estudio hidrologico

ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO PARA LOS ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD Y DISEÑO DEFINITIVO DEL CAMINO SAN PEDRO-

ESPINAL DE 8KM DE LONGITUD, UBICADO EN EL CANTON SANTA LUCIA, PROVINCIA DEL GUAYAS

ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO PARA LOS ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD Y DISEÑO DEFINITIVO DEL CAMINO SAN PEDRO- ESPINAL DE 8KM DE LONGITUD, UBICADO EN EL

CANTON SANTA LUCIA, PROVINCIA DEL GUAYAS

1. INTRODUCCION..............................................................................................................1

2. OBJETIVO....................................................................................................................... 2

3. UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ZONA DE PROYECTO................................2

4. REVISION DE ESTUDIOS EXISTENTES SOBRE LA ZONA DE PROYECTO............................2

5. CRITERIOS TECNICOS......................................................................................................5

6. METODOLOGIA..............................................................................................................5

7. INFORMACIÓN BASICA...................................................................................................6

7.1. INFORMACION HIDROMETEOROLOGÍCA...........................................................................6

7.2. INFORMACIÓN CARTOGRAFICA Y TOPOGRAFICA...............................................................7

7.3. OTRA INFORMACIÓN..........................................................................................................7

8. CARACTERISTICAS CLIMATICAS DE LA ZONA DE PROYECTO..........................................8

9. CONSIDERACIONES HIDROLOGICAS...............................................................................8

9.1. REGIMEN DE LLUVIA...........................................................................................................9

9.2. CURVAS INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA (I-D-F).......................................................9

9.3. DEFINICIÓN DE LAS AREAS APORTANTES.........................................................................11

9.4. DETERMINACIÓN DE CAUDALES.......................................................................................11

9.4.1. SECTOR A..................................................................................................................11

9.4.2. SECTOR B..................................................................................................................14

9.4.3. SECTOR C..................................................................................................................15

10. CONSIDERACIONES HIDRAULICAS............................................................................15

10.1. INCIDENCIA DE LA VIA SOBRE EL SUBSISTEMA DE RIEGO Y DRENAJE EXISTENTE......15

10.2. ESTACION DE BOMBEO DE DRENAJE HIGUERON.........................................................16

10.3. PUENTE SOBRE LA VÍA VHE...........................................................................................17

10.4. ALTERNATIVAS DE CRUCE DE LA VIA SOBRE LAS ESTRUCTURAS DE RIEGO EXISTENTE 19

Noviembre 2011

10.5. OBRAS DE DRENAJE COMPLEMENTARIAS....................................................................24

11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................................................26

11.1. CONCLUSIONES............................................................................................................26

11.2. RECOMENDACIONES....................................................................................................26

REFERENCIAS........................................................................................................................27

LISTA DE TABLAS

LISTA DE FIGURAS

APÉNDICE A

Ing. Ángel B. Montoya C. Msc.

ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO PARA LOS ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD Y DISEÑO DEFINITIVO DEL CAMINO SAN PEDRO- ESPINAL DE 8KM DE LONGITUD, UBICADO EN EL

CANTON SANTA LUCIA, PROVINCIA DEL GUAYAS

1. INTRODUCCION

El presente estudio constituye en realidad un complemento del efectuado en diciembre del 2010, como parte del diseño definitivo del puente sobre el río Daule, a la altura de la población de Santa Lucía, cabecera cantonal de la división administrativa del mismo nombre.

En aquella ocasión se ponderó la importancia que tiene en el desarrollo de una región o país un sistema vía; particularmente el terrestre, bien concebido, diseñado y operado; de modo que facilite un tráfico vehicular seguro, aún bajo condiciones climáticas severas, sin sufrir daños cuantiosos de sus estructuras; aunque se trataba de una sola obra como es el proyecto de puente antes referido.

Por ello es loable la decisión del Consejo Provincial del Guayas, de ampliar el alcance de los estudios, incluyendo un tramo de vía, ya que la presencia del puente por sí sola, no cumple a cabalidad el objetivo de comunicar los diferentes centros poblados dispersos en la zona.

La zona que se pretende servir es particularmente importante, por ser parte de un sistema de riego y drenaje denominado de las “17 Mil Hectáreas” , y que fue concebido y ejecutado por la Comisión de Estudios para el desarrollo de la Cuenca del Guayas(EX - CEDEGE), y puesto en marcha hace aproximadamente 19 años (Figura N° 1).- El mencionado sistema, es a su vez parte del que fue en su momento el gran “Proyecto de PropósitoMúltiple Jaime Roldos Aguilera”, que tanto ha beneficiado a la región y al país, y cuya descripción ocuparía mucho espacio y tiempo.

Concretándose a la zona en cuestión, vale señalar el gran impacto positivo que ha tenido en los aspectos económico y social, el sistema de las “17 mil Hectáreas”, que se extiende entre los cantones Nobol y Colimes, sobre la margen derecha del río Daule.- Si bien es cierto que dicho sistema, entre sus principales obras, contempla redes de canales de riego y drenaje; así como de caminos, pero éstos sirven preferentemente para las labores de operación y mantenimiento.

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En estas circunstancias, como no pensar en dotar a la zona de vías terrestres que faciliten una rápida y segura movilización de bienes y personas, hacía los grandes centros poblados que demandan su producción agropecuaria.

En realidad, deben implementarse muchos más caminos y puentes sobre el río Daule, ya que su valle posee un gran potencial de desarrollo.

Entonces, constituye realmente un acierto del Consejo Provincial del Guayas y del Consejo Cantonal de Santa Lucia, al impulso que están dando a este tipo de proyectos.

2. OBJETIVO

Revisar y proponer caudales de diseño de las diferentes obras hidráulicas de drenaje existentes del subsistema Higuerón; así como de las obras arte menor relacionadas con el proyecto de vía; mediante el análisis hidrológico.

Analizar y recomendar alternativas de manejo sobre las incidencias de la vía en las obras hidráulicas existentes; y proponer las obras de drenaje complementarias que se estimen necesarias para la integridad y buen desempeño de la vía.

3. UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ZONA DE PROYECTO

Conforme ya se mencionó, el sitio de proyecto está ubicado en la Cuenca del Río Guayas, la más importante del Pacifico Sur, por su extensión y gran potencial de producción agropecuaria (Figura N° 2).

El proyecto de camino cuya longitud es de aproximadamente 8 km, se inicia en la vía principal Guayaquil-Quevedo-Santo Domingo de los Tsáchilas, cerca de la población de Santa Lucia, en el punto de coordenadas UTM WGS84 613055, E-9808536N, y culmina en el punto de coordenadas 607065E-9810368N, en la intersección con la vía VHG que circunda el sistema por el lado oeste.

Como puede apreciarse en la Figura N° 3, dicho camino en sus inicios cruza el río Daule mediante un puente, cuyos estudios y diseños ya han sido realizados.- Luego se inserta completamente en el Subsistema Higuerón, uno de los cinco subsistemas que integran el Sistema de las 17000 Hectáreas de riego y drenaje, ubicado en la margen derecho del río Daule, entre los cantones Nobol y Colimes.

4. REVISION DE ESTUDIOS EXISTENTES SOBRE LA ZONA DE PROYECTO

Con el conocimiento a priori de la incidencia del proyecto de vía en el Subsistema Higuerón fue indispensable recurrir a su información de sustento; a fin de tomar decisiones con conocimientos de causa y lo más acertadas en lo posible, tarea que resultó

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bastante complicada debido al tiempo transcurrido desde su ejecución, y a los cambios institucionales de los entes públicos responsables de dicha información.

Lo ideal hubiere sido contar, entre otras cosas con los planos As Built del proyecto, pero eso fue imposible, obteniendo únicamente los planos que sirvieron de base para el proceso licitatorio, los que afortunadamente no han sufrido mayores cambios al momento de ejecutar las obras, especialmente en lo que se refiere a obras civiles.

Otro documento que resultó de gran valor fue el “Informe Final de Fiscalización del Proyecto de Riego y Drenaje de las 17000 Hectáreas en el Valle del Río Daule”, elaborado para CEDEGE, por la Asociación Vera-Lavalin, en marzo de 1995.

De la revisión de esta información se llegó a establecer que el Subsistema Higuerón está constituido por la siguiente infraestructura (Ver Figura N° 3).

a) DOS ESTACIONES DE BOMBEO PARA RIEGO

I) Estación de Bombeo Higuerón N° 1, conformada por cinco unidades con una capacidad de 0,97 m3/s, cada una.

II) Estación de Bombeo Higuerón N° 2, integrada por dos unidades con una capacidad de 0,99 m3/s, cada una.

b) UNA ESTACIÓN DE BOMBEO PARA DRENAJE

Conformada por tres unidades, con una capacidad mínima de 2,32 m3/s, cada una, totalizando 6,96 m3/s.

c) DIEZ CANALES DE RIEGO

Revestidos de hormigón

CANAL LONGITUD (m)SH 803

SHA 10.081SHB 1.644

SHB-1 1.020SHB-2 1.115SHC 5.926

SHC-1 284SHD 2.417

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SHD-1 2.792SHD-2 2.202TOTAL 28.284

d) DOCE CANALES DE DRENAJE

Son canales no revestidos

CANAL LONGITUD (m)DHA(Norte) 8.760

DHA(Sur) 1.875DHB 2.013

DHB-1 2.317DHC 586

DHD-1 1.224DHE 2.568

DHE-1 2.433DHE-2 871DHF 1.073

Drenaje Exterior 11.592Drenaje Exterior

Norte1.849

TOTAL 37.161

e) OBRAS DE ARTE

OBRA CANTIDADDesviaderos 52Retenciones 38Alcantarillas 32Puentes vehiculares sobre canal 14Puentes peatonales 21Aliviaderos 1Aforadores Parshall 2

f) NUEVE VIAS DE ENLACE

VIA LONGITUD(m)VHB 1.727VHC 1.360

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VHD 1.156VHE 3.162VHF 1.890VHG 3.759VHH 2.759VHJ 1.049VHP 1.845

TOTAL 18.677

Obviamente que sobre todas estas obras no tiene incidencia directa el proyecto de vía propuesto, sino sobre algunas de ellas, las que se precisarán en su momento.

5. CRITERIOS TECNICOS

El presente estudio, por su naturaleza, debe tener obviamente un soporte técnico que lo avalice.- Por ello es indispensable consultar la bibliografía técnica pertinente, sobre lo cual, actualmente existe una enorme facilidad gracias al avance científico- técnicos, aparte de ciertas referencias que son clásicas. Indudablemente que en esta tarea cuenta mucho la experiencia.

6. METODOLOGIA

Para alcanzar los objetivos propuestos se siguió la metodología que se resume a continuación:

- Acopio de informes, planos y más información relativa al subsistema Higuerón, en la medida de lo posible, a sabiendas de que existe mucha información.

- Recopilación de información básica de diferente índole; hidrometeorológica, cartográficas, geologías, de suelos, etc.

- Análisis y procesamiento de la información.- Inspección física de la zona de influencia del proyecto, a fin de disponer de una visión

más clara del problema y adoptar las mejores soluciones.- Análisis de la precipitación para definir su régimen, así como fuente de escurrimiento

para definir caudales; para lo cual se elaboraron las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (I-D-F), necesarias en la solución de problemas de drenaje vial.

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- Determinación de caudales, utilizando métodos basados en la relación lluvia-escurrimiento, tales como el Racional y del Hidrograma Triangular del Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos.

- Descripción del sistema de drenaje existente y comparación de los caudales obtenidos en este análisis, con los usados en el diseño de estructuras existentes.

- Propuesta de estructuras de drenaje complementarias de la vía.- Diseño de obras complementarias de drenaje de la vía, transversales y longitudinales.- Planteamiento de alternativas para resolver la incidencia del trazado de la vía en las

diferentes estructuras existentes.

7. INFORMACIÓN BASICA

Todo estudio hidrológico e hidráulico necesita como insumo indispensable de la información básica, aunque sea muy precaria, ya que de ella depende su grado de confiabilidad, tomando en cuenta que intervienen variables de carácter aleatorio como la lluvia.

Los métodos de análisis, especialmente en la parte hidrológica dependen mucho de la cantidad y calidad de esta información.

La información básica, de manera general, comprende lo siguiente:

- Hidrometeorología- Cartografía y topografía- Tipo, uso y cobertura del suelo- Geología

7.1. INFORMACION HIDROMETEOROLOGÍCA

Comprende generalmente la referida a las variables climáticas, entre ellas, fundamentalmente la precipitación; y por otra parte, la que tiene que ver con el escurrimiento en los cauces, tales como niveles de agua, aforos y caudales.- Estos últimos pueden ser medios diarios, mensuales, anuales o máximos instantáneos.

De manera general esta información adolece de ciertas irregularidades con relación a su consistencia, confiabilidad, extensión y cobertura.

De entre las variables climáticas la que reviste mayor interés es la precipitación, por ser la fuente del escurrimiento.- Para el presente caso, afortunadamente se cuenta con la estación meteorológica La Capilla, operada por el INAMHI, aunque su periodo es relativamente corto y con muchos vacios.- De esta estación se ha

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podido obtenerlas series de lluvia mensual (Tabla N° 1) y máxima en 24 horas (Tabla N° 2).

En cuanto al escurrimiento, vale señalar que también se cuenta con una estación hidrométrica, muy cercana a lo meteorológica, denominada como” Daule en La Capilla”, así mismo controlada por el INAMHI, y con un relativamente largo periodo de registro de caudales máximos anuales, los que fueron muy útiles al momento de definir el caudal de diseño del puente sobre el río Daule, antes mencionado; obviamente considerando el efecto regulador del embalse Daule-Peripa.- Sin embargo vale señalar que dicha información no es apropiada para acometer los problemas de drenaje de la vía que aquí se plantean, dadas sus características totalmente distintas.

7.2. INFORMACIÓN CARTOGRAFICA Y TOPOGRAFICA

Para la zona de proyecto se cuenta con las cartas del IGM en escala 1’250.000, que dados la gran escala y lo pequeño de las áreas aportantes, resultan de poco valor para este caso.- En cambio, son muy útiles las cartas en escala 1:50000, también del IGM y en formato digital.Para el presente caso se requirió de las cartas denominadas Pedro Carbo, Santa Lucía,Palestina y Colimes (Elipsoide WGS84).

Tratándose del drenaje de áreas relativamente pequeñas y planas, ni siquiera las cartas topográficas en escala 1:50000 aportan gran información,ya que el intervalo de curvas de nivel es cada 20m.- Para el presente análisis, afortunadamente se contó con un plano topográfico propio del subsistema Higuerón, con intervalos de curvas de nivel cada metro, que sirvió para definir, pendientes, tiempo de concentración, etc.Aparte de esta información, como es lógico, para fines de diseño se cuenta con topografía de detalle y en escalas adecuadas.

7.3. OTRA INFORMACIÓN

Se refiere a la información relacionada con el clima; el tipo, uso y cobertura del suelo; así como la geología regional.- En esta parte fue importante la información reportada por el Plan Integral de Gestión Socio-Ambiental de la Cuenca del Río Guayas, elaborado para CEDEGE, por la Asociación Caura-Fagromen.

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8. CARACTERISTICAS CLIMATICAS DE LA ZONA DE PROYECTO

La zona del proyecto, por su ubicación geográfica presenta una variación climática difícil de explicar racionalmente en base del conocimiento actual, debido a la serie de factores que intervienen.Sin embargo algunos estudiosos del tema, como Köppen, establecen para esta zona un clima tropical húmedo y seco (sabana) con un invierno único predominante (Figura N° 5).- Vale señalar que otros autores establecen clasificaciones que concuerdan plenamente, como es el caso del Mapa Bioclimático y Ecológico del Ecuador, elaborado por Luis Cañadas, para el MAG-PRONAREG.

Según la Figura N° 6, “Isoyetas de la Cuenca del Guayas”, tomado del PIGSA, la precipitación promedio multianual está alrededor de 1500mm; pero en base de la precipitación registrada en la estación “La Capilla”, se precisa el valor de 1278,9mm (Tabla N° 1).

Los valores promedio multianuales de otras variables climáticas están en el orden de:

- Evaporación 1200mm- Temperatura máxima 31.0°C- Temperatura mínima 22,0°C- Temperatura media 26,5°C- Humedad relativa 87,0°C- Nubosidad 6,4 octavos

9. CONSIDERACIONES HIDROLOGICAS

Mediante el análisis hidrológico, dependiendo de la naturaleza del proyecto, se determinan, ya sea la disponibilidad del recurso agua, o los caudales máximos asociados a una determinada frecuencia, necesarios para el dimensionamiento de las obras hidráulicas.

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Al no disponer de series de caudales máximos en los sitios de interés, por tratarse de áreas aportantes pequeñas como es el presente caso, necesariamente hay que recurrir a métodos indirectos basados en la relación lluvia-escurrimiento, para determinar los caudales.

En consecuencia la precipitación o lluvia cobra particular importancia, sobre la cual se abordarán dos aspectos que son: el régimen de lluvia en la zona de proyecto y las curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia (I-D-F)

9.1. REGIMEN DE LLUVIA

Es importante conocer el régimen de lluvia en la zona de influencia del proyecto, porque conociendo su disponibilidad y distribución en el tiempo, se puede programar el uso del recurso o la ejecución de las obras.

Contando con la serie de lluvia mensual de la estación La Capilla (Tabla N° 1), ubicada prácticamente en el sitio mismo del proyecto; se elaboró el diagrama mostrado en el Figura N° 7, que muestra claramente que casi el 90% del total anual de lluvia se concentra durante los meses de enero a mayo, mientras que el resto del año prácticamente no llueve.

9.2. CURVAS INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA (I-D-F)

Estas curvas son de particular interés para los proyectos de drenaje vial, ya que las llamadas obras de arte menor, que son la mayoría, corresponden a áreas aportantes relativamente pequeñas; salvo el caso de los puentes que tienen un tratamiento especial, por considerarse obras de arte mayor.

Lo medular de este tema es que para propósitos de diseño se requieren alturas o intensidades máximas de lluvia referidas a intervalos cortos de tiempo que van desde los cinco minutos hasta máximo un día, y asociados a una determinada frecuencia o periodo de retorno, es decir, que se trata de la información relativa a tormentas o aguaceros.

Lamentablemente esta información es muy restringida, ya que sólo se registra en estaciones meteorológicas dotadas con pluviografos, las que son escasas debido a lo complejo de su operación; por lo que, sólo existen en sitios específicos. Es precisamente esta la información básica requerida para la elaboración de las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (I-D-F) de lluvia.

Frente a esta realidad son muchos los esfuerzos desplegados para superar esta dificultad, como los realizados por el INAMHI, cuyo último trabajo titulado “Estudio

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de Lluvias Intensas” data del año 1999, que considera al país dividido en 35 zonas pluviométricas, algunas muy extensas y con poca representatividad, como las de la región oriental.

En el presente caso se ha optado por una metodología que se viene aplicando por varios años, con pequeños ajustes que lo mejoran, desde que fue publicado en el VI Congreso Nacional de Hidráulica efectuado en la ciudad de Guayaquil en 1990.

El procedimiento se basó en una recopilación, deducción y sistematización de una serie de relaciones de lluvia, con las duraciones y frecuencias más usuales, las que se cumplen aquí y en muchas partes del mundo, y su validez ha sido ampliamente probada mediante contraste con las curvas correspondientes, obtenidas de datos pluviográficos.

La información básica para la aplicación de este método es la lluvia máxima en 24 horas, disponible en todas las estaciones pluviométricas, por lo que fácilmente se soluciona a la vez el problema de generalizar sus resultados para cuencas y subcuencas, con sólo determinar valores medios a través de métodos como los Polígonos de Thiessen o de las Isoyetas, una vez que se dispone de los valores puntuales para las estaciones que intervienen.

En la Tabla N° 2 se presentan los valores de la precipitación máxima anual en 24 horas registrada en la estación La Capilla.

La aplicación del método se inicia aplicando el coeficiente de 1.1 a la serie de valores para que tengan la calidad realmente de 24 horas, ya que lo que registran los pluviómetro es lluvia diaria.- Luego se aplica a la serie la distribución teórica de probabilidad Gumbel Tipo I, obteniendo valores máximos de lluvia para los periodos de retorno más usuales, esto es: 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años. (Ver Figura N° 8).

Tomando como base los resultados anteriores, al aplicar los coeficientes respectivos que postula el método, se obtienen en primer lugar los valores de altura máxima de lluvia para diferentes duraciones y frecuencias, luego dichos valores se transforman en intensidades obteniendo finalmente las curvas I-D-F.

Estos resultados se presentan en la Tabla N° 3,los que en forma gráfica se presentan en la Figura N° 9, previo a un ajuste estadístico considerando dos tramos para cada frecuencia, ya que de esa manera se consigue un alto coeficiente de correlación, prácticamente igual a la unidad.

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Por último, se presentan en la Tabla N° 4 las correspondientes ecuaciones pluviométricas que facilitan enormemente el trabajo y con mayor precisión.

9.3. DEFINICIÓN DE LAS AREAS APORTANTES

En este caso no sería apropiado hablar de subcuencas, mucho menos de cuencas, puesto que las áreas a drenar han sido configuradas de manera artificial, por los límites que involucra la definición del subsistema de riego y drenaje Higuerón; y que está siendo atravesado por un camino.

Antes de continuar, es necesario dejar sentado como principio básico que, tratándose de un subsistema de riego y drenaje en fase de plena operación, el problema del drenaje se supone que está resuelto, quedando en este caso únicamente realizar algunas verificaciones, y proponer nuevas obras sólo en el caso que se requieran por razones del trazado de la nueva vía.

También es preciso puntualizar que a lo largo del valle del río Daule, el problema de las inundaciones hasta un periodo de retorno de 25 años, está controlado por la presencia del Embalse Daule-Peripa, situación que ha dado lugar al desarrollo económico y social que es notorio.

Para fines prácticos y en función de las características del subsistema, se consideran tres sectores, etiquetados como A,B y C, como se muestra en la Figura N° 3.

9.4. DETERMINACIÓN DE CAUDALES

9.4.1. SECTOR A

El sector A tiene como drenaje principal el canal DHA que corre de norte a sur, donde confluyen otros ramales como el DHE-2, DHE-1 y DHC; configurando todo un sistema.

Este sector, junto con el B, es drenado mediante la Estación de Bombeo de Drenaje Higuerón, ubicada en la parte sur, depositando finalmente el agua en el río Daule, a través del Estero Cascol.

Este sector presenta las siguientes características.

Área

A= 18,927 Km2

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Longitud del cauce principal hasta la estación de bombeo.

L= 9706,93-424,70= 9282,23m=9,282km.

Desnivel

Para su determinación fue útil el plano topográfico del subsistema. (Figura N° 4).

H= 11,00-7,32= 3,68m.

Tiempo de concentraciónEstimado según la fórmula de Kirpich o de California.

T c=0,9545( L3H )0,385

DondeTc= Tiempo de concentración, en horas.L= Longitud del cauce principal, en KmH= Desnivel, en m.ResultandoTc =7,598 horas 8 horas

Pendiente del cauce principal(canal DHA)

S= 3,689282,23

=0,000396<1% (Despreciable)

Precipitación total de diseño

Por tratarse de un área pequeña, aunque no lo suficiente como para aplicar el Método Racional para determinar el caudal, se considera la duración (t) igual al tiempo de concentración, que corresponde a la condición más crítica, cuando toda el área está aportando al escurrimiento.- Luego t=8horas.Se asume una frecuencia o periodo de retorno (Tr) igual a dos años, aunque debería ser menor, considerando que todos los años trabajará la estación de bombeo durante el periodo invernal.Entonces la lluvia total de diseño para una duración de 8 horas y periodo de retorno de 2 años, de la Tabla N° 4 de ecuaciones pluviométricas de la estación La Capilla, está dado por la siguiente ecuación.

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I=938,275 t−0756 ; para t>52minutos

I=8.8mm /h

Que transformado a altura de lluvia daP=70,4mm

Coeficiente de escurrimientoConsiderando:Tipo de suelo: SemipermeableCobertura vegetal: cultivosPendiente S=0,0396%<1% (despreciable )Entonces de la tabla respectiva

C=0,40 Precipitación efectiva

Luego la precipitación efectiva es:Pe=0,40 x 70,4=28,2mm

Determinación del caudal máximoMétodo del Hidrograma Triangular del USSCS, que está dado por las siguientes expresiones:

T P=D2

+0,6T c

T b=2,6T p

Q p=Pe . A

1,80T b

Donde

T P= Tiempo pico, en horas

T c= Tiempo de concentración, en horas

T b=Tiempo base, en horas

D=Duración de la lluvia efectiva (D=t)

Pe=Precipitación efectiva, en mm

A=Area aportante, en Km2

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Q p=Caudal pico, en m3/s

Para el presente caso

D= t = 8 horas

Tc=8 horas

Tp=9 horas

Tb= 24 horas

Qp=11,94m3/s

El hidrograma correspondiente se presenta en la Figura N° 10.

9.4.2. SECTOR B

El cauce principal está dado por el canal DHB-1, donde confluyen los canales de drenaje DHB y el DHD-1.

Siguiendo un procedimiento similar al sector A, se tienen los siguientes resultados.

L=2,99Km

A=5,745Km2

H=1,68m

Tc =3 horas

S= 0,056%

I=18,5mm/h

P=55,5mm

C =0,40

Pe=22,2mm

Tp =3,3 horas

Tb =9horas

Qp =7,873m3/s

Su representación gráfica se muestra en la Figura N° 11.

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9.4.3. SECTOR C

Este sector queda fuera del subsistema Higuerón, y está limitado por un tramo del terraplen de la vía proyectada, entre las abscisas 0+800 y 1+500, y por el río Daule.

Esta área de aproximadamente 54,000 hectáreas drena directamente al río Daule, de acuerdo a la configuración del terreno; pero frente a los cambios que seguramente se darán por la presencia de la vía y puente, es posible que se precise de una alcantarilla que sirva más que nada para comunicar los dos lados de la vía, ante un eventual desbordamiento del río Daule.

Con base en estas consideraciones se ha estimado un caudal tomando en cuenta solo la lluvia, para un duración de 5 minutos y un periodo de retorno de 10 años, obteniendo Q= 8,70m3/s, que servirá para el dimensionamiento de la alcantarilla que se ubicará aproximadamente en la abscisa 1+300.

10. CONSIDERACIONES HIDRAULICAS

10.1. INCIDENCIA DE LA VIA SOBRE EL SUBSISTEMA DE RIEGO Y DRENAJE EXISTENTE

Conforme se describió en el numeral 4 de este informe, son muchas y variadas las estructuras que conforman el Subsistema de Riego y Drenaje Higuerón, de las cuales algunas sufrirán algún tipo de afectación debido al trazado de la vía proyectada, esperando que dicha afectación sea la mínima posible.

El canal de riego o suministro sobre el que la vía tiene mayor incidencia es el SHD que parte de la Estación de Bombeo para Riego N° 2 y que continua con el nombre de SHD-2 luego de la derivación del SHD-1.

El proyecto de vía intersecta al canal SHD-2 aproximadamente en la abscisa 1+500, donde se debe implementar una estructura tipo puente para cruzarlo.

Dado que el trazado de la vía, por obvias razones , no necesariamente debe coincidir con el del canal, entonces no siempre puede ir adosado al terraplen donde se aloja el canal.- Esta circunstancia conduce a que entre los dos terraplenes

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queden espacios que en época de lluvias se llenarán de agua, creando una situación no deseada; como ocurriría entre las abscisas 1+500 a 2+100, y entre 2+740 a 3+000; por lo que, en estos sitios hay que prever la implementación de alcantarillas a través de la vía para drenar dichas áreas.

A partir de la abscisa 4+460, la vía se aparta completamente del canal SHD, para continuar como la vía VHE del subsistema hasta concluir en la intersección con la vía contigua al canal SHA.

A lo largo de los canales SHD y SHD-2, la vía cruza algunas derivaciones desde dichos canales, donde es preciso implementar las estructuras apropiadas a fin de no obstaculizar el flujo.

En el tramo donde la vía propuesta coincide con la vía VHE del subsistema, prácticamente no hay afectaciones que impliquen la construcción de estructuras de cruce, porque ya están construidas, requiriendo quizás pequeñas adecuaciones como muros cabezales y de ala, en algunos casos.- En este tramo una estructura importante de cruce sobre el canal DHA, es un puente que en el mejor de los casos deberá ampliarse su ancho, a fin de armonizar con el ancho de la vía que es de 7,30m.

10.2. ESTACION DE BOMBEO DE DRENAJE HIGUERON

La razón para hacer una relación sobre la Estación de Bombeo de Drenaje Higuerón, radica en que ésta cumple la función de drenar el agua de retorno de riego, y más que nada el agua lluvia durante la época invernal, de los sectores A y B, que tienen relación con la vía propuesta.

El sector A es el más importante por su extensión y porque es atravesado por la vía, la que en este tramo coincide con la VHE del Subsistema Higuerón.- El caudal estimado, para una lluvia de 8 horas de duración y una frecuencia de dos años es Q=11,944m3/s, como consta en el numeral 9.4.1 de este informe.

En el sector B, para una lluvia de 3 horas de duración y un periodo de retorno de 2 años, se ha estimado un caudal Q=7,873 m3/s.

En consecuencia el caudal total, bajo las citadas consideraciones, es Q=19,817m3/s.

La estación de bombeo está conformado por tres unidades motor-bomba, cuya capacidad mínima es de 2,32m3/s y máxima 3,06m3/s, cada una, de donde se desprende que la capacidad total máxima es del orden de Q=9,18m3/s, equivalente al 46,3% del valor aquí estimado.

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Al respecto valen las siguientes acotaciones:

- La frecuencia o periodo de retorno adoptado debe ser anual, conforme ya se mencionó antes, lo que conduciría a valores menores de caudal.

- Los cultivos, y particularmente el arroz como es el presente caso, soportan cierto nivel y tiempo de inundación.

- Los equipos de bombeo entran en acción cuando los niveles de agua en el cárcamo de bombeo están dentro del rango de operación y los niveles de agua en el río Daule son elevados, de modo que la descarga a gravedad es imposible, permaneciendo cerrados sus conductos mediante compuertas basculantes o tipo charnela.

- Cuando los niveles de agua en el río Daule descienden de tal forma que las compuertas basculantes se abren automáticamente, las tres descargas a gravedad entran en funcionamiento, pudiendo descargar hasta 3,6m3/s cada una, es decir, 10,800m3/s en total.

Bajo este escenario el sistema de bombeo de drenaje ha venido funcionando desde febrero de 1993, sin reportar mayores novedades.- Sin embargo, por parte de los responsables, debería esmerarse, en las labores de operación y mantenimiento, más aún tomando en cuenta que dichos equipos se acercan a cumplir su vida útil, debiendo prever su reemplazo.

En conclusión se estima que la integridad de la vía y la seguridad del tráfico vehicular están garantizadas.

10.3. PUENTE SOBRE LA VÍA VHE

Conforme ya se ha mencionado, la vía propuesta coincide totalmente, en su trazado, con la vía VHE del subsistema Higuerón,(Ver Foto N° 1 y Figura N° 12) donde existe un puente pequeño entre las abscisas 6+480 y 6+500 como estructura de paso sobre el canal DHA, que en este punto tiene un caudal estimado de Q= 11,549m3/s.

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Foto N° 1.- Vista desde Aguas Arriba del Puente sobre el canal DHA

Según el levantamiento topográfico efectuado para el proyecto, las características del sitio y del puente son las siguientes.

El.Fondo del canal DHA: 2,351msnm

El.Borde inferior de la viga: 5,936msnm

El.Losa del puente existente: 6,854msnm

El. Acera del puente: 7,101msnm

Las elevaciones, de acuerdo al proyecto de vía, de la subrasante en las abscisas 6+480 y 6+500 son: 8,796msnm y 8,768msnm, respectivamente; lo que significa que la rasante del puente debe elevarse hasta alrededor de dichos valores.- En resumen, esto implica la construcción de un nuevo puente, lo cual desde el punto de vista hidráulico se estima que no es necesario, como se demuestra a continuación:

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Según la información de los planos de licitación del Proyecto de Riego y Drenaje “17,000 Hectáreas”, en este sitio el canal DHA tiene las siguientes características.

B=4,00m

Z=1,5

n=0,035

S0=0,000322

Con esta información, y en base de la ecuación de resistencia de Manning,para el caudal que aquí se ha estimado en 11,549m3/s, se obtiene una profundidad normal de 2,36m, valor que sumado a la cota del fondo, da como máximo nivel del agua 4,591, que restado del nivel inferior de la viga actual da como gálibo 1,35m, que se estimó suficiente, tomando en cuenta que no existela posibilidad de arrastre de troncos o árboles como basura flotante, ya que se trata de un área de riego de cultivos de arroz.

Obviamente, que esta opinión no pretende en ningún momento contradecir los requerimientos reales del proyectista de la vía.

10.4. ALTERNATIVAS DE CRUCE DE LA VIA SOBRE LAS ESTRUCTURAS DE RIEGO EXISTENTE

Son seis los sitios críticos donde las estructuras de riego existentes, sean estas canal principal o derivaciones secundarias son interceptadas por el proyecto de vía.

En general, para algunos casos se podría plantear más de una alternativa de cruce; pero el criterio básico que razonablemente luce mejor, es que no se afecte para nada el estado actual del subsistema, o en los casos que inevitablemente se tenga que dar, dicha afectación sea mínima.

Con estos antecedentes, a continuación se describe cada caso.

a) INTERSECCION CON EL CANAL SHD-2

A la altura de la abscisa 1+500 aproximadamente, la vía proyectada debe cruzar el canal SHD-2(Ver Foto N° 2)

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Foto N° 2.- Sitio de cruce de vía con el canal SHD-2

Según la Figura N° 13, la vía no cruza ortogonalmente al canal, existiendo un esviaje entre sus correspondientes ejes, situación que es usual en este tipo de proyectos.

El tipo de estructura que se usa para estos casos, está tipificada en tratados como “CANAL AND RELATED STRUCTURES”, Design Standards N° 3 del Bureau of Reclamation, Departamento del Interior, de los Estados Unidos (USBR), como la que se muestra en la Figura N° 19. Una alternativa es la estructura mostrada en la Foto 3, que es un paso vehicular sobre el canal SHD-2 del Subsistema Higuerón, aguas arriba del sitio en cuestión.

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Foto N° 3.- Vista del paso vehicular sobre el canal SHD-2

b) OBRA DE TOMA A LA ALTURA DE LAS ABSCISAS 2+000 A 2+020

Se trata de una derivación para riego que tiene su captación en el canal SDE-2 en el punto de coordenadas UTM WGS84612020E y 9809684N, descargando directamente en la zona de riego.- Pero ocurre que dicha zona con el trazado de la vía se convierte en un recinto completamente cerrado, como ya se advirtió antes, siendo necesario una alcantarilla para evacuar el agua de la lluvia, la que a su vez en verano servirá para pasar el agua para riego hacia el otro lado del camino.- De esta manera se soluciona el problema sin alterar la toma existente, debiendo quizás encauzarse el flujo hacia la alcantarilla.

Dicha alcantarilla de 1,52x1,22 estará ubicada a la altura de la abscisa 2+000, como se muestra en la Figura N° 14.

c) ESTRUCTURA DE PASO VEHICULAR SOBRE EL CANAL SHD-1Se trata de la derivación del canal SHD-1, que tiene su captación en el punto de coordenadas 611562E y 9809994N, y cruza el camino a la altura de la abscisa 2+200 aproximadamente, como se aprecia en la Figura N° 15.

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La estructura de paso es similar a la del caso a), y no obstruye las condiciones de flujo del caudal para riego.La Foto N° 4 muestra la descarga de la toma en el canal SHD-1

Foto N° 4.- Vista de la descarga de la toma en el canal SHD-1

d) ESTRUCTURA DE PASO VEHICULAR SOBRE EL CANAL DE RIEGO UBICADO ENTRE LAS COORDENADAS 2+300 Y 2+320La bocatoma del canal de derivación sobre el canal SHD está en el punto de coordenadas 611567E y 9810080N, y cruza perpendicularmente el terraplén que aloja al canal.- El canal continua con un fuerte cambio de dirección en el sentido noroeste.Esta condición hace que cruce a la vía en forma esviajada, como se aprecia en la Figura N° 16.La estructura es del mismo tipo del caso a).La Foto N° 5 muestra una vista del sitio.

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Foto N° 5.- Vista de la descarga de la toma

e) ESTRUCTURA DE PASO VEHICULAR SOBRE EL CANAL UBICADO ENTRE LAS ABSCISAS 3+020Y 3+040

La bocatoma de este está ubicada en las coordenadas 611407E y 9810762N. La conducción luego de cruzar el terraplen cambia de dirección en aproximadamente 90° continuando unos 22,00m paralelo al canal SHD, para luego girar en la dirección suroeste, donde justo cruzará la vía propuesta, como se aprecia en la Figura N° 17.(Ver Foto N° 6).

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Foto N° 6.- Vista de la descarga de la obra de toma

La estructura de cruce es simple y similar al caso a)

f) ESTRUCTURA DE PASO VEHICULAR SOBRE LA TOMA UBICADA ENTRE LAS ABSCISAS 3+960 Y 3+980.En este sitio el terraplén que aloja el canal SHD y el del proyecto de vía, prácticamente constituyen uno solo; por lo que la descarga de la toma quedaría cerrada.Para que ello no suceda es necesario prolongar el conducto de la obra de toma, en aproximadamente 13,70m, de modo que descargue al otro lado del camino, tal como se muestra en la Figura N° 18.

10.5. OBRAS DE DRENAJE COMPLEMENTARIAS

En el presente caso, se denominan obras complementarias de drenaje a aquellas que hacen falta en los sitios donde el proyecto de vía no coincide con el terraplen existente o está fuera de la zona que comprende el subsistema Higuerón, donde tratándose de un sistema de riego y drenaje, es de suponer que la situación está bajo control.

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Por ejemplo, la zona de ambas márgenes del río Daule, que se extiende entre las abscisas 0+000 y 1+500, constituye lo que se denomina llanura de inundación por estar expuesta o posibles desbordamientos del río.- De no existir estructuras de paso del flujo a través del terraplén de la vía, se produciría acumulación de agua, aguas arriba, la que al bajar el nivel en el río descargaría concentrándose alrededor de los estribos y ocasionando posibles problemas de socavación.

El tipo de alcantarillas que se ha solucionado corresponde a ducto-cajón, por considerarse apropiadas para zonas bajas donde generalmente la altura del terraplen es relativamente pequeña.

La alcantarilla a ubicarse en la margen derecha del río Daule es una triple cajón, que descargaría hasta un caudal máximo de 8,70m3/s que corresponden a un área de 54,00 hectáreas, denominado aquí como sector C.- Los detalles se muestran en el Apéndice A.

En el resto de sitios donde se requiere alcantarillas, se ha considerado una tipo de 1,52x1, 22, equivalente a una de diámetro mínimo, cuyos detalles se muestra en el Apéndice A.

Los sitios donde se colocaron este tipo de alcantarillas corresponden aproximadamente a las siguientes abscisas:

0+105

0+400

1+640

2+000

2+760

En cuanto al drenaje longitudinal, constituido fundamentalmente por las cunetas, no se consideran necesarias en este caso, por tratarse de terraplenes bajos y con taludes generalmente cubiertos de vegetación que protegen contra una posible erosión, cuando el escurrimiento del agua lluvia procedente de la calzada fluye sobre ellos.- Como puede apreciarse, aún en las vías principales esta es una práctica común; lo que no significa que cuando se establezca realmente su necesidad hay que considerarlas .

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11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

11.1. CONCLUSIONES

El trazado de la vía en su mayor longitud, 6500m aproximadamente, está dentro del Subsistema Higuerón, componente del Sistemas de las 17000 Hectáreas, desarrollado por CEDEGE en la margen derecha del río Daule, como parte a su vez del gran proyecto de Propósito Múltiple Jaime Roldos Aguilera.

Es de suponer que tratándose de un sistema de riego y drenaje, el problema de drenaje específicamente dentro del Subsistema está controlado.

El trazado de la vía, por obvias razones, no necesariamente coincide con el del canal, lo que ha dado lugar a situaciones especiales que han sido necesario considerarlas para fines de drenaje, y para no interferir en lo posible las estructuras de riego.

En general, se ha procurado no afectar el funcionamiento de la infraestructura de riego y drenaje existentes.

Se han practicado algunas revisiones de los caudales de diseño de las obras de drenaje existentes, no precisamente para modificarlas porque eso es improcedente, sino con fines de verificación, lo cual resultó satisfactorio.

En el caso del puente sobre el canal de drenaje DHA, desde el punto de vista hidráulico no amerita modificación alguna.

Para la estimación de caudales se usó el Método Racional, para áreas menores que 500 hectáreas, y para el resto se usó el Método del Servicio de Conservación de Suelos en los Estados Unidos.

11.2. RECOMENDACIONES

Las estructuras de paso vehicular sobre los canales de riego deben ser del mismo tipo que las existentes.

De ser posible, debería evitarse la construcción de un nuevo puente en el sitio de cruce de la vía VHE con el canal DSH, debiendo eso si ampliarlo de acuerdo con el ancho de la vía.

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REFERENCIAS

1. Asociación Vera-Lavalin. “Informe Final de Fiscalización Proyecto de Riego y Drenaje de las 17,000 Hectáreas en el Valle del Río Daule”.- Marzo de 1995.

2. Bureau of Reclamation (USBR) “Canals and related structures”, Denver, Colorado, Diciembre de 1967.

3. CEDEGE.- Planos para Licitación, Proyecto de Riego y Drenaje, de las 17.000 Hectáreas.

4. CEDEGE.- “Áreas inundables y sus Frecuencias en la Subcuenca del Río Daule, entre Pichincha y Petrillo”.- Reporte N° 8, Agosto de 1978.

5. Chow Ven Te.- “Hidrología Aplicada”. Mc Graw Hill Interamericana S.A. Colombia, Octubre de 1993.

6. Chow Ven Te.- “Hidrología de Canales Abiertos”. Mc Graw Hill Interamericana S.A. Colombia, Abril de 1993.

7. Consorcio TAMS-AHT-INTEGRAL.-“Informe de Hidrología y Meteorología” Proyecto de Propósito Múltiple Presa Daule-Peripa.

8. Franceschi Luis, “Drenaje Vial”, Colegio de Ingenieros Civiles de Venezuela, Enero de 1980.

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LISTA DE TABLAS

Tabla N°1.- Lluvia Mensual y Anual.- Estación: La Capilla

Tabla N°2.- Lluvia Máxima en 24 horas.- Estación: La Capilla

Tabla N°3.- Alturas e intensidades máximas de lluvia para diferentes duraciones y frecuencias.

Tabla N°4.- Ecuaciones Pluviométricas Estación: La Capilla

LISTA DE FIGURAS

Figura N° 1.- Sistema de riego y drenaje de las 17000 hectáreas.

Figura N° 2.- Ubicación de la zona del proyecto.

Figura N° 3.- Plano general de ubicación de la vía.

Figura N° 4.-Plano topográfico del subsistema Higuerón.

Figura N° 5.-Clasificación del clima según Köppen.

Figura N° 6.- Isoyetas de la Cuenca del Guayas.

Figura N° 7.- Régimen de lluvia en la zona de proyecto.

Figura N° 8.- Distribución Gumbel Tipo I. Estación La Capilla.

Figura N° 9.- Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia.- Estación La Capilla.

Figura N°10.- Hidrograma de creciente del Sector A.

Figura N°11.- Hidrograma de creciente del Sector B.

Figura N°12.- Puente sobre el canal DHA.

Figura N°13.- Esquema de cruce de la vía con el canal SHD-2 en la abscisa 1+500.

Figura N°14.- Esquema de cruce para derivación de riego, abscisas 1+980 y 2+000.

Figura N°15.- Esquema de cruce sobre el canal SHD-1 entre las abscisas 2+200 y 2+220.

Figura N°16.- Esquema de cruce sobre el canal de riego entre las abscisas 2+300 y 2+320.



Figura N°19.- Diseño típico de un paso vehicular sobre un canal, según el USBR.

Figura N°20.- Ubicación de alcantarilla triple cajón, abscisa 1+300.

Figura N°21.- Ubicación de alcantarilla tipo, abscisa 0+105.


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