al presentarse el caudal de diseño, sobre la misma vertical de

d0, en m.

Qd: caudal de diseño o caudal máximo de la creciente para la cual se desea calcular la

erosión, en m3/s.

dm: lámina de agua media o profundidad media, medida entre la superficie del agua al

pasar el gasto Qd y el perfil del fondo original, en m. Se obtiene dividiendo el área

hidráulica A entre el ancho efectivo Be.

e

mB

Ad

Be: ancho efectivo de la superficie libre del cauce, en m. Se calcula a partir del ancho

real del cauce, al que se le reduce el ancho de todos los obstáculos.

: coeficiente que toma en cuenta las contracciones laterales del flujo que se produce

en las caras de los obstáculos que están dentro de la corriente, como por ejemplo

las pilas de un puente. Es función de la velocidad media del flujo y del claro entre

pilas. Se evalúa a partir de la expresión propuesta por Maza, teniendo en cuenta

los datos proporcionados por Lischtvan – Lebediev, y no tiene unidades.

58

L

U387.01

Cuando no hay obstáculos, = 1

En la ecuación anterior, U es la velocidad media del agua en la sección, en m/s, dada por la

relación:

A

QU d

y L el claro entre dos pilas u obstáculos, en m. Puesto que la ecuación no es

dimensionalmente correcta, deben respetarse las unidades indicadas.

Además:

A: área hidráulica de la sección, en m.

5.3.7.3 SOCAVACIÓN LOCAL AL PIE DE OBRAS UNIDAS A LA MARGEN

Esta erosión ocurre en el extremo que está dentro de la corriente, de estructuras unidas a

la margen, entre las que se pueden citar los espolones y estribos de los puentes.

Este tipo de erosión ha sido estudiada también por varios autores, entre quienes pueden

citarse a Laursen, Shen, Veiga Da Cunha, y ha sido más difícil de determinar y estudiar, por

la cantidad de parámetros que es necesario tener en cuenta, y porque ellos varían

notablemente de una estructura a otra. Tal es el caso del ancho total del estribo del

puente con respecto al primer claro del mismo, el ángulo de ataque de la corriente, el

59

caudal teórico interceptado por el estribo o el espolón, sus taludes, y la forma e

inclinación de las esquinas cuando la cara del estribo o espolón es vertical. Téngase en

mente que además influyen la velocidad y la lámina de agua de la corriente, y las

propiedades del material del fondo. Para evaluar esta erosión, los autores proponen las

relaciones que a continuación se indican, y que fueron obtenidas con base en datos de

Artamonof y Veiga Da Cunha principalmente, y siguiendo lo establecido por Artamonof:

de = Kα Kk Kq da

En donde:

de: profundidad de la corriente en el extremo de la estructura, medida entre la

superficie del agua y el fondo erosionado, en m, e incluye la socavación general,

transversal o en curvas.

da: profundidad del flujo aguas arriba del espolón o estribo una zona no afectada por

la erosión de estas estructuras, pero que tiene en cuenta la erosión general,

transversal, en curvas o cualquier otra que afecte el fondo en forma independiente

de la local aquí tratada, en m.

Kα: coeficiente que depende del ángulo α; su valor se obtiene de la relación:

Kα = 0.782 e0.0028α

60

α: ángulo medido aguas abajo del espolón, y formado entre la prolongación de ese

eje y la dirección del flujo, en grados.

Kk: coeficiente que depende del talud, k, del extremo del espolón; se obtiene con

ayuda de la expresión:

Kk = 1.028 e-0.24k

k: distancia horizontal, en m, recorrida al subir verticalmente 1 m. También se

expresa como k = cot θ, en que θ es el ángulo que forma el talud con la horizontal.

Kq: Coeficiente que depende de la relación Q1 entre Q, donde Q1 es el caudal teórico

que podría pasar a través del área ocupada por el espolón, si éste no existiera, y Q

es el caudal total del río. Su valor se obtiene de:

Kq = 4.429 + 1.063 Ln (Q1/Q)

De esta manera, se obtiene la siguiente ecuación cuando se sustituyen los valores de Kα,

Kk y Kq en la expresión para de:

de = 0.855 da (4.17 + Ln (Q1/Q)) e(0.028α - 0.24 k)

Esta ecuación permite obtener la erosión en el extremo y al pie del talud de un estribo o

espolón teniendo en cuenta el ángulo del talud, el ángulo que el eje longitudinal de la

obra tiene con respecto al flujo, y la interferencia que dicha obra ocasiona al flujo.

61

5.3.7.4 CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERALIZADA DEL FONDO DEL CAUCE Y

LOCALIZADA AL PIE DE LAS ESTRUCTURAS DE PROTECCIÓN DE ORILLA

En el Anexo No. 4 se presenta la granulometría característica del material del fondo del

cauce de la quebrada La Melgara en la zona de análisis.

Con base en esta granulometría, las características hidrológicas de la creciente de diseño

(100 años de periodo de retorno) y las características hidráulicas calculadas para la misma

condición, se ha computado la socavación generalizada sobre el fondo del cauce y la

localizada al pie de las estructuras de protección de orilla que se han diseñado para la

protección y recuperación de orilla, y los resultados se presentan en los Cuadros No. 13 a

15. Se calcula un valor de erosión localizada sobre el fondo actual del cauce para el diseño

de obras de protección de orillas.

5.4 SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS

5.4.1 AMPLIAR LA SECCIÓN DEL CAUCE.

Como primera solución se propone ampliar la sección del cauce con el fin de aumentar el

área hidráulica de las secciones y así mejorar las condiciones de flujo, generando que los

niveles de la lámina de agua desciendan y se disminuyan los riesgos de inundación.

5.4.2 AJUSTAR MORFOLOGÍA DEL CAUCE.

Como segunda alternativa se planteó ajustar la morfología del cauce mediante la

eliminación de los meandros de la quebrada La Melgara. Al realizar estas rectificaciones se

mejora la pendiente de la quebrada haciendo que disminuya la lámina de agua en la

quebrada y con ello el riesgo de inundación.

62

Sin embargo, esta solución no se considera adecuada debido a que según los análisis

hidráulicos previos esta solución genera el aumento de las velocidades en el cauce lo cual

puede inestabilizar la quebrada tanto aguas arriba como aguas abajo, debido a los

procesos erosivos que se pueden presentar, y a los procesos de colmatación cuando el

material erosionado se sedimenta aguas abajo.

5.4.3 EMBALSE DE CAUDALES DE LA CRECIENTE MÁXIMA

Como tercera solución se propone construir un embalse para el control de crecientes en la

quebrada. Este embalse debe ser capaz de almacenar el volumen de agua excedente de la

creciente de 100 años; el cual corresponde a la diferencia que existe entre el volumen de

la creciente y el volumen del caudal que es capaz de transportar naturalmente la

quebrada sin desbordes, el cual se calculó anteriormente.

En el Cuadro No. 13 y Figura No. 10 se presenta el hidrograma correspondiente al

hidrograma de exceso de la creciente de 100 años.

5.5 CONCLUSIONES

Al comparar la entrega actual de la quebrada La Melgara, con la entrega natural

que poseía la corriente, se encuentra una diferencia de nivel igual a 35 cm mayor

en la condición natural. Esta diferencia desaparece alrededor de 450 m aguas

arriba de la entrega actual. Con esto se demuestra la bondad de la referida entrega

actual, al disminuir niveles de agua en la parte final, evitando también la

inundación de los puentes peatonales y de la zona aguas abajo de la entrega

actual.

63

Comparando los niveles de la lámina de agua en las secciones de los puentes, se

produce una elevación del nivel de la lámina de agua debido a la gran restricción

que estos mismos generan al flujo.

Se encontró que al eliminar los meandros de la quebrada se produce un

incremento en velocidades que puede hacer inestabilizar la quebrada tanto aguas

arriba como aguas abajo, debido a los procesos erosivos que se pueden presentar,

y a los procesos de colmatación cuando el material erosionado se sedimenta aguas

abajo.

A partir de los estudios realizados se encontró que el caudal máximo que es capaz

de transportar la quebrada sin producir inundaciones es igual a 38.00 m³/s, caudal

correspondiente a un periodo de retorno de aproximadamente 2 años. Con este

caudal solo se producen inundaciones en el 6% de las secciones.

Al analizar un caudal igual a 70.99 m³/s, el cual corresponde a un periodo de

retorno de 5 años, se produce el desborde de alrededor del 25% de la secciones

levantadas. Mientras que si se analiza un caudal de 57.70 m³/s correspondiente a

un periodo de retorno de 3 años, se produce inundación en más o menos el 20%

de las secciones.

Se propone limpiar la quebrada la Melgara, esto con el fin de mejorar las

condiciones hidráulicas de la misma. Ya que al eliminar los obstáculos al flujo tales

como ramas, hierba u otros elementos que puedan generar pérdidas de energía en

el agua se evitarán sobreelevaciones en el cauce.

Al observar los resultados obtenidos en las modelaciones con puentes y en las que

los puentes dejan de ser una restricción para el flujo, se propone remover las obras

transversales existentes sobre la quebrada.

Se propone construir un embalse para el control de crecientes en la quebrada, con

el fin que hacia aguas debajo de la estructura de retención la quebrada transporte

64

como máximo el caudal de no desborde calculado en estos estudios

anteriormente.

65

5.6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Monsalve G., "Hidrología en la Ingeniería", Editorial Escuela Colombiana de

Ingeniería, Santafé de Bogotá D.C., julio de 1995.

2. Ponce Víctor M. "Engineering Hydrology, Principles and Practices", Prentice Hall,

Englewood Cliffs, New Jersey, USA, 1989.

3. Hjelmfelt, Jr. A., Cassidy, J. J., "Hydrology for Engineers and Planners", lowa State

University Press, Ames, lowa, 1976.

4. Chow, Ven Te., "Handbook of Applied Hydrology", McGraw Hill Book Company,

1984.

5. Chow V.T., Maidment D.R., Mays L.W.,"Applied Hidrology", McGraw-Hill

International Editions, Civil Engineering Series, New York, U.S.A., 1988.

6. U. S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Generalized

Computer Program, Haestad Methods, “HEC – RAS for Windows River Analysis

System”, Hydraulic Reference Manual, 95 NT 98.

7. Chow Ven Te, "Open-Channel Hydraulics", McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., Tokyo,

1959.

66

LISTA DE CUADROS ANEXO V

Número Título

1. Características de Localización de Estaciones Hidrométricas Cercanas a la Zona del Proyecto.

2. Caudales Máximos Instantáneos Anuales Históricos Para las Estaciones Limnigráficas Melgar y Limonar.

3. Frecuencias de Caudales Máximos Instantáneos Anuales Para las Estaciones Limnigráficas Melgar y Limonar.

4. Caudales Máximos Instantáneos Río Sumapaz.

5. Caudales Máximos Instantáneos Quebrada La Melgar

6. Hidrogramas de Creciente - Quebrada la Melgara.

7. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo, Condiciones actuales para caudales con Distintos Periodos de Retorno.

8. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo Condiciones de Entrega Aguas Abajo Para Diferentes Períodos de Retorno.

9. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo Condiciones de Puentes Elevados Para Diferentes Períodos de Retorno.

10. Diferencias de Niveles en las Secciones Antes de los Puentes. en Condiciones de Puentes Actuales y Puentes Elevados.

11. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo Condiciones de sin Meandros Para Diferentes Períodos de Retorno.

67

12. Comparación de Velocidades en Condiciones con Meandros y sin Meandros.

13. Hidrograma de Excesos de la Creciente con un Periodo de Retorno de 100 años

LISTA DE FIGURAS ANEXO V

Número Título

1. Localización General del Proyecto y de Estaciones

Hidrométricas.

2. Frecuencias de Caudales Máximos Instantáneos Anuales Rio Sumapaz -

Estaciones Limnigráficas Melgar y el Limonar.

3. Hidrogramas de Creciente - Quebrada la Melgara.

4. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo, Condiciones actuales para caudales

con Distintos Periodos de Retorno.

5. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo Condiciones de Entrega Aguas Abajo

Para Diferentes Períodos de Retorno.

6. Comparación Niveles Entrega Actual y Entrega Natural

7. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo Condiciones de Puentes Elevados

Para Diferentes Períodos de Retorno.

8. Comparación de Niveles de Agua Condición de Puente Actual y Condición en

que los Puentes No Son una Restricción de Flujo

68

9. Quebrada la Melgara - Hidráulica de Flujo Condiciones de sin Meandros Para

Diferentes Períodos de Retorno.

10. Quebrada la Melgara - Volumen de Exceso Hidrograma de Creciente con

Periodo de Retorno de 100 Años

LISTA DE PLANOS ANEXO V

Número Título

1 Planta Quebrada La Melgara y Río Sumapaz

2 Secciones Transversales Quebrada La Melgara

3 Secciones Transversales Río Sumapaz

6 DISEÑO

6.1 Capacidad Portante

La carga última de una cimentación superficial se puede definir como el valor

máximo de la carga con el cual en ningún punto del subsuelo se alcanza la condición

de rotura (método de Frolich), o también refiriéndose al valor de la carga, mayor

del anterior, para el cual el fenómeno de rotura se extiende a un amplio volumen

del suelo (método de Prandtl e sucesores).

69

Prandtl ha estudiado el problema de la rotura de un semiespacio elástico como

efecto de una carga aplicada sobre su superficie con referencia al acero,

caracterizando la resistencia a la rotura con una ley de tipo:

= c + tg válida también para los suelos.

Las hipótesis y las condiciones dictadas por Prandtl son las siguientes:

Material carente de peso y por lo tanto =0 Comportamiento rígido - plástico

Resistencia a la rotura del material expresada con la relación =c + tg Carga uniforme, vertical y aplicada en una franja de longitud infinita y de ancho 2b

(estado de deformación plana) Tensiones tangenciales nulas al contacto entre la franja de carga y la superficie

límite del semiespacio.

En el acto de la rotura se verifica la plasticidad del material contenido entre la

superficie límite del semiespacio y la superficie GFBCD.

En el triángulo AEB la rotura se da según dos familias de segmentos rectilíneos e

inclinados en 45°+/2 con respecto al horizontal.

70

En las zonas ABF y EBC la rotura se produce a lo largo de dos familias de líneas, una

constituida por segmentos rectilíneos que pasan respectivamente por los puntos A y E

y la otra por arcos de familias de espirales logarítmicas.

Los polos de éstas son los puntos A y E. En los triángulos AFG y ECD la rotura se da en

segmentos inclinados en ±(45°+ /2) con respecto a la vertical.

Individuado así el volumen de terreno llevado a rotura por la carga límite, éste se

puede calcular escribiendo la condición de equilibrio entre las fuerzas que actúan en

cualquier volumen de terreno delimitado debajo de cualquiera de las superficies de

deslizamiento.

Se llega por lo tanto a una ecuación q =B c, donde el coeficiente B depende solo del

ángulo de rozamiento del terreno.

Para =0 el coeficiente B es igual a 5.14, por lo tanto q=5.14 c.

En el otro caso particular de terreno sin cohesión (c=0, 0) resulta q=0. Según la

teoría de Prandtl, no sería entonces posible aplicar ninguna carga en la superficie

límite de un terreno incoherente.

2b

EA

B C

DG

F

1)2/45(

2cot

tge

tggB

71

En esta teoría, si bien no se puede aplicar prácticamente, se han basado todas las

investigaciones y los métodos de cálculo sucesivos.

En efecto Caquot se puso en las mismas condiciones de Prandtl, a excepción del

hecho que la franja de carga no se aplica sobre la superficie límite del semiespacio,

sino a una profundidad h, con h 2b; el terreno comprendido entre la superficie y la

profundidad h tiene las siguientes características: 0, =0, c=0 es decir un medio

dotado de peso pero sin resistencia.

Resolviendo las ecuaciones de equilibrio se llega a la expresión:

q = A 1 + B c

que de seguro es un paso adelante con respecto a Prandtl, pero que todavía no

refleja la realidad.

Método de Terzaghi (1955)

Terzaghi, prosiguiendo el estudio de Caquot, ha aportado algunos cambios para

tener en cuenta las características efectivas de toda la obra de cimentación -

terreno.

Bajo la acción de la carga transmitida por la cimentación, el terreno que se

encuentra en contacto con la cimentación misma tiende a irse lateralmente, pero

resulta impedido por las resistencias tangenciales que se desarrollan entre la

cimentación y el terreno.

Esto comporta un cambio del estado tensional en el terreno puesto directamente

por debajo de la cimentación; para tenerlo en cuenta, Terzaghi asigna a los lados AB

y EB de la cuña de Prandtl una inclinación respecto a la horizontal, seleccionando

72

el valor de en función de las características mecánicas del terreno al contacto

terreno-obra de cimentación.

De esta manera se supera la hipótesis 2 =0 para el terreno por debajo de la

cimentación. Admitiendo que las superficies de rotura resten inalteradas, la

expresión de la carga última entonces es:

q =A h + B c + C b

donde C es un coeficiente que resulta función del ángulo de rozamiento interno

del terreno puesto por debajo del nivel de cimentación y del ángulo antes

definido; b es la semianchura de la franja.

Además, basándose en datos experimentales, Terzaghi pasa del problema plano al

problema espacial introduciendo algunos factores de forma.

Una sucesiva contribución sobre el efectivo comportamiento del terreno ha sido

aportada por Terzaghi.

En el método de Prandtl se da la hipótesis de un comportamiento del terreno rígido-

plástico, en cambio Terzaghi admite este comportamiento en los terrenos muy

compactos.

En éstos, de hecho, la curva cargas-asentamientos presenta un primer tracto

rectilíneo, seguido por un breve tracto curvilíneo (comportamiento elástico-plástico);

la rotura es instantánea y el valor de la carga límite resulta claramente individuado

(rotura general).

En un terreno muy suelto en cambio la relación cargas-asentamientos presenta un

tracto curvilíneo acentuado desde las cargas más bajas por efecto de una rotura

progresiva del terreno (rotura local). Como consecuencia la individualización de la

carga límite no es tan clara y evidente como en el caso de los terrenos compactos.

73

Para los terrenos muy sueltos, Terzaghi aconseja tener en consideración la carga

última; el valor que se calcula con la fórmula anterior pero introduciendo valores

reducidos de las características mecánicas del terreno y precisamente:

tgrid = 2/3 tg e crid= 2/3c

Haciendo explícitos los coeficientes de la fórmula anterior, la fórmula de Terzaghi se

puede escribir así:

qult = c Nc sc + D Nq + 0.5 B N s

donde:

Fórmula de Meyerhof (1963)

Meyerhof propuso una fórmula para calcular la carga última parecida a la de

Terzaghi. Las diferencias consisten en la introducción de nuevos coeficientes de

forma.

12

cos2

tan

cot)1(

tan)2/75.0(

)2/45(2

cos2

2

pKN

qNcN

ea

aNq

74

Introdujo un coeficiente sq que multiplica el factor Nq, factores de profundidad di y

de pendencia ii para el caso en que la carga trasmitida a la cimentación sea

inclinada en la vertical.

Los valores de los coeficientes N se obtuvieron de Meyerhof hipotizando varios

arcos de prueba BF (v. mecanismo Prandtl), mientras que el corte a lo largo de los

planos AF tenía valores aproximados.

A continuación se presentan los factores de forma tomados de Meyerhof, junto con

la expresión de la fórmula.

Carga vertical qult = c Nc sc dc+ D Nq sq dq+ 0.5BN s

d

Carga inclinada qul t=c Nc ic dc+ D Nq iq dq + 0.5 B

Nid

factor de forma:

factor de profundidad:

4.1tan1

cot)1(

2/452

tantan

qNN

qNcN

eNq

0 para 1.01

10 para 2.01

L

Bpksqs

L

Bpkcs

75

inclinación:

donde :

Kp = tan2(45°+/2)

= Inclinación de la resultante en la vertical.

Fórmula de Hansen (1970)

Es una extensión ulterior de la fórmula de Meyerhof; las extensiones consisten en la

introducción de bi que tiene en cuenta la eventual inclinación en la horizontal del

nivel de cimentación y un factor gi para terreno en pendencia.

La fórmula de Hansen vale para cualquier relación D/B, ya sean cimentaciones

superficiales o profundas; sin embargo el mismo autor introdujo algunos

coeficientes para poder interpretar mejor el comportamiento real de la cimentación;

sin éstos, de hecho, se tendría un aumento demasiado fuerte de la carga última con

la profundidad.

Para valores de D/B <1

0 para 1

10 para 1.01

2.01

dqd

B

Dpkdqd

B

Dpkcd

0 para 0i

0 para

2

1

2

901

i

ici

76

Para valores D/B>1:

En el caso = 0

--------------------------------------------------------------------------------------------

D/B 0 1 1.1 2 5 10 20 100

--------------------------------------------------------------------------------------------

d'c 0 0.40 0.33 0.44 0.55 0.59 0.61 0.62

--------------------------------------------------------------------------------------------

En los factores siguientes las expresiones con ápices (') valen cuando =0.

Factor de forma:

B

Dqd

B

Dcd

2)sin1(tan21

4.01

B

Dqd

B

Dcd

1tan

2)sin1(tan21

1tan4.01

L

Bs

L

B

cs

L

B

cN

qN

cs

L

B

cs

4.01

tan1qs

continuas nescimentacio para 1

1

2.0''

77

Factor de profundidad:

Factores de inclinación de la carga

Factores de inclinación del terreno (cimentación sobre talud):

1 si 1

tan

1 si

cualquier para 1

)sin1(tan21

4.01

4.0''

B

D

B

Dk

B

D

B

Dk

d

kqd

kcd

kcd

0)(

5

cot

)450/7.0(1

0)(

5

cot

7.01

5

cot

5.01

1

1

15.05.0'

acf

AV

Hi

acf

AV

Hi

acf

AV

Hqi

qN

qi

qici

acf

A

Hci

78

Factores de inclinación del nivel de cimentación (base inclinada)

Fórmula de Vesic (1975)

La fórmula de Vesic es análoga a la fórmula de Hansen, con Nq y Nc como en la fórmula de

Meyerhof y N como se indica a continuación:

N=2(Nq+1)*tan()

Los factores de forma y de profundidad que aparecen en las fórmulas del cálculo de la

capacidad portante son iguales a los propuestos por Hansen; en cambio se dan algunas

diferencias en los factores de inclinación de la carga, del terreno (cimentación en talud) y

del plano de cimentación (base inclinada).

CARGA LÍMITE DE CIMENTACIÓN EN ROCA

5)tan5.10(

1471

147

'

gqg

cg

cg

)tan7.2exp(

)tan2exp(

1471

147

'

qb

qb

cb

cb

79

Para valorar la capacidad de carga admisible de las rocas se deben tener en cuenta

algunos parámetros significativos como las características geológicas, el tipo y calidad

de roca, medida con RQD. En la capacidad portante de las rocas se utilizan

normalmente factores de seguridad muy altos y legados de todas maneras al valor del

coeficiente RQD: por ejemplo, para una roca con RQD igual al máximo de 0.75 el factor

de seguridad varía entre 6 y 10. Para determinar la capacidad de carga de una roca se

pueden usar las fórmulas de Terzaghi, usando ángulo de rozamiento y cohesión de la

roca, o las propuestas por Stagg y Zienkiewicz (1968) donde los coeficientes de la

fórmula de la capacidad portante valen:

Con tales coeficientes se usan los factores de forma utilizados en la fórmula de Terzaghi.

La capacidad de carga última calculada es de todas formas función del coeficiente RQD según la siguiente expresión:

Si el sondeo en roca no suministra piezas intactas (RQD tiende a 0), la roca se trata

Factor de corrección en condiciones sísmicas.

Criterio de Vesic

Según este autor, para tener en cuenta el fenómeno del aumento del volumen en

el cálculo de la capacidad portante es suficiente disminuir en 2° el ángulo de

rozamiento interno de los estratos de cimentación. La limitación de esta

sugerencia está en el hecho que no toma en cuenta la intensidad de la fuerza

sísmica (expresado con el parámetro de la aceleración sísmica horizontal máxima).

Este criterio se confirma en las observaciones de diferentes eventos sísmicos.

1NN

245tan5N

245tanN

q

4c

6q

2ult' RQDqq

80

Criterio de Sano

El autor propone disminuir el ángulo de rozamiento interno de los estratos

portantes de una cantidad dada por la relación:

donde Amax es la aceleración sísmica horizontal máxima.

Este criterio, respecto al de Vesic, tiene la ventaja de tomar en consideración la

intensidad de la fuerza sísmica. Pero la experiencia demuestra que la aplicación

acrítica de esta relación puede conducir a valores excesivamente reservados de

Qlim.

Las correcciones de Sano y de Vesic se aplican exclusivamente a terrenos sin

cohesión bastante densos. Es errado aplicarlas a terrenos sueltos o medianamente

densos, donde las vibraciones sísmicas producen el fenómeno opuesto al del

aumento del volumen, con aumento del grado de densidad y del ángulo de

rozamiento.

ASIENTOS ELÁSTICOS

superficie de un semiespacio elástico se pueden calcular con base en una ecuación

basada en la teoría de la elasticidad (Timoshenko e Goodier (1951)):

donde:

q0 = Intensidad de la presión de contacto

B' = Mínima dimensión del área reactiva,

2

maxAarctgpD

(1) 21

21

1

21'0 F

IIIsE

BqH

81

E e = Parámetros elásticos del terreno.

Ii = Coeficientes de influencia dependientes de: L'/B', espesor del estrato H,

coeficiente de Poisson , profundidad del nivel de cimentación D;

Los coeficientes I1 y I2 se pueden calcular utilizando las ecuaciones de Steinbrenner

(1934) (V. Bowles), en función de la relación L'/B' y H/B, utilizando B'=B/2 y L'=L/2

para los coeficientes relativos al centro y B'=B y L'=L para los coeficientes relativos al

borde.

El coeficiente de influencia IF deriva de las ecuaciones de Fox (1948), que indican el

asiento se reduce con la profundidad en función del coeficiente de Poisson y de la

relación L/B.

Para simplificar la ecuación (1) se introduce el coeficiente IS:

El asentamiento del estrato de espesor H vale:

Para aproximar mejor los asientos se subdivide la base de apoyo de manera que el

punto se encuentre en correspondencia con un ángulo externo común a varios

rectángulos. En práctica se multiplica por un factor igual a 4 para el cálculo de los

asentamientos en el centro y por un factor igual a 1 para los asentamientos en el

borde.

21

21

1II

SI

FI

SI

SE

BqH21'

0

82

En el cálculo de los asientos se considera una profundidad del bulbo tensiones igual

a 5B, si el substrato rocoso se encuentra a una profundidad mayor.

A tal propósito se considera substrato rocoso el estrato que tiene un valor de E igual

a 10 veces el del estrato que está por encima.

El módulo elástico para terrenos estratificados se calcula como promedio ponderado

de los módulos elásticos de los estratos interesados en el asiento inmediato.

ASIENTOS EDOMÉTRICOS

El cálculo de los asientos con el método edométrico permite valorar un asiento de

consolidación de tipo unidimensional, producto de las tensiones inducidas por una

carga aplicada en condiciones de expansión lateral impedida. Por lo tanto la estimación

efectuada con este método se debe considerar como empírica, en vez de teórica.

Sin embargo la simplicidad de uso y la facilidad de controlar la influencia de los varios

parámetros que intervienen en el cálculo, lo hacen un método muy difuso.

El procedimiento edométrico en el cálculo de los asientos pasa esencialmente a través

de dos fases:

a) El cálculo de las tensiones verticales inducidas a las diferentes profundidades con la aplicación de la teoría de la elasticidad; b) La valoración de los parámetros de compresibilidad con la prueba edométrica. En referencia a los resultados de la prueba edométrica, el asentamiento se valora

como:

si se trata de un terreno súper consolidado (OCR>1), o sea si el incremento de tensión

debido a la aplicación de la carga no hace superar la presión de preconsolidación ’p (

<’p).

'0

'0log

0v

vvRR

vv '

0

83

Si en cambio el terreno es consolidado normal ( =’p) las deformaciones se dan en

el tracto de compresión y el asiento se valora como:

donde:

RR Relación de recompresión;

CR Relación de compresión;

H0 espesor inicial del estrato;

’v0 tensión vertical eficaz antes de la aplicación de la carga;

v incremento de tensión vertical debido a la aplicación de la carga.

Como alternativa a los parámetros RR y CR se hace referencia al módulo edométrico M;

pero en tal caso se debe seleccionar oportunamente el valor del módulo a utilizar,

teniendo en cuenta el intervalo tensional ( ) significativo para el problema en

examen.

Para la aplicación correcta de este tipo de método es necesario:

la subdivisión de los estratos compresibles en una serie de pequeños estratos de modesto espesor (< 2.00 m); la estimación del módulo edométrico en el ámbito de cada estrato; el cálculo del asiento como suma de las contribuciones para cada pequeño estrato Muchos usan las expresiones antes indicadas para el cálculo del asentamiento de

consolidación tanto para las arcillas como para las arenas de granulometría de fina a

media, porque el módulo de elasticidad usado viene tomado directamente de pruebas

de consolidación. Sin embargo, para terrenos con grano más grueso las dimensiones de

las pruebas edométricas son poco significativas del comportamiento global del estrato

y, para las arenas, es preferible utilizar pruebas penetrométricas estáticas y dinámicas.

'

0v

'0

'0log

0v

vvCR

vv '

0

84

Asiento secundario

El asiento secundario se calcula con referencia a la relación:

en donde:

Hc es la altura del estrato en fase de consolidación;

C es el coeficiente de consolidación secundaria como pendencia en el tracto

secundario de la curva asiento-logaritmo tiempo;

T tiempo en que se desea el asiento secundario;

T100 tiempo necesario para terminar el proceso de consolidación primaria.

ASIENTOS DE SCHMERTMANN

Un método alternativo para calcular los asientos es el propuesto por Schmertmann

(1970), el cual ha correlaciona la variación del bulbo tensiones a la deformación.

Schmertmann por lo tanto propone considerar un diagrama de las deformaciones de

forma triangular donde la profundidad a la cual se tienen deformaciones significativas

se toma como igual a 4B, en el caso de cimentaciones corridas, para cimentaciones

cuadradas o circulares es igual a 2B.

Según este acercamiento el asiento se expresa con la siguiente ecuación:

100

logT

TCcs

85

en la cual:

q representa la carga neta aplicada a la cimentación;

Iz es un factor de deformación cuyo valor es nulo a la profundidad de 2B, para

cimentaciones circulares o cuadradas, y a profundidad 4B, para cimentaciones corridas

(lineales).

El valor máximo de Iz se verifica a una profundidad respectivamente igual a:

B/2 para cimentaciones circulares o cuadradas

B para cimentaciones corridas

y vale

donde ’vi representa la tensión vertical eficaz a la profundidad B/2 para

cimentaciones circulares o cuadradas, y a profundidad B para cimentaciones corridas.

Ei representa el módulo de deformación del terreno correspondiente al estrato i-ésimo

considerado en el cálculo;

zi representa el espesor del estrato i-ésimo;

C1 e C2 son dos coeficientes correctores.

El módulo E se considera igual a 2.5 qc para cimentaciones circulares o cuadradas e

igual a 3.5 qc para cimentaciones corridas. En los casos intermedios, se interpola en

función del valor de L/B.

E

zzIqCCw

21

5.0

'1.05.0max

vi

qzI

86

El término qc que interviene en la determinación de E representa la resistencia a la

puntaza obtenida con la prueba CPT.

Las expresiones de los dos coeficientes C1 y C2 son:

que toma en cuenta la profundidad del plano de cimentación.

que toma en cuenta las deformaciones diferidas en el tiempo por efecto secundario.

En la expresión t representa el tiempo, expresado en años después de haber terminado

la construcción, de acuerdo con el cual se calcula el asentamiento.

ASIENTOS DE BURLAND Y BURBIDGE

Si acaso se dispone de datos obtenidos de pruebas penetrométricas dinámicas para calcular los asentamientos, es posible fiarse del método de Burland y Burbidge (1985), en el cual se correlaciona un índice de compresibilidad Ic al resultado N de la prueba penetrométrica dinámica. La expresión del asiento propuesta por los autores es la siguiente:

donde:

q' = presión eficaz bruta;

s'vo = tensión vertical eficaz a la cota de impuesto de la cimentación;

B = ancho de la cimentación;

Ic = índice de compresibilidad;

5.0q

'0v5.011C

1.0log2.01

2

tC

C7.0'

0v'

C7.0'

0vtHS IBq3/IBfffS

87

fs, fH, ft = factores correctores que toman en cuenta respectivamente la forma, el

espesor del estrato comprensible y el tiempo, para el componente viscoso.

El índice de compresibilidad Ic está legado al valor medio Nav de Nspt al interno

de una profundidad significativa z:

Por cuanto respecta a los valores de Nspt a utilizar en el cálculo del valor medio

NAV, hay que precisar que los valores se deben corregir para arenas con

componentes limosos debajo del nivel freático y Nspt>15, según la indicación de

Terzaghi y Peck (1948)

Nc = 15 + 0.5 (Nspt -15)

donde Nc es el valor correcto a usar en los cálculos.

Para depósitos gravosos arenosos-gravosos el valor corregido es igual a:

Nc = 1.25 Nspt

Las expresiones de los factores correctores fS, fH y ft son respectivamente:

Con

t = tiempo en años > 3;

R3 = constante igual a 0.3 para cargas estáticas y 0.7 para cargas dinámicas; R =

0.2 en el caso de cargas estáticas y 0.8 para cargas dinámicas.

DATOS GENERALES ======================================================

Ancho cimentación 4.1 m

Largo cimentación 1.0 m

Profundidad plano de cimentación 1.2 m

Altura de encaje 0.7 m

Inclinación plano de cimentación 0.0°

Inclinación talud 0.0°

Factor de seguridad (Fc) 3.0

4.1AV

CN

706.1I

3

tlogRR1f

z

H2

z

Hf

25.0B/L

B/L25.1f

3t

iiH

2

S

88

Factor de seguridad (Fq) 3.0

Factor de seguridad (Fg) 3.0

Aceleración máxima horizontal 0.2

Asientos después de T años 0.0

Profundidad nivel freático 0.0

==============================================================

ESTRATIGRAFIA TERRENO

DH: Espesor del estrato; Gam: Peso específico; Gams:Peso específico saturado; Fi: Ángulo

de rozamiento interno; Ficorr: Ángulo de rozamiento interno corregido según Terzaghi; c:

Cohesión; c Corr: Cohesión corregida según Terzaghi; Ey: Módulo elástico; Ed: Módulo

edométrico; Ni: Poisson; Cv: Coef. consolidac. primaria; Cs: Coef. consolidación

secundaria; cu: Cohesión sin drenar

DH

(m)

Gam

(kN/m³

)

Gams

(kN/m³

)

Fi

(°)

Fi

Corr.

(°)

c

(kN/m²

)

c Corr.

(kN/m²

)

cu

(kN/m²

)

Ey

(kN/m²

)

Ed

(kN/m²

)

Ni Cv

(cmq/s)

Cs

1.0 16.3 18.3 20.0 20 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

4.0 16.5 18.3 37.8 37.8 4.3 4.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Acciones de proyecto - Estado límite de daño [S.L.D.]

======================================================

Presión normal 469.18 kN/m²

======================================================

Acciones de proyecto - Estado límite último [S.L.U.]

======================================================

Presión normal 0.0 kN/m²

======================================================

CARGA ÚLTIMA SEGÚN HANSEN (1970) (Condición drenada)

======================================================

Factor Nq 36.81

Factor Nc 49.65

Factor Ng 38.74

Factor Sc 1.0

Factor Dc 1.12

Factor Ic 1.0

Factor Gc 1.0

Factor Bc 1.0

Factor Sq 3.96

Factor Dq 1.07

Factor Iq 1.0

89

Factor Gq 1.0

Factor Bq 1.0

Factor Sg -0.64

Factor Dg 1.0

Factor Ig 1.0

Factor Gg 1.0

Factor Bg 1.0

======================================================

Presión última 735.71 kN/m²

Presión admisible 245.24 kN/m²

======================================================

CARGA ÚLTIMA SEGÚN TERZAGHI (1955) (Condición drenada)

======================================================

Factor Nq 45.94

Factor Nc 62.32

Factor Ng 49.77

Factor Sc 1.0

Factor Sg 1.0

======================================================



======================================================

CARGA ÚLTIMA SEGÚN MEYERHOF (1963) (Condición drenada)

======================================================

Factor Nq 36.81

Factor Nc 49.65

Factor Ng 42.86

Factor Sc 4.13

Factor Dc 1.11

Factor Sq 2.57

Factor Dq 1.06

Factor Sg 2.57

Factor Dg 1.06

======================================================



======================================================

CARGA ÚLTIMA SEGÚN VESIC (1975) (Condición drenada)

======================================================

Factor Nq 36.81

Factor Nc 49.65

Factor Ng 54.54

Factor Sc 1.0

Factor Dc 1.12

90

Factor Sq 1.0

Factor Dq 1.0

Factor Sg 1.0

Factor Dg 3.96

======================================================



======================================================

Carga última EC8 (Brinch - Hansen 1970) (Condición drenada)

======================================================

Factor Nq 26.69

Factor Nc 39.28

Factor Ng 33.61

Factor Sc 3.33

Factor Dc 1.12

Factor Ic 1.0

Factor Gc 1.0

Factor Bc 1.0

Factor Sq 3.24

Factor Dq 1.08

Factor Iq 1.0

Factor Gq 1.0

Factor Bq 1.0

Factor Sg -0.23

Factor Dg 1.0

Factor Gg 1.0

Factor Bg 1.0

======================================================

Carga del proyecto[Vd] 0.00 kN/m²

Carga última cimentación [Rd] 1038.78 kN/m²

Rd>=Vd Verificado

======================================================

COEFICIENTE DE ASENTAMIENTO BOWLES (1982) SIN CORRECCIÓN

GEOMÉTRICA

======================================================

k 56302.05 kN/m³

======================================================

VERIFICACIÓN DE LA LICUEFACCIÓN - Método del C.N.R. - GNDT da Seed e

Idriss

=================================================================

=====================

Svo: Presión total; S'vo: Presión eficaz ; T: Tensión tangencial cíclica; R: Resistencia

terreno a la licuefacción; Fs: Coeficiente de seguridad

91

Estrato Prof.

Estrato

(m)

Nspt Nspt' Svo

(kN/m²)

S'vo

(kN/m²)

T R Fs Condición:

0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

6.2 Diseño estructural

La construcción de las obras propuestas para mitigar la amenaza que conllevan a disminuir el

riesgo por inundación e inestabilidad de las laderas del cauce en la zona de estudio, las cuales

conllevan la realización de las siguientes actividades:

6.2.1 Obras de contención y mitigación

Delimitación de las áreas de protección y aislamiento.

Excavaciones

Construcción de obras de contención (excavaciones, muro de concreto, muro en

gaviones).

Construcción de las obras de manejo de aguas.

6.2.2 Obras Complementarias de Limpieza

Preliminares

Rectificación de Colectores

Limpieza del Cauce

Relleno Cauce Antiguo

MUROS DE CONTENCIÓN

92

El siguiente documento presenta el estudio, análisis y diseño de los muros de contención necesarios como obras de control del proyecto, a continuación se presentan el diseño estructural del muro de contención, donde para los trabajos descritos en este informe se contó con el estudio de suelos. La Socavación se estimó en 2 metros Los parámetros geotécnicos fueron obtenidos de este estudio y aquellos parámetros que no fueron reportados fueron asumidos de acuerdo a los resultados experimentales o a características de suelos similares.

Normas Utilizadas

Los diseños se elaboraron siguiendo los parámetros establecidos por las Normas Co-lombianas de Diseño y Construcción Sismorresistente (NSR-10), de vigencia en todo el territorio nacional. Como apoyo, en el diseño se usó la norma ACI318/05S.

Estudio de Suelos

Parámetros del Suelo Peso Específico del Suelo: 18.32 kN/m3

Ángulo de Fricción del Suelo:

37.8 °

Coeficiente de Presión Activa:

[ka] 0.28

Coeficiente de Presión Activa:

[kp] 5.54

Diseño Muro Tipo A

93

Ciudad:

DISEÑO MURO DE CONTENCIÓN

Muro de contención en voladizo

h'=s/w Sobre carga(S):

35 Viva(L): 0 kg/m2

w= 2.0 Muerta(D): 13800 kg/m2

f= 0.467 S= 13800 kg/m2

Cah= 0.27 h'= 6.9 m

Cph= 3.69 h= 2.2 m

1.25 h= 2.50

Cuerpo P P= 9.292894 Ton

Y Y= 1.0424242 m

0.90

1.25

0.35 Tacón

0.7 m

Talón 1.9 1.8

Puntal

4.10

L

CALCULO ESTRUCTURAL

Especificaciones

P= 9.29 Ton

Y= 1.04 m f'c= 210 kg/cm2

fy= 4200 kg/cm2

Mu= 16.47 Ton-m Wc= 2.4 Ton/m3

max= 0.016

= 0.008 Mu = 304

Fbd^2

F 0.9

b: 1.0

d= 0.245

d'= 0.07

emin.= 0.32

e.= 0.40 Seleccionado

d= 0.33

CALCULOS MURO

REFORZADO

MELGAR

PROYECTO:

Ubicación: MELGAR TOLIMA

Fecha:1-07-2011ESTUDIO Y DISEÑO DE OBRAS DE CONTROL DE INUNDACION

QUEBRADA LA MELGARA GE-259

Sobrecarga

Nivel de terreno

Propiedades del

suelo:

5.09

°

Ton/m3

m

mm

m

m

Ton/m2

m

m

)'( hhwCah

)'2(2

1hhwhCP ah

'23

'32

hh

hhhy

94

Resistencia a cortante:

apartir de d de la base: 0.33 m

h= 2.17 m

P= 9.39 Ton

Vu= 15.96 Ton

F 0.85

21.54 Ton

FVc > Vu Cumple

Investigación de la estabilidad:

W X Mr

pesos componentes Ton m Ton-m

w1: 2.15 0.40 2.4 2.06 2.1 4.33

w2: 4.10 0.35 2.4 3.44 2.05 7.06

w3: 0.40 0.25 2.4 0.24 2.1 0.50

w4: 1.90 0.90 2.0 3.42 0.95 3.25

w5: 2.15 1.80 2.0 7.74 3.2 24.77

Total 16.91 39.92

Presión total de suelo sobre todo el plano:

P= 11.0 Ton

Y= 1.2 m

Momento de volcamiento Mo= 13.10 Ton-m

Distancia resultante a= 1.59 m

Tercio medio de la base L/3= 1.37 m

En el tercio medio

Presiones de contacto

Para Rv= 16.9 Ton/m

q1= 6.92 Ton/m2

q2= 1.32 Ton/m2

Rv R

a

3a

L(m) q(Ton/m2)

0.00 6.92

1.37 5.06

1.59 4.76

1.63 4.70

1.90 4.33

4.10 2.1 4.06

L/3 1.37 2.05 4.12

a 1.59 2.30 3.78

3.20 2.55

4.10 1.32

Factor de seguridad contra volcamiento: 3.05 Es amplio

X X

X X

X X

X X

q 1 6.92

q 2 1.32

1 2

Presión de contacto

q

X X

m

bdcfVc '53.0FF

95

SEGURIDAD CONTRA DESLIZAMIENTO

35

Cah= 0.27

Cph= 3.69

f= 0.466805025 Coeficiente de fricción entre concreto y suelo

f=tan()= 0.70

Friccion en el puntal= 7.30 Ton

Friccion en el talón y tacón 5.34 Ton

Presión de tierra pasiva= 14.03 Ton

26.68 Ton

Factor de seguridad contra el deslizamiento: 26.68 2.42 Aceptable

11.0

CALCULO DEL REFUERZO

En el cuerpo: f'c= 210 kg/cm2

F 0.9 fy= 4200 kg/cm2

b: 1.0 Wc= 2.4 Ton/m3

d= 0.33

d'= 0.07 Mu = 168.0250445

e= 0.40 Fbd^2

Mu= 16.47

min= 0.0033 = 0.0042

As= 13.89

As= 10.89

Varilla seleccionada: Nº4 As= 1.29 cm2

Refuerzo vertical en el muro: 12 Varillas/m

Usar varillas Nº4 espaciadas 8.3333333 cms

Refuerzo cara opuesta

= 0.0012

As= 3.96 cm2/m



Usar varillas Nº4 espaciadas 20 cms

°

mm

m

m

Ton-m

cm2/mcm2/m

96

Refuerzo horizontal

= 0.003

As= 9.9 cm2/m




Losa del puntal:f'c= 210 kg/cm2

F 0.9 fy= 4200 kg/cm2

b: 1.0 Wc= 2.4 Ton/m3

d= 0.27

d'= 0.08 Mu = 243.8

e= 0.35 Fbd^2

Mu= 16.0

= 0.0063

As= 16.92 min= 0.0033

As= 16.92




Cortante actuante

d= 0.27 m

L= 1.63 m

Vu= 14.29 Ton

Resistencia a cortante del concreto

F 0.85

FVc= 17.63 Ton

Cumple

mm

mm

Ton-m

cm2/m

mm

mm

Ton-m

cm2/m

cm2/m

cm2/m

97

Losa del tacon: f'c= 210 kg/cm2

F 0.9 fy= 4200 kg/cm2

b: 1.0 Wc= 2.4 Ton/m3

d= 0.34

d'= 0.01

e= 0.35 Mu = 457.611073

Mu= 47.61 Fbd^2

= 0.0128

As= 43.63 min= 0.0033

As= 43.63




Cortante actuante

d= 0.27 m

L= 1.53 m

Vu= 8.29 Ton


F 0.85

FVc= 22.20 Ton

Cumple

6 1/2'' @ 20 cm ,

13 1/2'' @ 8 cm ,

11 3/4'' @ 25 cm ,

11 3/4'' @ 25 cm ,

11 5/8'' @ 10 cm ,

11 1'' @ 10 cm ,

27 3/4'' @ 15 cm ,

27 3/4'' @ 15 cm ,

cantidad peso longitud Peso total Kg

3/4'' 11 2.235 1 24.585

3/4'' 11 2.235 1 24.585

3/4'' 27 2.235 1 61.09

3/4'' 27 2.235 1 61.09

1/2'' 6 0.994 3.60 21.4704

1/2'' 13 0.994 3.60 46.5192

5/8'' 11 1.552 4.50 76.824

1'' 11 3.973 4.50 196.6635

Acero 512.8271

mm

mm

Ton-m

cm2/m

cm2/m

98

Diseño Muro Tipo B

Ciudad:

DISEÑO MURO DE CONTENCIÓN

Muro de contención en voladizo

h'=s/w Sobre carga(S):

35 Viva(L): 0 kg/m2

w= 2.0 Muerta(D): 6900 kg/m2

f= 0.467 S= 6900 kg/m2

Cah= 0.27 h'= 3.45 m

Cph= 3.69 h= 2.2 m

1.25 h= 2.50

Cuerpo P P= 5.2727706 Ton

Y Y= 1.0175875 m

0.90

1.25

0.35 Tacón

0.7 m

Talón 1 1.7

3

3.10

L

CALCULO ESTRUCTURAL

Especificaciones

P= 5.27 Ton

Y= 1.02 m f'c= 210 kg/cm2

fy= 4200 kg/cm2

Mu= 9.12 Ton-m Wc= 2.4 Ton/m3

max= 0.016

= 0.008 Mu = 304

Fbd^2

F 0.9

b: 1.0

d= 0.183

d'= 0.07

emin.= 0.25

e.= 0.40 Seleccionado

d= 0.33

CALCULOS MURO

REFORZADO

MELGAR

PROYECTO:

Ubicación: MELGAR TOLIMA

Fecha:1-07-2011ESTUDIO Y DISEÑO DE OBRAS DE CONTROL DE INUNDACION

QUEBRADA LA MELGARA GE-259

Sobrecarga

Nivel de terreno

Propiedades del

suelo:

3.22

°

Ton/m3

m

mm

m

m

Ton/m2

m

m

)'( hhwCah

)'2(2

1hhwhCP ah

'23

'32

hh

hhhy

99

Resistencia a cortante:

apartir de d de la base: 0.33 m

h= 2.17 m

P= 5.33 Ton

Vu= 9.07 Ton

F 0.85

21.54 Ton

FVc > Vu Cumple

Investigación de la estabilidad:

W X Mr

pesos componentes Ton m Ton-m

w1: 2.15 0.40 2.4 2.06 1.2 2.48

w2: 3.10 0.35 2.4 2.60 1.55 4.04

w3: 0.40 0.25 2.4 0.24 1.2 0.29

w4: 1.00 0.90 2.0 1.80 0.5 0.90

w5: 2.15 1.70 2.0 7.31 2.25 16.45

Total 14.02 24.15

Presión total de suelo sobre todo el plano:

P= 6.4 Ton

Y= 1.1 m

Momento de volcamiento Mo= 7.25 Ton-m

Distancia resultante a= 1.21 m

Tercio medio de la base L/3= 1.03 m

En el tercio medio

Presiones de contacto

Para Rv= 14.0 Ton/m

q1= 7.54 Ton/m2

q2= 1.50 Ton/m2

Rv R

a

3a

L(m) q(Ton/m2)

0.00 7.54

1.03 5.53

1.21 5.19

0.73 6.12

1.00 5.59

3.10 1.2 5.20

L/3 1.03 1.55 4.52

a 1.21 1.40 4.81

2.25 3.16

3.10 1.50

Factor de seguridad contra volcamiento: 3.33 Es amplio

X X

X X

X X

X X

q 1 7.54

q 2 1.50

1 2

Presión de contacto

q

X X

m

bdcfVc '53.0FF

100

SEGURIDAD CONTRA DESLIZAMIENTO

35

Cah= 0.27

Cph= 3.69

f= 0.466805025 Coeficiente de fricción entre concreto y suelo

f=tan()= 0.70

Friccion en el puntal= 4.46 Ton

Friccion en el talón y tacón 4.27 Ton

Presión de tierra pasiva= 14.03 Ton

22.77 Ton

Factor de seguridad contra el deslizamiento: 22.77 3.58 Aceptable

6.4

CALCULO DEL REFUERZO

En el cuerpo: f'c= 210 kg/cm2

F 0.9 fy= 4200 kg/cm2

b: 1.0 Wc= 2.4 Ton/m3

d= 0.33

d'= 0.07 Mu = 93.06559579

e= 0.40 Fbd^2

Mu= 9.12

min= 0.0033 = 0.0023

As= 7.51

As= 10.89



Usar varillas Nº4 espaciadas 14.285714 cms

Refuerzo cara opuesta

= 0.0012

As= 3.96 cm2/m




°

mm

m

m

Ton-m

cm2/mcm2/m

101

Refuerzo horizontal

= 0.003

As= 9.9 cm2/m




Losa del puntal:f'c= 210 kg/cm2

F 0.9 fy= 4200 kg/cm2

b: 1.0 Wc= 2.4 Ton/m3

d= 0.27

d'= 0.08 Mu = 83.5

e= 0.35 Fbd^2

Mu= 5.5

= 0.0020

As= 5.50 min= 0.0033

As= 8.91




Cortante actuante

d= 0.27 m

L= 0.73 m

Vu= 8.05 Ton


F 0.85

FVc= 17.63 Ton

Cumple

mm

mm

Ton-m

cm2/m

mm

mm

Ton-m

cm2/m

cm2/m

cm2/m

102

Losa del tacon: f'c= 210 kg/cm2

F 0.9 fy= 4200 kg/cm2

b: 1.0 Wc= 2.4 Ton/m3

d= 0.34

d'= 0.01

e= 0.35 Mu = 258.961111

Mu= 26.94 Fbd^2

= 0.0067

As= 22.76 min= 0.0033

As= 22.76




Cortante actuante

d= 0.27 m

L= 1.43 m

Vu= 7.32 Ton


F 0.85

FVc= 22.20 Ton

Cumple

6 1/2'' @ 20 cm ,

8 1/2'' @ 14 cm ,

11 3/4'' @ 25 cm ,

11 3/4'' @ 25 cm ,

6 5/8'' @ 20 cm ,

6 1'' @ 20 cm ,

21 3/4'' @ 15 cm ,

21 3/4'' @ 15 cm ,

cantidad peso longitud Peso total Kg

3/4'' 11 2.235 1 24.585

3/4'' 11 2.235 1 24.585

3/4'' 21 2.235 1 46.19

3/4'' 21 2.235 1 46.19

1/2'' 6 0.994 3.60 21.4704

1/2'' 8 0.994 3.60 28.6272

5/8'' 6 1.552 3.50 32.592

1'' 6 3.973 3.50 83.433

Acero 307.6726

mm

mm

Ton-m

cm2/m

cm2/m

103

7 CANTIDADES DE OBRA

OBRA DE CONTENCION 1 (TIPO A) ML 60

LOCALIZACION K0+180,45

ITEM DESCRIPCION UN CAN/ ML C./TOTAL1

1.1 Desmonte y limpieza M2 15 900.00

1.2 Extendida y compactada material sobrante excavaciòn M3 15 900.00

1.3 Manejo de aguas ML 1 60.00

2

2.1 Material comùn o conglomerado M3 12.29 737.40

2.2 Roca o peñòn bajo agua M3 7.995 479.70

3

3.1 Suministro e instalaciòn concreto 2000 psi para solados E=0.2 M3 0.74 44.40

3.2Suministro e instalaciòn concreto 3000 psi para cunetas de

evacuacion M3 0.6 36.00

3.3 Suministro e instalaciòn acero de refuerzo, figurado y amarre KG 380.67 22,840.20

3.4 Concreto Ciclópeo (Tapas-Contrafuerte- socavacion) M3 3.54 212.40

3.5 Suministro e instalaciòn concreto 3000 psi para zapatas M3 1.435 86.10

3.6 Suministro e instalaciòn concreto 3000 psi para muro M3 1.14 68.40

3.7 Juntas de Dilatacion ML 0.406 24.36

4

4.1Rellenos de zanja con recebo- cemento compactado medio

mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 520.43

4.2Rellenos de zanja con material seleccionado proveniente de la

excavaciòn (prèstamo) compactado medio mecànica cada 0.15 m M3 7.18125 430.88

4.3 Gaviones incluye Geotextil M3 6 360.00

5

5.1 Contencion en bolsacretos M3 0.7 42.00

5.2 Filtro longitudinal al muro ML 1 60.00

5.3 Filtro drenaje de muros o lloradero UND 1 60.00

6

6.1 Zanjas de coronaciòn en bolsacretos de 2000 psi ML 1 60.00

6.2 Relleno de Zanjas con suelo cemento M3 2.5 150.00

6.3 Sobre acarreo de material para relleno de muro M3 21.855 1,311.30

6.4 Retiro de sobrantes fuera de la obra (externo) M3 20.285 1,217.10

6.5 Drenajes y Gradas disipadoras en concreto de 3000 psi M3 0.2 12.00

6.6Caja de Captacion de aguas lluvias en concreto de 1.0x1.0 hasta

1.50 UND 1 1.00

6.7 Trinchos de estabilizacion y contencion ML 0

6.8 Cuneta Triangular ML 1 60.00

OBRAS VARIAS

V- OBRAS DE CONTROL Y MITIGACION

PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

104

OBRA DE CONTENCION 2 ( TIPO B) ML ML 80

LOCALIZACION K0+450 K0+450

ITEM DESCRIPCION UNIDAD CAN/ ML CANT/TOTAL1

1.1 Desmonte y limpieza M2 15 1,200.00

1.2 Extendida y compactada material sobrante excavaciòn M3 15 1,200.00


2



3





3.4 Concreto Ciclópeo (Tapas-Contrafuerte) M3 3.135 250.80




4


mecànico cada 0.15 m M3 8.45875 676.70




5




6







1.50 UND 1 1.00

6.7 Cuneta triangular ML 1 80.00

6.8 Tuberia de drenaje Novafort 16" ML 1 80.00


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

105

OBRA DE CONTENCION 3 ( TIPO A) ML ML 30

LOCALIZACION K0+744,87 K0+744,87





2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 260.21




5




6



6.3 Sobre acarreo de material para relleno de muro M3 21.855 655.65

6.4 Retiro de sobrantes fuera de la obra (externo) M3 20.285 608.55



1.50 UND 1 1.00



CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

106

OBRA DE CONTENCION 4 (TIPO A) ML ML 30

LOCALIZACION K0+805 K0+805





2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 260.21




5




6







1.50 UND 1 1.00




OBRAS VARIAS

PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

107

OBRA DE CONTENCION 5 ( TIPO B) ML 20






2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.45875 169.18




5




6







1.50 UND 1 1.00




PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

108

OBRA DE CONTENCION 6 ( TIPO A) ML 70






2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 607.16




5




6







1.50 UND 1 1.00



EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

109

OBRA DE CONTENCION 7 ( TIPO A ) ML ML 30






2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 260.21




5




6







1.50 UND 1 1.00



OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

110

OBRA DE CONTENCION 8 ( TIPO A ) ML 40






2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 346.95




5




6







1.50 UND 1 1.00




PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

111

OBRA DE CONTENCION 9 ( tipo B) ML 30






2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.45875 253.76




5




6







1.50 UND 1 1.00



PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS


OBRAS VARIAS

112

OBRA DE CONTENCION 10 ML 40






2



3








3.7 Juntas de Dilatacion ML 1 40.00

4


mecànico cada 0.15 m M3 3.42 136.80



4.3 Gaviones incluye Geotextil M3 0 -

5




6







1.50 UND 1 1.00


6.8 Tuberia de drenaje Novafort 16" ML 0 -

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

113







2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 485.73




5




6







1.50 UND 1 1.00




PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

114

OBRA DE CONTENCION 12 ( tipo A) ML ML 90






2

2.1 Material comùn o conglomerado M3 12.29 1,106.10


3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 780.64




5




6







1.50 UND 1 1.00




PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

115

OBRA DE CONTENCION 13 ( TIPO A) ML ML 25






2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 216.84




5




6







1.50 UND 1 1.00



CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

116


LOCALIZACION K2+615,01 K2+900





2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 173.48




5




6







1.50 UND 1 1.00




OBRAS VARIAS

PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

117







2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 199.50




5




6







1.50 UND 1 23.00




PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

118







2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 156.13




5




6







1.50 UND 1 18.00



EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

119







2



3









4


mecànico cada 0.15 m M3 8.67375 260.21




5




6







1.50 UND 1 30.00



OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

120

OBRA DE CONTENCION 18 ( TIPO B ) ML 57






2



3









4





4.3 Gaviones incluye Geotextil M3 6.00 342.00

5




6







1.50 UND 1 57.00




PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

121

OBRA DE CONTENCION 19 ( TIPO B ) ML 33

LOCALIZACION K3+196





2



3









4






5




6







1.50 UND 1 33.00

6.7 Trinchos de estabilizacion y contencion ML 1 -


OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

122

OBRA DE CONTENCION 5A ( TIPO B) ML 40






2



3









4






5




6







1.50 UND 1 40.00

6.7 Trinchos de estabilizacion y contencion ML 1 -



PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS

123

OBRA DE CONTENCION 8A ( TIPO B ) ML ML 30






2



3









4






5




6







1.50 UND 1 30.00



EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

124

OBRA DE CONTENCION 8B (TIPO B) ML ML 50






2



3









4






5




6







1.50 UND 1 50.00



RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

125

OBRA DE CONTENCION 8C (TIPO B) ML 35






2



3









4






5




6







1.50 UND 1 35.00



OBRAS VARIAS


PRELIMINARES

EXCAVACIONES

CONCRETOS

RELLENOS

OBRAS GEOTÉCNICAS

126

longitud limpieza 3000

ITEM MATERIALES UND CANT.

Comisión de topografia permanente: localización, excavación,

alineamiento, etc. $/mes 12.00

Campamento und 1.00

Desmonte y limpieza m2 6,500.00

TOTAL PRELIMINARES …………………………………………………………………………………………………………

Box para relocalizar colector ml 156.00

Demolición colector actual ml 156.00

Retiro de escombros m3 250.00

TOTAL RECTIFICACION DE COLECTORES………………………………………………………………………………

Excavación mecanica en conglomerado material humedo m3 5,100.00

Cargue y retiro de excavación a menos de 3 kms. m3 5,700.00

Demolición y retiro de escombros m3 600.00

TOTAL LIMPIEZA DEL CAUCE…………………………………………………………………………………

Localización y replanteo m2 90.00

Excavación de precisión m3 425.25

Rellenos con material del sitio m3 328.92

Relleno manual apisonado m3 17.44

Gravilla de encamado m3 30.89

Suministro e instalación de geotextil ml 54.00

Suministro de tubería Novaloc 1050 mm. ml 54.00

Uniones 1050 mm. und 9.00

Instalación ml 54.00

Concreto m3 6.56

Acero de refuerzo figurado Kg. 747.59

Suministro e instalación de aros y tapas und 2.00

Localización y replanteo m2 7,200.00

Extendida y compactación manual m3 243.00

Suministro y colocación arena de encamado m3 173.00

Extendida mecánica m3 27,821.00

Concreto ciclopeo m3 64.80

TOTAL RELLENO CAUCE ANTIGUO…………………………………………………………………………………

I- PRELIMINARES

OBRAS COMPLEMENTARIAS DE LIMPIEZA Y AMPLIACION DEL CAUCE Y

RELLENO DE CAUCE ANTIGUO

II- RECTIFICACIÓN DE COLECTORESAMPLICACIÓN SECCIÓN PUENTE AV. ROJAS P.

III -LIMPIEZA DEL CAUCE

IV -RELLENO CAUCE ANTIGUO QUEBRADA LA MELGARADESCOLE DE LA TUBERIA DE AGUAS LLUVIAS

PRELIMINARES

EXCAVACIONES Y RELLENOS

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE TUBERIA

POZOS Y ESTRUCTURAS

RELLENO DEL CAUCE QUEBRADA MELGARA

PRELIMINARES

EXCAVACIONES Y RELLENOS

MURO DE CONTENCIÓN

127

8 CONCLUSIONES

Es de aclarar que debido a que la quebrada La Melgara presenta desbordes en su

cauce para crecientes con periodos de retorno de 2 años en adelante, y que debido

a que no se pueden construir obras sobre la misma para poner freno a esta última

temática pues el cauce ha sido muy intervenido por edificaciones, puentes,

colectores de aguas y otros elementos (habría que definir a la quebrada una ronda

hidráulica y una zona de manejo y preservación ambiental que haría necesaria la

erradicación y demolición de todas las obras civiles en un ancho adecuado, lo cual

se considera que no es válido, por su costo económico y social), los estudios

hidráulicos acá presentados son válidos para el diseño de las obras de control de

erosión que se proponen.

Como se mencionó anteriormente, en este capítulo se han calculado los caudales

máximos instantáneos anuales asignados a diferentes periodos de retorno para el

río Sumapaz y la quebrada La Melgara. Para la quebrada La Melgara, y a falta de

información histórica de caudales sobre esta corriente de agua, esto se ha llevado

a cabo mediante un modelo lluvia – escorrentía. Por otro lado, para el río Sumapaz

se utilizaron datos históricos de esta variable, en estaciones hidrométricas

ubicadas cerca de la zona de proyecto, operadas por el Instituto de Hidrología,

Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM.

Para el río Sumapaz y la quebrada La Melgara en el área de proyecto, se llevaron a

cabo los cálculos hidráulicos de las respectivas corrientes de agua mediante la

utilización del modelo HEC – RAS.

Para el estudio de la quebrada La Melgara se realizaron cuatro (4) modelos

diferentes. El primero muestra la condición actual de la quebrada donde se tienen

la entrega con rectificación y los puentes en su estado actual. El segundo modelo

que se realizó fue el de la quebrada con su entrega natural como se presentaba

previamente antes de la rectificación que se llevó a cabo. El tercer modelo

corresponde a una situación hipotética donde los puentes existentes en la

quebrada dejan de ser una restricción al flujo. Como último modelo se realizó la

condición en la cual se rectifican los meandros existentes en la quebrada.

128

Para la modelación hidráulica se contó con diez (10) secciones transversales

correspondientes al río Sumapaz en una longitud de 1850 m, y sesenta y un (61)

secciones transversales en la quebrada La Melgara en una longitud de 4500 m,

levantadas topográfica y batimétricamente en el área analizada.

Para los análisis, se partió de la modelación hidráulica del río Sumapaz, pues bien

es sabido que esta última corriente es la condición hidráulica que condiciona los

niveles aguas abajo de la primera. Con el fin de ser más conservador, se supuso

que las crecientes en ambas corrientes de agua se presentaban con el mismo

periodo de retorno. Es probable que en la mayoría de los casos no sea así, pero

esta decisión da valores razonablemente conservadores para las condiciones

hidráulicas de la quebrada.

Con base en el modelo HEC-RAS, el coeficiente de rugosidad de Manning definido,

y los coeficientes precisados de pérdidas de energía localizadas de contracción y

expansión de las corrientes, se calcularon los perfiles hidráulicos para caudales

máximos instantáneos anuales con periodos de retorno entre 2 y 100 años,

suponiendo una condición de flujo normal en la sección más aguas abajo del río

Sumapaz.

Con los resultados de esta modelación, se halló el caudal máximo que es capaz de

transportar la quebrada La Melgara sin que se produzca inundación. Se calculó que

el caudal máximo sin que se produzcan inundaciones es igual a 38.0 m³/s

correspondiente a un periodo de retorno de más o menos 2 años. Con este caudal

solo se producen inundaciones en el 6% de las secciones, pero limitadas a la parte

más aguas arriba cuando el cauce de la quebrada es limitado. Si se analiza un

caudal de 57.7 m³/s correspondiente a un periodo de retorno de 3 años, se

produce inundación en más o menos el 20% de las secciones transversales

analizadas. Finalmente, si se analiza un caudal igual a 71.0 m³/s, el cual

corresponde a un periodo de retorno de 5 años, se produce el desborde de

alrededor del 25% de la secciones levantadas.

129

Comparando la entrega actual de la quebrada La Melgara para una creciente con

periodo de retorno de 100 años, con la entrega natural previa que poseía la

corriente, se encuentra una diferencia de nivel de aguas en el sitio en donde se

llevó a cabo la rectificación igual a 35 cm, mayor en la condición natural previa sin

rectificación. Esta diferencia desaparece alrededor de 450 m aguas arriba de la

entrega actual cuando se llega al primer puente contabilizado desde la

desembocadura actual de esta quebrada hacia aguas arriba de la corriente. Con

esto se demuestra la bondad de la referida entrega actual, al disminuir niveles de

agua en la parte final de la quebrada, evitando adicionalmente la inundación de los

puentes peatonales y de la zona aguas abajo de la rectificación actual por donde

discurría la quebrada.

Al comparar los niveles de la lámina de agua en las secciones de los puentes, como

es de esperarse se produce una elevación del nivel de la lámina de agua en la

condición actual respecto a la condición en que los puentes ya no son una

restricción hidráulica. Para los puentes ubicados en las secciones P18 y P25, los

niveles tienen una variación mínima, más que todo por que en estas secciones los

puentes existentes no representan un obstáculo para la sección. Sin embargo, en

los otros puentes las variaciones de nivel aguas arriba son muy importantes.

La quebrada La Melgara posee tres meandros sobre su trayectoria, los cuales

teóricamente podrían ser rectificados con el fin de dejar estas zonas sin la

corriente de agua y sin que se produjeran inundaciones. La ubicación de estos

meandros actuales a rectificar se presenta en la Figura No. 9. Aunque este ejercicio

es meramente teórico, se llevó a cabo con el fin de analizar la problemática del

incremento en velocidades promedio del agua para la zona del corte de los

meandros, y compararla posteriormente con su condición actual. .

Al comparar las velocidades promedio del agua, se observa claramente un muy

importante incremento en este parámetro en las zonas de rectificación de los

meandros cuando se comparan con las condiciones naturales actuales. En el

Cuadro No. 12 se presenta la comparación de las velocidades para un periodo de

retorno de 100 años para ambos casos. Se puede observar que en algunos casos el

incremente es hasta el 300 o casi 400 % de la situación actual. Este incremento en

130

velocidades puede hacer inestabilizar la quebrada tanto aguas arriba como aguas

abajo, debido a los procesos erosivos que se pueden presentar, y a los procesos de

colmatación cuando el material erosionado se sedimenta aguas abajo. Pero es

más, los excedentes de la energía al tener mayores velocidades el agua en las

condiciones de rectificación de los meandros, pueden hacer que se ocasiones

importantes problemas erosivos tanto en el fondo del cauce como en las laderas

de la quebrada. Una rectificación de un cauce implica estudios profundos de

hidrología, hidráulica y de sedimentos, adicionales al diseño de obras de disipación

de energía y control de cauces, con el fin de lograr que la corriente de agua no

presente futuros cambios indeseables. Pero por otro lado, ambienta y socialmente

la rectificación de un cauce puede llegar a ser también indeseable sobre todo si

involucra a una población urbana como Melgar.

La socavación total en una corriente de agua se divide en la socavación

generalizada que sufre el fondo del cauce ante eventos de crecientes máximas

extraordinarias, la socavación localizada al pie de estructuras, como pilas o estribos

de un puente, o sobre obras de defensa de la corriente misma, como espolones,

muros de protección, etc., y la socavación en curvas. Con base en la granulometría

del fondo de cauce de la quebrada, las características hidrológicas de la creciente

de diseño (100 años de periodo de retorno) y las características hidráulicas

calculadas para la misma condición, se ha computado la socavación generalizada

sobre el fondo del cauce y la localizada al pie de las estructuras de protección de

orilla que se han diseñado para la protección y recuperación de orilla. Se calcula un

valor de erosión localizada sobre el fondo actual del cauce para el diseño de obras

de protección de orillas.

La solución a los problemas de inundación ocasionados por una corriente de agua

se puede lograr a cabo mediante las siguientes acciones:

o Aumento de la capacidad hidráulica de la sección transversal. En este

caso se puede ampliar el cauce tanto en profundización como

lateralmente, y se pueden eliminar obstrucciones como puentes

colectores que atraviesen la corriente (como es el caso de la quebrada

La Melgara), dentro del cauce activo de la corriente, mejorando así las

131

condiciones de flujo, y generando que los niveles de la lámina de agua

desciendan y se disminuyan los riesgos de inundación. Debido a lo

afectada que está la quebrada La Melgara por la urbanización alrededor

de ella, y por el costo social y económico de esta solución, la misma se

descarta.

o Construcción de diques o jarillones alrededor del cauce de inundación

con el fin de contener una mayor área hidráulica y un mayor caudal.

Como se mencionó previamente, debido a lo afectada que está la

quebrada La Melgara por la urbanización alrededor de ella, y por el

costo social y económico de esta solución, la misma se descarta.

o Revestimiento del cauce con el fin de reducir la rugosidad de la

corriente, aumentar su velocidad y su caudal. Desde el punto de vista

ambiental, esta alternativa es totalmente inaceptable.

o Incremento en la pendiente del cauce. Esto en general se puede lograr

en tramos cortos, pues las cotas al inicio y fin de la corriente son fijas.

al. Como se mencionó previamente en este informe, eeste incremento

en velocidades puede hacer inestabilizar la quebrada tanto aguas arriba

como aguas abajo, debido a los procesos erosivos que se pueden

presentar, y a los procesos de colmatación cuando el material

erosionado se sedimenta aguas abajo. Pero es más, los excedentes de la

energía al tener mayores velocidades el agua en las condiciones de

rectificación de los meandros, pueden hacer que se ocasiones

importantes problemas erosivos tanto en el fondo del cauce como en

las laderas de la quebrada. Una rectificación de un cauce implica

estudios profundos de hidrología, hidráulica y de sedimentos,

adicionales al diseño de obras de disipación de energía y control de

cauces, con el fin de lograr que la corriente de agua no presente futuros

cambios indeseables. Pero por otro lado, ambienta y socialmente la

rectificación de un cauce puede llegar a ser también indeseable sobre

todo si involucra a una población urbana como Melgar, por lo cual

también se descarta esta solución.

132

o Mejorar la forma de la sección hidráulica de la quebrada. Existen

secciones hidráulicas que son más eficientes que otras para pasar un

caudal con la misma área hidráulica. Sin embargo, este mejoramiento

necesariamente implica que la sección transversal se debe revestir, por

lo cual se descarta también esta alternativa.

o Finalmente, como última solución se propone construir uno o dos

embalses para el control de crecientes en la quebrada. En este

esquema, se diseña una descarga de fondo en el pie de la presa que

esté totalmente abierta y que evacué como máximo el caudal que la

quebrada es capaz de transportar sin que se produzcan inundaciones.

Este embalse debe ser capaz de almacenar el volumen de agua

excedente sobre el referido caudal que la quebrada sea capaz de pasar

sin que se causen inundaciones de la creciente de un periodo de

retorno específico (por ejemplo de 100 años). Del cálculo se deduce que

el volumen a almacenar temporalmente debe ser iguala a 1071 x 106

m3.

o Se recomienda llevar a cabo estudios a nivel de reconocimiento y/o

prefactibilidad de manera inmediata con el fin de determinar si es

posible que aguas arriba de la población existan embalses con un

volumen como el especificado previamente.

9 RECOMENDACIONES

La solución a los problemas de inundación ocasionados por una corriente de agua se

puede lograr a cabo mediante las siguientes acciones:

133

A. Aumento de la capacidad hidráulica de la sección transversal. En este caso se

puede ampliar el cauce tanto en profundización como lateralmente, y se

pueden eliminar obstrucciones como puentes colectores que atraviesen la

corriente (como es el caso de la quebrada La Melgara), dentro del cauce activo

de la corriente, mejorando así las condiciones de flujo, y generando que los

niveles de la lámina de agua desciendan y se disminuyan los riesgos de

inundación. Debido a lo afectada que está la quebrada La Melgara por la

urbanización alrededor de ella, y por el costo social y económico de esta

solución, la misma se descarta.

B. Construcción de diques o jarillones alrededor del cauce de inundación con el fin

de contener una mayor área hidráulica y un mayor caudal. Como se mencionó

previamente, debido a lo afectada que está la quebrada La Melgara por la

urbanización alrededor de ella, y por el costo social y económico de esta

solución, la misma se descarta.

C. Revestimiento del cauce con el fin de reducir la rugosidad de la corriente,

aumentar su velocidad y su caudal. Desde el punto de vista ambiental, esta

alternativa es totalmente inaceptable.

D. Incremento en la pendiente del cauce. Esto en general se puede lograr en

tramos cortos, pues las cotas al inicio y fin de la corriente son fijas. al. Como se

mencionó previamente en este informe, eeste incremento en velocidades

puede hacer inestabilizar la quebrada tanto aguas arriba como aguas abajo,

debido a los procesos erosivos que se pueden presentar, y a los procesos de

colmatación cuando el material erosionado se sedimenta aguas abajo. Pero es

más, los excedentes de la energía al tener mayores velocidades el agua en las

condiciones de rectificación de los meandros, pueden hacer que se ocasiones

importantes problemas erosivos tanto en el fondo del cauce como en las

laderas de la quebrada. Una rectificación de un cauce implica estudios

profundos de hidrología, hidráulica y de sedimentos, adicionales al diseño de

obras de disipación de energía y control de cauces, con el fin de lograr que la

corriente de agua no presente futuros cambios indeseables. Pero por otro lado,

ambienta y socialmente la rectificación de un cauce puede llegar a ser también

134

indeseable sobre todo si involucra a una población urbana como Melgar, por lo

cual también se descarta esta solución.

E. Mejorar la forma de la sección hidráulica de la quebrada. Existen secciones

hidráulicas que son más eficientes que otras para pasar un caudal con la misma

área hidráulica. Sin embargo, este mejoramiento necesariamente implica que la

sección transversal se debe revestir, por lo cual se descarta también esta

alternativa.

F. Finalmente, como última solución se propone construir uno o dos embalses para

el control de crecientes en la quebrada. En este esquema, se diseña una descarga

de fondo en el pie de la presa que esté totalmente abierta y que evacué como

máximo el caudal que la quebrada es capaz de transportar sin que se produzcan

inundaciones. Este embalse debe ser capaz de almacenar el volumen de agua

excedente sobre el referido caudal que la quebrada sea capaz de pasar sin que se

causen inundaciones de la creciente de un periodo de retorno específico (por

ejemplo de 100 años). En el Cuadro No. 16 y en la Figura No. 10 se presenta el

hidrograma correspondiente al hidrograma de exceso de la creciente de 100 años

que se debe almacenar. De este cálculo se deduce que el volumen a almacenar

temporalmente debe ser iguala a 1071 x 106 m3.

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