Informe Estrucural e hidraulico - Quebrada La Viciosa
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ESTUDIO HIDRAULICO Y CÁLCULO DE SOCAVACION PARA LA CONSTRUCCION DE MURO DE CONTENCION EN LA QUEBRADA LA
VICIOSA EN LA VIA GUADALUPE-FLORENCIA DEL MUNICIPIO DE GUADALUPE- HUILA
INTRODUCCION
El estudio hidráulico consignado en el presente informe, se ha desarrollado
sobre la quebrada La viciosa, en la zona rural del Municipio de Guadalupe, en
la vía que comunica al departamento del Huila con al Departamento de
Caquetá, geo referenciado con las coordenadas. N. 809098 – E. 718170; y
está orientado a determinar los parámetros hidráulicos y de socavación
necesarios para la proyección del nivel de desplante de la estructura que
garantice seguridad y estabilidad para esta.
En el presente informe se han consignado los resultados de las valoraciones
climatológicas a partir de la información obtenida de las estaciones
climatológicas de Guadalupe y Resinas, ubicadas dentro del área de
influencia de la micro cuenca, para un periodo de análisis de 20 años, teniendo
como alcance la obtención de las intensidades de lluvia para diferentes
duraciones del aguacero en diferentes periodos de retorno.
Se ha elaborado un estudio básico de la morfometría de la microcuenca de la
quebrada La Viciosa, arriba del sitio de la obra, para lo cual se recurrió a la
cartografía del IGAC.
Obtenidos los caudales de diseño se ha implementado un modelo hidráulico
con la ayuda del software HECRAS, para analizar el comportamiento del flujo y
obtener los parámetros hidráulicos necesarios para el cálculo del perfil de
socavación en el sitio de la construcción de la estructura.
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ESTUDIO HIDRAULICO Y CÁLCULO DE SOCAVACION PARA LA CONSTRUCCION DE MURO DE CONTENCION EN LA QUEBRADA LA
VICIOSA EN LA VIA GUADALUPE-FLORENCIA DEL MUNICIPIO DE GUADALUPE- HUILA
1. GENERALIDADES
El presente estudio hidráulico tiene como alcance la determinación de las
condiciones y parámetros hidráulicos, así como el nivel de socavación que
permitan la implantación de un muro en voladizo que asegure la recuperación y
estabilidad de la banca de la vía que comunica al Municipio de Guadalupe y la
ciudad de Florencia.
El proyecto se localiza en las coordenadas N. 813736 – E. 713356, en el
tercio bajo de la microcuenca de la quebrada La viciosa, en la cota 910
m.s.n.m.
Figura No. 1 Localización del proyecto.
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Fotografía No.1 Afectaciones de la banca de la vía y obras hidráulicas.
El área de la microcuenca correspondiente a la aportante al sitio de la obra
corresponde al 90% del área total de esta; por las características
morfodinámicas y de cobertura, se ha dividido la microcuenca en dos zonas de
estudio, la zona baja, donde se localizaran las obras de protección, esta se
encuentra en su totalidad intervenida con cobertura vegetal en cultivos, pastos
y rastrojos explotados en ganadería extensiva; los bosques de galería son
escasos y en su mayoría son rastrojos y arbustos de porte bajo; la zona alta
corresponde a las estribaciones de la cordillera oriental con cobertura en
bosques nativos con intervención media. El sitio seleccionado para la
implantación del muro corresponde a un tramo recto con pequeños meandros
donde se evidencian acciones erosivas recientes de la quebrada afectando
obras hidráulicas y la banca de la vía.
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Fotografía No.2 Ubicación de la obra en la panorámica de la microcuenca.
Históricamente la quebrada la Viciosa ha afectado la parte baja de su cuenca
con sus importantes crecidas; la última registrada ocurrió el 1 de abril de
1994, cuando se registro una precipitación de 130.8 mm en 24 horas, en la
estación Resinas, mientras que en la estación Guadalupe se registro un
precipitación de 50 mm en 24 horas. Esto resalta la influencia que tiene la parte
alta de la microcuenca en el comportamiento de las crecidas de la quebrada.
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Fotografía No. 3 Meandros aguas arriba de las afectaciones.
2. HIDROMETEOROLOGIA
2.1. CLIMATOLOGIA.
El clima del área de estudio corresponde a la unidad hidrográfica de la cuenca
del Rio Suaza; está influenciado por las condiciones generales de circulación
atmosférica a nivel continental, al igual que por la orografía regional.
Esta se ubica sobre la terraza baja en la margen derecha del río Suaza y a la
margen derecha del rio Magdalena, loa micro cuenca en estudio presenta la
siguiente clasificación climática.
Clima medio húmedo (MH): Se presenta este clima en la franja altitudinal de
1000 a 2000 m. Se localiza en la franja hacia la parte alta de las estribaciones
medias de la Cordillera Oriental.
Clima medio y húmedo Transición al clima frio húmedo (MH- FH): Este
clima transicional se localiza en la parte alta de la cordillera, presentándose en
altitudes que oscilan entre 1500 y 2200 metros.
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Clima cálido seco con relieve ligeramente ondulado (CSb): Se localiza en
la parte baja de la micro Cuenca donde se localizan las obras objeto del
estudio.
Para el presente estudio se emplearon dos estaciones climatológicas; la
estación climatológica pluviométrica Guadalupe, localizada en los alrededores
del casco urbano del Municipio, que tiene su área de influencia en la parte baja
de la micro Cuenca; y la estación climatológica ordinaria Resinas, localizada en
la parte alta de la micro Cuenca, las que cuenta con información de
precipitación máxima en 24 horas y precipitación media mensual multianual
que nos permiten adelantar un análisis detallado de las variables hidrológicas y
climáticas que intervienen dentro del área de estudio.
Cuadro. 1. Estaciones climatológicas utilizadas en el estudio.
ESTACION CODIGO CLASE LOCALIZACION ALTITUD m.s.n.m
GUADALUPE 2103005 Pluviométrica Lat. 2.0° 1.0´ N
893 Long. 75.0° 46.0´ W
RESINAS 2103502 Climatológica
ordinaria Lat. 2.0° 1.0´ N
2102 Long. 75.0° 46.0´ W
2.1.1. Temperatura.
Por ser uno de los factores climatológicos básicos, se considera de importancia
su análisis se tienen en cuenta los valores medios, mínimos y máximos
mensuales. La temperatura media mensual multianual no presenta gran
variabilidad, oscilando entre 17 y 15 °C., entre los meses de Junio y Agosto se
presentan las temperaturas mas bajas del año, llegando a 14 °C.
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Cuadro No. 2 Registros consolidados de temperatura
Estación CO 2103502. Periodo 1990 – 2007.
Figura No. 2 Histograma de temperatura media mensual multianual.
2.1.2. Precipitación
2.1.2.1 Precipitación Total Anual.
Las dos estaciones presentan un importante margen de diferencia en la
precipitación total anual, aspecto que es consistente con su ubicación
geográfica. La estación Guadalupe, que será utilizada para el calculo de lluvia
de diseño para la parte baja de la microcuenca, presenta una precipitación
media anual de 1223 mm; mientras que la estación Resinas, correspondiente a
la parte alta de la microcuenca presenta 2073 mm.
En el comportamiento histórico de la lluvia se evidencia un incremento
recurrente cada 10 años aproximadamente; este fenómeno se debe
principalmente a la presencia del fenómeno del pacifico que afecta la zona
ecuatorial del continente americano a causa del aumento de la temperatura en
el océano Pacifico que induce alteraciones en el régimen climatológico
especialmente en la zona sur del país.
AÑO ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIEVR
ANUAL
MEDIOS 16.4 16.3 16.3 16.2 16.2 15.6 15 15.2 15.9 16.2 16.3 16.5 16
MAXIMO 17.2 17.7 17 17 16.9 16.4 15.8 16 16.6 17 17.1 17.2 17.7
MINIMO 15.4 15.5 15.6 15.4 15.3 14 14.5 14.4 15.3 15.2 15.8 16 14
12
13
14
15
16
17
18
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ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE
MEDIOS MAXIMOS MINIMOS
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Cuadro No. 3 Registros de precipitaciones totales anuales
Estaciones 2103502.- 2103005 Periodo 1990 – 2012.
Figura No. 3 Histograma de precipitación total anual.
2.1.2.2 Precipitación Total Mensual.
La parte alta de la microcuenca presenta una precipitación de tipo mono modal,
siendo el mes mas lluvioso el de Julio donde se registran precipitaciones de
284 mm; mientras que la parte baja presenta una precipitación con una
distribución de tipo bimodal, registrándose los meses mas lluvioso abril y
noviembre, con 138 mm y 128 mm respectivamente.
Cuadro No. 4 Registros consolidados de precipitaciones mensuales.
AÑO ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE VR
ANUAL
ESTACION. 21030050 GUADALUPE
MEDIOS 79.38 121.2 126.9 138.1 130.5 93.52 82.81 57.65 62.3 114.9 128.5 88.9 1203.
MAXIMO 261 309 297 384 260 142 138 117 134 312 230 299 1915
MINIMO 1 41 48 44 36 36 29 4 19 25 12 14 758
ESTACION. 21035020 RESINA
MEDIOS 85.63 103.0 166.3 201.9 240.0 259.5 283.56 224.22 171.54 174.86 137.89 117.58 2073.5
MAXIMO 182.4 184.5 314.6 266 375.7 352.1 463.1 330.6 230.5 262.2 223.4 203.4 2478
MINIMO 26.8 43.5 66 111.7 115.8 139.7 146.2 139.3 106 100.1 81.5 54.2 1397.3
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
763 763 763 1252 1271 973 1275 758 1003 1915 1282 822 1080 1174 1057 1781 1898 1232 1276 1248 1215 1198
2410 2004 2152 2138 2478 2241 2187 2145 2088 2327 2200 1863 2448 2014 2133 1523 1575 1397
AÑO
EST. GUADALUPE
EST. RESINAS
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Est. Guadalupe Est. Resinas
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Figura No.4 Histograma de precipitación media mensual.
2.1.2.3 Precipitación Máxima en 24 horas..
Para el calculo de la intensidad de la lluvia de diseño se recurrió a los registros
de las precipitaciones máximas en 24 horas, en un periodo de 20 años, para
las dos estaciones que se utilizaran para el estudio.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE
EST. GUADALUPE EST. RESINAS
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Cuadro No. 5 Precipitaciones máximas en 24 horas.
Estación – 2103005 - GUADALUPE
AÑO ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE VR
ANUAL
1992 10 50 50 15 20 10 20 20 10 10 50 50 50
1993 50 50 20 30 30 30 30 30 10 50 65 30 65
1994 80 50 30 50 50 50 30 30 20 25 40 20 80
1995 10 20 20 70 20 30 30 10 30 40 20 6 70
1996 24 60 60 15 26 40 20 20 10 30 50 25 60
1997 35 10 10 20 30 20 20 15 10 10 10 6 35
1998 6 125 90 30 10 36 30 10 10 25 40 30 125
1999 80 60 40 70 27 23 70 14 59 40 55 35 80
2000 22 50 30 55 40 15 15 20 38 60 10 25 60
2001 6 40 38 40 22 15 30 10 25 75 30 25 75
2002 30 40 55 70 30 50 16 15 20 27 5 35 70
2003 15 50 20 20 20 20 25 25 45 60 45 12 60
2004 30 20 19 60 22 20 20 15 50 20 45 25 60
2005 10 115 45 50 40 20 15 15 15 70 90 100 115
2006 80 60 70 120 50 15 25 20 15 30 90 20 120
2007 20 60 15 28 60 20 10 16 20 45 40 20 60
2008 13 45 35 40 30 50 20 12 5 70 75 30 75
2009 90 40 40 30 80 25 20 30 30 75 44 25 90
2010 1 42 18 85 60 50 45 60 10 40 45 25 85
2011 7 15 40 40 30 40 40 1 20 12 60 37 60
2012 60 27 24 35 15 15 15 60
MEDIOS 32.3 49 36.6 46.3 33.9 28.3 26 19.4 22.6 40.7 45.5 29.1 34.1
MAXIMO 90 125 90 120 80 50 70 60 59 75 90 100 125
MINIMO 1 10 10 15 10 10 10 1 5 10 5 6 1
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Cuadro No. 6 Precipitaciones máximas en 24 horas.
Estación – 2103502 - RESINAS
AÑO ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE VR
ANUAL
1990 19 32 25 20 35.1 45.4 71 77 70 32 38 20 77
1991 16.6 15 51 19 15.2 34.8 52 54.7 65.6 19.3 19.4 19 65.6
1992 16.9 14 30.8 45 26 34 60 36 14 21.6 32 14.2 60
1993 27 19 30.5 68 32.7 40 47 42 37 48 30 28.2 68
1994 33 22 50 130.8 50 81 69 34 44.3 57 20.4 38.2 130.8
1995 24.7 85 26.2 45 31 58.3 27.8 22 40 22 23.8 31 85
1996 15.2 21.3 50.3 30 31.2 45 38.2 25 29.2 43.4 26 19.7 50.3
1997 33.7 21 19.5 19 38 51 52.8 62.1 15.6 21 26 16 62.1
1998 21.4 30 34.6 20 42.4 63 38 26 23.6 29 14 35 63
1999 42 25.9 16 32 32 39 48 46 37 35 19 21 48
2000 20.8 18.3 30 47.1 77 22 30 35.6 72.8 28 16 36 77
2001 9.9 17 24.8 50.5 22 42.9 28 30.2 34.2 36.5 22 14.8 50.5
2002 78 12 46 43 50.4 37.2 32 26.9 30 34.5 25.4 40 78
2003 50 16.4 44.9 36 21 30.1 37.5 30 40 63 12.8 12.4 63
2004 12 26.2 24.6 68.8 55 45.5 42.4 40 68.8
2005 10 44.2 22.1 38.3 47.9 36.2 30.2 67 24.5 23.2 14.3 18.3 67
2006 13.7 32.2 27.3 55.1 63.5 71.3 62.3 58.1 26.9 46.6 27.4 24.4 71.3
2007 24.6 18.2 22.2 59.9 38.3 35.8 22.7 33.4 42.6 59.9
MEDIOS 26.0 26.1 32.0 46.0 39.4 45.1 43.9 41.5 38.5 35.0 24.1 25.2 69.2
MAXIMO 78 85 51 130.8 77 81 71 77 72.8 63 42.4 40 130.8
MINIMO 9.9 12 16 19 15.2 22 22.7 22 14 19.3 12.8 12.4 48
Figura No. 5 Histograma de precipitaciones Máximas en 24 Horas. .
0
20
40
60
80
100
120
140
ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE
EST. RESINAS EST. GUADALUPE
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El histograma nos permite concluir que la distribución de la lluvia en la zona
baja de la microcuenca es consistente con la intensidad de la lluvia, pues los
meses de mas lluviosidad abril y noviembre son los de lluvias mas intensas;
mientras que para la zona alta o montañosa la intensidad de la lluvia no se
ajusta a la magnitud de las precipitaciones, puesto que siendo el mes mas
lluvioso el de julio, la intensidades mas altas se registran el mes de abril,
coincidiendo así en este mes las intensidades mayores para las dos zonas de
la microcuenca.
2.1.3 Intensidad de la lluvia de diseño.
2.1.3.1 Análisis estadístico de la precipitación.
Para el análisis probabilístico de las precipitaciones se utilizó el software AX,
del Centro Nacional de Prevención de Desastres de México, que ejecuta
modelos matemáticos para hacer los ajustes de distribución de probabilidades
a muestras de datos y calcula el error estándar de cada una de ellas respecto
de la muestra; el programa utiliza para el calculo métodos de momentos y
máxima verosimilitud utilizando dos o tres parámetros.
El programa contempla las siguientes funciones de probabilidad:
Normal, Log. Normal, Gummbel, Exponencial, Gamma y Doble Gummbel.
Analizada la precipitación max. En 24 horas en la estación Guadalupe, se
encontró que la función Gamma calculada por el método de momentos con dos
parámetros es la que arroja el valor mas bajo del máximo error estándar, por lo
que será la función para establecer la proyección de las precipitaciones para
diferentes periodos de retorno.
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Cuadro No. 7 Funciones de distribución de probabilidad analizadas.
Estación – 2103005 - GUADALUPE
Figura No. 6 Grafica de la función Gamma ( Estación Guadalupe).
Analizada la precipitación max. En 24 horas en la estación Resinas, se
encontró que la función Logaritmo normal calculada por el método de máxima
verosimilitud con dos parámetros es la que arroja el valor mas bajo del máximo
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error estándar, por lo que será la función para establecer la proyección de las
precipitaciones para diferentes periodos de retorno.
Cuadro No. 8 Funciones de distribución de probabilidad analizadas.
Estación – 2103502 - RESINAS
Figura No. 7 Grafica de la función Gamma ( Estación Resinas).
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Tabla No. 9 Proyecciones de la precipitación máximas en 24 horas.
Tr
( Años )
P Max. 24 H.
( mm )
Est. Guadalupe Est. Resinas
2 29.47 31.48
5 50.18 46.92
10 63.97 57.80
20 76.95 68.66
50 93.21 83.36
100 104.86 94.86
Figura No. 8 Grafica de las precipitaciones max. En 24 horas para diferentes
periodos de retorno.
2.1.3.2 Calculo de las intensidades de la lluvia..
Para el cálculo de la intensidad de la lluvia que permita establecer las curvas
de IDF para cada estación, se recurrió a la formula de Grunsky, considerando
los valores de la tabla No. 9.
i = PT/24* raíz (24/t) ( Formula de Grunsky )
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
5 50Periodo de Retorno - Tr ( Años)
P m
ax 2
4 h (
mm
)
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Cuadro No. 10 Intensidad de la lluvia en la estación Guadalupe
t ( min. )
INTENSIDAD PARA DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO ( mm / h. )
2 Años 5 10 20 50 100 200 500
5 20.84 35.48 45.23 54.41 65.91 74.15 81.91 91.03
10 14.74 25.09 31.99 38.48 46.61 52.43 57.92 64.37
15 12.03 20.49 26.12 31.41 38.05 42.81 47.29 52.55
20 10.42 17.74 22.62 27.21 32.95 37.07 40.96 45.51
25 9.32 15.87 20.23 24.33 29.48 33.16 36.63 40.71
30 8.51 14.49 18.47 22.21 26.91 30.27 33.44 37.16
40 7.37 12.55 15.99 19.24 23.30 26.22 28.96 32.18
50 6.59 11.22 14.30 17.21 20.84 23.45 25.90 28.78
60 6.02 10.24 13.06 15.71 19.03 21.40 23.65 26.28
70 5.57 9.48 12.09 14.54 17.62 19.82 21.89 24.33
80 5.21 8.87 11.31 13.60 16.48 18.54 20.48 22.76
90 4.91 8.36 10.66 12.83 15.54 17.48 19.31 21.46
100 4.66 7.93 10.11 12.17 14.74 16.58 18.32 20.35
Figura No. 9 Grafica de las curvas IDF estación Guadalupe
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100
I (
mm
/ h
. )
T (min)
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Cuadro No. 11 Intensidad de la lluvia en la estación Resinas.
t ( min.
)
INTENSIDAD PARA DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO ( mm / h. )
2 Años 5 10 20 50 100 200 500
5 22.2597 33.1775 40.8708 48.55 58.9444 67.0761 75.4978 87.1438
10 15.74 23.46 28.9 34.33 41.68 47.43 53.385 61.62
15 12.8517 19.155 23.5968 28.0303 34.0316 38.7264 43.5887 50.3125
20 11.1299 16.5887 20.4354 24.275 29.4722 33.5381 37.7489 43.5719
25 9.95485 14.8374 18.278 21.7122 26.3607 29.9974 33.7636 38.9719
30 9.08749 13.5446 16.6854 19.8204 24.064 27.3837 30.8218 35.5763
40 7.87 11.73 14.45 17.165 20.84 23.715 26.6925 30.81
50 7.03914 10.4916 12.9245 15.3528 18.6399 21.2113 23.8745 27.5573
60 6.42583 9.5775 11.7984 14.0152 17.0158 19.3632 21.7943 25.1563
70 5.94916 8.86705 10.9232 12.9755 15.7536 17.9269 20.1776 23.2902
80 5.56493 8.29436 10.2177 12.1375 14.7361 16.769 18.8744 21.786
90 5.24667 7.82 9.63333 11.4433 13.8933 15.81 17.795 20.54
100 4.97743 7.4187 9.13898 10.8561 13.1804 14.9987 16.8818 19.486
Figura No. 10 Grafica de las curvas IDF estación Resinas.
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100
I (
mm
/ h
. )
T (min)
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3. GEOLOGIA BASICA DE REFERENCIA
3.1. ROCAS METAMORFICAS.
Rocas metamórficas del Proterozoico y quizás del Paleozoico afloran en
diferentes sectores del Departamento del Huila. La zona con mayor exposición
de metamorfitas, como ya lo afirmaba Radelli (1962), se encuentra en la
Cordillera Oriental. Esta secuencia metamórfica está expuesta en la unidad
fisiográfica conocida en la literatura geológica como Macizo de Garzón, al
oriente del territorio departamental.
Las labores de cartografía geológica regional, efectuadas por INGEOMINAS
(Rodríguez et al., 1996; Ferreira et al., 1998; Velandia et al., 1999, Marquínez
et al., 2001a; Cárdenas et al., en prep. a) permitieron identificar,
adicionalmente, otras unidades metamórficas tanto en el Macizo de Garzón
como en la Cordillera Central en donde, además de rocas metamórficas
proterozoicas, se encuentran esquistos y cuarcitas asignados tentativamente al
Paleozoico inferior. Con base en esta información se hará una descripción de
cada una de estas unidades.
Figura No. 11 Geología de la microcuenca
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Neis de Guapotón (Png).
Este cuerpo metamórfico fue llamado inicialmente por Kroonenberg (1982a)
como Granito de Guapotón y Mancagua. Posteriormente Priem et al. (1989) lo
identifican como Neis Augen de Guapotón. Los proponentes del nombre actual,
Velandia et al. (1996), adoptan esta denominación por estar más acorde con la
Guía Estratigráfica Internacional (Salvador, 1994; Murphy & Salvador, 1999).
Litología.
El Neis de Guapotón aflora como una franja estrecha y alargada en dirección
NE sobre el río Suaza al sur y oriente de Garzón. La unidad está constituida
por una roca de color rosado a rojizo, fanerítica de grano medio a grueso, con
estructura migmatítica y textura granoblástica y augen. Mineralógicamente
consta de feldespato potásico, cuarzo, plagioclasa y ocasionalmente anfíbol y
biotita. La secuencia metamórfica está cortada por diques y pequeños cuerpos
ígneos porfiríticos de composición andesítica, pegmatítica, granítica y riolítica
Depósitos recientes (Qr).
Las rocas sedimentarias afloran en la Subcuenca de Neiva del Valle Superior
del Magdalena y en las estribaciones de las cordilleras Central y Oriental.
Comprenden edades desde el Paleozoico hasta el Neógeno.
Se trata de los diversos tipos de acumulaciones que se supone ocurren desde
finales del Pleistoceno y durante el Holoceno. Se incluyen los depósitos
coluviales que generalmente se encuentran en las zonas de pendiente y alto
fracturamiento asociado con fallas. Igualmente, depósitos fluvio lacustres que
usualmente rellenan áreas relativamente cerradas o cuencas intramontanas.
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4. PARAMETROS HIDROGEOMORFOLOGICOS
4.1. MORFOMETRIA DE LA MICROCUENCA
4.1.1. Delimitación del área de estudio.
El proceso de determinación morfométrica de la microcuenca se inicio con la
definición en la cartografía ( planchas 389 – Escala 1:100.000, del IGAC ), de la
línea de delimitación o también llamada parteaguas, para esta actividad se
desarrollo un trabajo de campo que evaluó las condiciones topográficas del
área drenante, así también se verificó las áreas externas que por condición de
vía o conexión son incorporadas al interior de la microcuenca; circunscribiendo
dentro de esta toda la red hidrológica o de drenaje que confluyan al sitio de la
obra. Esta delimitación define el perímetro de la microcuenca, que para este
caso es de 62.333 Km, definiendo un área de 135.68 Km2
Figura No. 12 Delimitación del área de estudio.
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4.1.2. Elevación media de la microcuenca.
La variación altitudinal de la microcuenca hidrográfica incide directamente
sobre su distribución térmica y por lo tanto en la existencia de microclimas y
hábitats muy característicos de acuerdo a las condiciones locales reinantes;
además constituye un criterio de la variación territorial del escurrimiento
resultante de una región, lo que brinda una base para caracterizar zonas
climatológicas y ecológicas de ella.
Método Área – elevación
Para poder determinar la elevación media de una cuenca existen diferentes
métodos, uno de ellos es la técnica Área – elevación, el cual se describe a
continuación:
Para estimar la elevación por este método, es necesario disponer de un mapa
con curvas de nivel cuya separación altitudinal sea idéntica de nivel a nivel, y
para el caso que nos ocupa estas se determinaron cada 50 metro.
Este método inicia con la medición del área de las diferentes franjas de terreno,
delimitada por las curvas de nivel consecutivas y la divisoria de aguas.
E m=
. A i * e i
. A T
Donde: Em: Elevación media de la cuenca en metros Ai: Area de cada franja en (Km2 o m2) de acuerdo al tamaño de la cuenca ie: Promedio de las curvas de nivel que delimita cada franja. At: Area total de la cuenca en (Km2 o m2)
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La microcuenca tiene una altitud media de 1179, ubicándose así como de elevación baja.
4.1.3. Densidad de drenaje (Dd).
Este índice se ha calculado para tener un mejor conocimiento de la complejidad
y desarrollo del sistema de drenaje de la microcuenca. En general, una mayor
densidad de escurrimientos indica mayor estructuración de la red fluvial, o bien
que existe mayor potencial de erosión.
Pero también, como indican Gregory and Walling (Op. Cit.), la densidad de
drenaje provee una liga entre los atributos de forma de la cuenca y los
procesos que operan a lo largo del curso de la corriente. Más precisamente, la
densidad de drenaje refleja controles topográficos, litológicos, pedológicos y
vegetacionales, además de incorporar la influencia del hombre.
Para determinar la densidad de drenaje se procedió a determinar el numero de
orden del sistema de drenaje de la microcuenca; En este estudio se utilizó el
método de Strahler ya que es el más común, el más comprensible y el más fácil
de relacionar con otros parámetros morfométricos.
Este índice se obtiene mediante la agregación de corrientes, considerando una
corriente de primer orden a aquella que no tiene afluentes, una de segundo
orden aquella donde se reúnen dos corrientes de primer orden, una de tercero
donde confluyen dos de segundo orden y así sucesivamente.
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Figura No. 13 Ordenes de corriente según método de Strahler.
Este índice indica el grado de estructura de la red de drenaje. En general,
mientras mayor sea el grado de corriente, mayor será la red y su estructura
más definida. Para el caso de la quebrada La Viciosa el grado de corriente
corresponde a 3, con una buena estructura de drenaje, distribuida en forma
homogénea, lo que la imprime una acción rápida a la evacuación de la
escorrentía.
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4.1.4. Longitud y pendiente del cauce principal.
Es la medida del escurrimiento principal de la microcuenca, medido desde la
parte más alta hasta la salida o sitio de la obra. Este parámetro influye en el
tiempo de concentración y en la mayoría de los índices morfométricos.
Figura No. 14 Perfil del cauce de la Q. La Viciosa.
Para el caso particular se ha dividido en dos sectores, y se ha obtenido a partir
del mapa digitalizado de la red de drenaje. Tiene una longitud total de 23.774
Km, compuesto por el cauce bajo con longitud de 5.650 Km y el cauce alto con
18.124 Km; se puede definir el sector bajo desde la abscisa K0+00,
denominado sitio de obra al K6+684, con una pendiente del 1.6 %, el sector
alto desde la abscisa K6+684 al k 18+124 con una pendiente del 6.6.%.
Figura No. 15 Perfil del cauce Alto de la Q. La Viciosa.
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
2300
2500
0 5000 10000 15000 20000
CO
TA (
m
.s.n
.m )
ABSCISA ( m. )
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
CO
TA (
m.s
.n.m
)
ABSCISA ( m. )
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El cálculo de la pendiente media del cauce se determinó por el método de
TAYLOR - SCHWARZ. Y se estableció en 6.6%
TRAMO LONGITUD
li ( m )
DESNIVEL ( m )
PENDIENTE
Si li / √ S i
1 6.684 300 4.49% 3.155.17
2 11.440 1100 9.62% 3.689.14
4.1.5. Tiempo de concentración.
Para el cálculo del tiempo de concentración se recurrió a cuatro (4) autores
diferentes utilizando la pendiente media del tramo en estudio.
Cuadro No. 12 Calculo del tiempo de concentración para el cauce bajo
AUTOR ECUACION Tc
KIRPICH ( California) Tc = 0,055 L
0,77 S
-0,385 1.027
TEMEZ Tc = 0,0945 L 0,76
S -0,19
0.774
U.S Corps of Ingineers
Tc = 0,0882 L 0,76
S -0,19
0.722
CHOW Tc = 0,197 L 0,64
S -0,32
2.244
Cuadro No. 13 Calculo del tiempo de concentración para el cauce alto
AUTOR ECUACION Tc
KIRPICH ( California) Tc = 0,055 L
0,77 S
-0,385 1.456
TEMEZ Tc = 0,0945 L 0,76
S -0,19
1.431
U.S Corps of Ingineers
Tc = 0,0882 L 0,76
S -0,19
1.336
CHOW Tc = 0,197 L 0,64
S -0,32
2.999
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No se considero el cálculo por la formula de CHOW, por salirse de la media de
los otros autores. De la media de los cuadros anterior se tiene un tiempo de
concentración de 0.81 horas. ( 50 min. ) para el cauce bajo y 1.4 horas ( 84
min ) para el cauce alto.
4.1.6. Coeficiente de forma (Kf)
Este índice, propuesto por Gravelius, se estima a partir de la relación entre el
ancho promedio del área de captación y la longitud de la cuenca, longitud que
se mide desde la salida hasta el punto más alejado a ésta. Para el caso del
estudio que nos ocupa la salida la constituye el sitio seleccionado como
ponteadero.
El factor de forma, viene dado por:
K f=
.
. A .
. L 2 Donde: L: Ancho promedio del área de captación L: Longitud de la cuenca A: Area de captación Este factor relaciona la forma de la cuenca con la de un cuadrado,
correspondiendo un Kf= 1 para regiones con esta forma, que es imaginaria.
Un valor de Kf superior a la unidad nos proporciona el grado de achatamiento
de la cuenca o el de un río principal corto. En consecuencia, con tendencia a
concentrar el escurrimiento de una lluvia intensa formando fácilmente grandes
crecidas.
La microcuenca tiene un área de 135.68 Km2 y una longitud de 16.93 Km., lo
que de un coeficiente de forma de 0.5, ubicándola como una microcuenca
Moderadamente achatada. Este aspecto junto con la longitud de cauce nos
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lleva a concluir que la microcuenca no tiene tendencia a originar crecidas
súbitas de importancia.
4.1.7. Coeficiente de compacidad (Kc)
Designado por Kc e igualmente propuesto por Gravelius, compara la forma de
la cuenca con la de una circunferencia, cuyo círculo inscrito tiene la misma área
de la cuenca en estudio. Kc se define como la razón entre el perímetro de la
cuenca que es la misma longitud del parteaguas que la encierra y el perímetro
de la circunferencia.
La ecuación que nos permite el cálculo de este coeficiente corresponde a:
K c =
. 0,28 P A 1/2
Donde: Kc: Coeficiente de compacidad P: Perímetro de la cuenca (longitud de la línea de parteaguas) A: Área de la cuenca
Este valor adimensional, independiente del área estudiada tiene por definición
un valor de 1 para cuencas imaginarias de forma exactamente circular. Los
valores de Kc nunca serán inferiores a 1. El grado de aproximación de este
índice a la unidad indicará la tendencia a concentrar fuertes volúmenes de
aguas de escurrimiento, siendo más acentuado cuanto más cercano sea a la
unidad, lo cual quiere decir que entre más bajo sea Kc, mayor será la
concentración de agua.
La microcuenca según su delimitación presenta una longitud de su perímetro
de 62.333 km. Lo que según la fórmula da un coeficiente de compacidad de
1.34, clasificándose así como De oval redonda a oval oblonga, con un índice
alejado a la unidad, lo que nos permite establecer la hipótesis de alta
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probabilidad de concentración de grandes volúmenes de agua en el sitio de
salida.
4.1.8. Índice de alargamiento (Ia)
Este índice propuesto por Horton, relaciona la longitud máxima encontrada en
la cuenca, medida en el sentido del río principal y el ancho máximo de ella
medido perpendicularmente; se lo calcula de acuerdo a la fórmula siguiente.
I a = . L m l
Donde: Ia: Indice de alargamiento Lm: Longitud máxima de la cuenca l: Ancho máximo de la cuenca Cuando Ia toma valores mucho mayores a la unidad, se trata seguramente de
cuencas alargadas, mientras que para valores cercanos a 1, se trata de una
cuenca cuya red de drenaje presenta la forma de abanico y puede tenerse un
río principal corto (tabla 7).
La microcuenca presenta un ancho medio de 8.96 Km, y una longitud de 16.93
Km; lo que da un índice de alargamiento de 1.89, clasificándola como
Moderadamente alargada.
4.1.9. Coeficiente de masividad (Km)
Este coeficiente representa la relación entre la elevación media de la cuenca y
su superficie.
K m = . Altura media de la cuenca ( m ) Área de la cuenca ( Km2)
Este valor toma valores bajos en cuencas montañosas y altos en cuencas llanas.
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Cuadro No. 14 Características Morfométricas de la microcuenca.
MORFOMETRIA CUANTIFICACION CALIFICACION
Perímetro ( Km ) 62.333
Longitud del cauce principal (km): 23.774 Largo
Longitud de la microcuenca (km): 16.93
Ancho de la microcuenca (km): 8.96
Elevación media (msnm): 1275 Baja
Área (km2): 135.68 Grande
Desnivel (m): 1500 Mediana.
Coef. de forma (Kf): 0.5 Moderadamente Achatada
Coef. de compacidad (Kc): 1.35 De oval redonda a oval oblonga
Coef. de alargamiento (Li): 1.89 Moderadamente alargada
Coef. de masividad (Km): 11 Muy Montañosa
Pendiente del cauce principal: 5.4% Fuerte
Tiempo de concentración (Tc) ( min. ) 50 Moderado
4.2. CALCULO DE CAUDALES.
4.2.1. Caudal permanente
Para la estimación del caudal permanente se elaboro batimetría en la sección
ubicada en la abscisa 0+070, según el eje establecido para el levantamiento
topográfico detallado. En un tramo de 20 m, tomado 10 m aguas arriba y abajo
de la sección se estableció con la estación total una pendiente de 0.55%.
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Figura No. 16 Perfil de la batimetría.
Para la determinación del coeficiente de rugosidad de Manning a utilizar en el
calculo del caudal se utilizo la formula de Limerinos.
Con un D84 de 0.06 se obtiene un n = 0.035.
Utilizando el software H-Canales, se cuantifico un caudal de 1.5 m3/s., con una
velocidad de 0.9 m/s.
Figura No. 17 Reporte del aforo por el software H-Canales.
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Como parámetro de control se estableció la velocidad del flujo en el sitio de la
batimetría, por un método directo ( Boya flotante), tomando una muestra de
cinco tiempos en un tramo de 10 m.
Cuadro No. 15 Tiempos de la boya tomados en la estación de la batimetría.
Tramo de estudio L = 10 m.
LECTURA # Tiempo
Seg.
T1 10.55
T2 10.76
T3 10.8
T4 10.25
T5 10.64
T medio 10.6
V = 0.94 m / s.
4.2.2. . Caudal generado por lluvia escurrimiento Por las características morfodinámicas de microcuenca de la quebrada la
Viciosa, para obtener un valor de caudal generado por las lluvias que se
generan en el área de la microcuenca, se opto por dividirla en dos sectores
bien definidos, tanto por morfología como por régimen de lluvias; un sector alto
correspondiente a la zona de cordillera, donde se localiza la estación
climatológica ordinaria denominada Resinas, y un sector bajo correspondiente
al piedemonte y planicie de la microcuenca caracterizada su pluviometría por la
estación denominada Guadalupe, que se localiza en la periferia del casco
urbano del municipio.
Para simular el proceso hidrológico de precipitación-escurrimiento en la
microcuenca se opto por la utilización del software HEC-HMS desarrollado por
el centro de ingeniería hidrológica de los Estados Unidos.
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Para la definición del modelo hidrológico en HMS se requiere de la
precipitación efectiva, para lo cual se aplicó la formula de Ven T Chow (1994).
En donde Pe es la precipitación efectiva en cm, Pm es la precipitación de la
tormenta en cm, y N es el número de escurrimiento.
El número de escurrimiento es un indicador global de la cantidad de agua que
será absorbida o transpirada por los suelos superficiales. Se obtiene como
función del uso de la tierra, la cobertura vegetal y las condiciones de infiltración
y transpiración del suelo superficial. En la tabla No. 1 se presentan los valores
de N para diferentes suelos y condiciones de uso, de donde se extrajeron los
valores aplicados en la formula.
El rango de aplicación de la ecuación anterior, de acuerdo con Ven T. Chow, es
para valores de precipitación según la formula siguiente:
Para la aplicación de la formula de Chow se tomaron los valores de
precipitación máxima en 24 horas con periodo de retorno de 100 años de la
tabla No. 9.; obteniéndose las precipitaciones efectivas para la estación
Guadalupe de 3.5967 Cm, y para la estación Resinas de 3.5772 Cm, con una
distribución temporal como se muestra en la figura No 18.
Tabla No. 1 Valores de N para diferentes tipos de suelo y usos de la tierra (cobertura).
33
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USO DE LA
TIERRA O
CUBIERTA
CONDICIÓN DE LA SUPERFICIE
TIPO DE SUELO
A B C D
Bosques (sembrados y
cultivados)
Ralo, baja transpiración
45 66 77 83
Normal, transpiración
media
36 60 73 79
Espeso o alta transpiración
25 55 70 77
Caminos De tierra 72 82 87 89
Superficie dura 74 84 90 92
Bosques Naturales
Muy ralo o baja transpiración
56 75 86 91
Ralo, baja transpiración
46 68 78 84
Normal, transpiración
media
36 60 70 76
Espeso, alta transpiración
26 52 62 69
Muy espeso, alta transpiración
15 44 54 61
Descanso (sin cultivo)
Surcos rectos 77 86 91 94
Cultivo de surco
Surcos rectos 70 80 87 90
Surcos en curvas de nivel
67 77 83 87
Terrazas 64 73 79 82
Cereales
Surcos rectos 64 76 84 88
Surcos en curvas de nivel
62 74 82 85
Terrazas 60 71 79 82
Leguminosas (sembrada con maquinaria o al
voleo) o potrero de rotación.
Surcos rectos 62 75 83 87
Surcos en curvas de nivel
60 72 81 84
Terrazas 57 70 78 82
Pastizal
Pobre 68 79 86 89
Normal 49 69 79 84
Bueno 39 61 74 80
Curvas de nivel, pobre
47 67 81 88
Curvas de nivel, normal
25 59 75 83
Curvas de nivel, bueno
6 35 70 79
Potrero (permanente)
Normal 30 58 71 78
Superficie impermeable
100 100 100 100
CLASIFICACIÓN DE SUELOS (según afectan las características del material en el escurrimiento)
Tipo A: (Escurrimiento mínimo). Incluye gravas y arenas de tamaño medio, limpias, y mezclas de ambas.
Tipo B: Incluye arenas finas, limos orgánicos e inorgánicos, mezclas de arena y limo.
Tipo C: Comprende arena muy fina, arcillas de baja plasticidad, mezclas de arena, limo y arcilla.
Tipo D: (Escurrimiento máximo). Incluyendo principalmente arcillas de alta plasticidad, suelos poco profundos con subhorizontes casi impermeables cerca de la superficie
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Figura No. 18 Distribución temporal de la precipitación efectiva.
. ESTACION GUADALUPE ESTACION RESINAS
La microcuenca se dividió en 2 sub cuencas, una alta con un área de 99.32
Km2 , y una sub cuenca baja con un área de 36.36 Km2 , para el modelo
hidrológico se dividió el cauce en dos tramos, un cauce bajo que transporta el
caudal de escurrimiento de la sub cuenca alta al sitio de salida de la cuenca, o
sito de la obra, y tiene una longitud de 5.65 Km.; los tiempos de concentración
para los cauces alto y bajo son de 84 y 50 minutos respectivamente.
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Figura No. 19 Esquema hidrológico aplicado en HMS.
Grafica No. 1 Distribución temporal del caudal de la sub cuenca alta.
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Grafica No. 2 Distribución temporal del caudal de la sub cuenca baja.
Grafica No. 3 Distribución temporal del caudal para las Subcuencas y la salida.
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Tabla No. 2 Distribución temporal del caudal en la salida de la cuenca.
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Cuadro No. 15 Reporte de caudales calculados por el modelo hidrológico.
Sumando al caudal calculado por el modelo hidrológico el base definido en el
aforo, se tiene un caudal de diseño de 454,0 m3/ S.
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5. MODELACION HIDRAULICA DEL TRAMO EN ESTUDIO.
Para evaluar el comportamiento hidráulico de la quebrada en este tramo, se
utilizó el programa de computador HEC-RAS, del Cuerpo de Ingenieros de los
Estados Unidos, que permite estimar el perfil hidráulico de una corriente natural
a flujo libre, bajo condiciones de flujo gradualmente variado.
Para el cálculo se consideró que el flujo en el tramo en promedio corresponde a
profundidades normales y/o flujo mixto (pendiente de la línea de energía similar
a la pendiente media del cauce o a las condiciones de flujo crítico).
La metodología incorporada en el modelo se basa en varias suposiciones que
simplifican un fenómeno complejo, como el que se pretende modelar. Los
resultados del modelo, son confiables y permiten con certeza definir el nivel de
las suposiciones fundamentales del modelo son:
- Flujo permanente - Flujo gradualmente variado - Flujo unidimensional. El programa utiliza el factor de corrección de
Coriolis para tener en cuenta la heterogeneidad en la distribución de velocidades.
- Canales de baja pendiente, hasta del 1%. - Pendiente de la línea de energía constante entre secciones adyacentes. - Lecho rígido. -
Para establecer el modelo hidráulico en el tramo de estudio, se recurrió a
topografía detallada de toda la zona que puede abarcar el flujo en la crecida
que se puede presentar cada 100 años.
Para establecer las características geomorfodinámicas con las cuales se
establecerá el modelo hidráulico, se utilizo el software HEC Geo RAS, como
extensión de ArcGis, que permite exportar con precisión los datos a HEC RAS.
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Figura No. 19 Esquema en planta y tridimensional del tramo modelado.
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RESULTADOS DE LA MODELACION
Isométrica del tramo modelado
Cuadro No. 16 Condiciones hidráulicas en los perfiles de las estaciones.
255.0695
233.7542
194.7271
102.9128
5.8624
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Legend
WS Tr 100 Años
Ground
Bank Sta
Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width
(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)
TRAMOMURO 255.1 Tr 100 Años 454 911 916.29 916.29 918.8 0.01457 7.02 64.63 12.76 1
TRAMOMURO 233.8 Tr 100 Años 454 911 915.25 915.25 916.98 0.01106 5.84 77.72 22.31 1
TRAMOMURO 194.7 Tr 100 Años 454 910 913.21 913.32 0.00098 1.48 307.08 141.49 0.32
TRAMOMURO 136.0 Tr 100 Años 454 909 913.06 913.24 0.00195 1.87 242.28 129.92 0.44
TRAMOMURO 102.9 Tr 100 Años 454 908.5 913.02 912.31 913.16 0.00203 1.68 269.47 175.89 0.43
TRAMOMURO 5.9 Tr 100 Años 454 908.4 912.08 912.08 912.72 0.01176 3.53 128.77 104.4 1.01
Reach River Sta Profile Froude # Chl
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Perfil hidráulico del tramo estudiado
Perfil hidráulico de la estación 5.9
0 50 100 150 200 250908
910
912
914
916
918
920
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Main Channel Distance (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
Crit Tr 100 Años
Ground
Laviciosa TRAMOMURO
0 20 40 60 80 100 120908
910
912
914
916
918
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
Crit Tr 100 Años
0 m/s
1 m/s
2 m/s
3 m/s
4 m/s
5 m/s
6 m/s
Ground
Bank Sta
.035
43
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Perfil hidráulico de la estación 102.9
0 50 100 150 200908
909
910
911
912
913
914
915
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
Crit Tr 100 Años
0.5 m/s
1.0 m/s
1.5 m/s
2.0 m/s
2.5 m/s
3.0 m/s
Ground
Bank Sta
.035
0 20 40 60 80 100 120 140 160909
910
911
912
913
914
915
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
1.0 m/s
1.5 m/s
2.0 m/s
2.5 m/s
3.0 m/s
Ground
Bank Sta
.035
44
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Perfil hidráulico de la estación 136
Perfil hidráulico de la estación 194.7
0 20 40 60 80 100 120 140 160910.0
910.5
911.0
911.5
912.0
912.5
913.0
913.5
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
0.6 m/s
0.8 m/s
1.0 m/s
1.2 m/s
1.4 m/s
1.6 m/s
1.8 m/s
Ground
Bank Sta
.035
0 5 10 15 20 25911
912
913
914
915
916
917
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
Crit Tr 100 Años
2 m/s
3 m/s
4 m/s
5 m/s
6 m/s
7 m/s
8 m/s
Ground
Bank Sta
.035
45
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Perfil hidráulico de la estación 233.8
Perfil hidráulico de la estación 255.1 (Entrada al área de estudio)
0 2 4 6 8 10 12 14910
912
914
916
918
920
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
Crit Tr 100 Años
2 m/s
3 m/s
4 m/s
5 m/s
6 m/s
7 m/s
8 m/s
Ground
Bank Sta
.035
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5. CALCULO DE SOCAVACION
5.1. CARACTERIZACION DEL CAUCE.
La caracterización granulométrica corresponde al lecho de la quebrada en el
sitio de construcción de la obra, los datos de la granulometría corresponden a
los análisis de laboratorio elaborados por la Empresa SIEN LTDA,
suministrados para este estudio.
Grafica No. 4 Caracterización granulométrica del lecho de la quebrada.
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Grafica No. 5 Caracterización granulométrica de las márgenes de la Quebrada.
Como se puede observar, la caracterización tanto del lecho como de las orilla
nos muestra un lecho homogéneo, por lo que para efectos del calculo de la
socavación se tomara la granulometría del lecho.
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5.2. CALCULO DE LA SOCAVACION GENERAL.
Cuadro No. Parámetros hidráulicos en el perfil de socavación (Estación 102.9)
El perfil de socavación se calcula para el tramo del perfil que tiene incidencia
directa en la estructura, en una longitud de 42 m., donde se encontró que
transita el 75% del caudal total transportado, y tomando la mayor velocidad
encontrada en el perfil hidráulico reportado por Hec Ras ( 3.4 m/s ).
0 50 100 150 200908
909
910
911
912
913
914
915
LaViciosa-Guadalupe Plan: Plan 01 13/11/2012
Station (m)
Elevation
(m)
Legend
EG Tr 100 Años
WS Tr 100 Años
Crit Tr 100 Años
0.5 m/s
1.0 m/s
1.5 m/s
2.0 m/s
2.5 m/s
3.0 m/s
Ground
Bank Sta
.035
E.G. Elev (m) 913.16 Element Left OB Channel Right OB
Vel Head (m) 0.14 Wt. n-Val. 0.035
W.S. Elev (m) 913.02 Reach Len. (m) 0 97.05 0
Crit W.S. (m) 912.31 Flow Area (m2) 269.47
E.G. Slope (m/m) 0.00203 Area (m2) 269.47
Q Total (m3/s) 454 Flow (m3/s) 454
Top Width (m) 175.89 Top Width (m) 175.89
Vel Total (m/s) 1.68 Avg. Vel. (m/s) 1.68
Max Chl Dpth (m) 4.52 Hydr. Depth (m) 1.53
Conv. Total (m3/s) 10075.4 Conv. (m3/s) 10075.4
Length Wtd. (m) 97.05 Wetted Per. (m) 180
Min Ch El (m) 908.5 Shear (N/m2) 29.81
Alpha 1 Stream Power (N/m s) 8494.5 0 0
Frctn Loss (m) 0.39 Cum Volume (1000 m3) 19.32
C & E Loss (m) 0.05 Cum SA (1000 m2) 13.6
Plan: Plan 01 Laviciosa TRAMOMURO RS: 102.9128 Profile: Tr 100 Años
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CALCULO DE SOCAVACION GENERAL
METODO Lischtvan - Lebediev
TIPO DE SUELO GRANULAR
SECCION DE ESTUDIO 102.9
FORMULA APLICADA
DATOS DE ENTRADA
COEFICIENTES
N.A.M.E 913.02 m.s.n.m
Ym 2.14 m
ɣas 1.05 Ton / m3
α 2.37
Yo 2.95 m
β 1.0
Qd 340.5 m3 / s.
µ 0.97
A 86.3144 m2
ϕ 1.05
Be 40.29 m
Z 0.34
Tr 100 Años
D50 14 mm
V 3.39 m / s SOCAVACION POR AGUA CLARA
Vc 18.5 m / s
PERFIL DE SOCAVACION GENERAL
ABS COTA LECHO Yo Ys SG COTA SOCAVACION
3.05 910.00 3.02 4.84 1.82 908.18
3.55 909.50 3.52 5.43 1.91 907.59
4.08 908.97 4.05 6.03 1.98 906.99
5.83 908.59 4.43 6.44 2.01 906.58
6.26 908.50 4.52 6.54 2.02 906.48
6.46 908.50 4.52 6.54 2.02 906.48
10.66 908.50 4.52 6.54 2.02 906.48
12.47 909.00 4.02 5.99 1.97 907.03
15.79 909.50 3.52 5.43 1.91 907.59
18.00 910.56 2.46 4.15 1.69 908.87
19.46 911.00 2.02 3.58 1.56 909.44
28.01 912.02 1 2.11 1.11 910.91
33.30 912.50 0.52 1.30 0.78 911.72
42.10 912.50 0.52 1.30 0.78 911.72
904
906
908
910
912
914
1.81 2.04 2.55 3.05 3.55 4.08 5.83 6.26 6.46 10.66 12.47 15.79 18.00 19.46 28.01 33.30 42.10 50.03
N.A.M.E
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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El modelo hidráulico establecido mediante el software Hec-Ras, ha
definido la cota de Agua Máximos Esperadas en el sitio de la obra para
una crecida de periodo de retorno de 100 años, de 913.02 m.s.n.m..
Calculada la socavación se encontró que esta alcanza una profundidad
máxima de 2.0 m. en el cauce; estableciéndose así la cota de
socavación en 906.48 m.s.n.m.
En el modelo hidrológico planteado mediante el software HMS se ha
tomado como fecha de la tormenta de diseño el 1 de abril de 1994,
solamente como referente; esto no corresponde a que en esta fecha se
haya presentado la crecida de frecuencia de 100 años.
La microcuenca por sus características morfométricas la caracteriza
como Moderadamente Achatada, con un cauce largo y tiempo de
concentración moderado; estos aspectos hacen que la cuenca no
presente tendencia a originar crecidas súbitas de importancia.
El coeficiente de compacidad clasifica la microcuenca como De oval
redonda a oval oblonga, con una gran estructura de la red de drenaje,
bien definida y distribuida, con una pendiente media del cauce
caracterizado como fuerte, lo que permite establecer la hipótesis de alta
probabilidad de concentración de grandes volúmenes de agua en el sitio
de salida.
El modelo hidráulico que nos arroja el software Hec-Ras del tramo
estudiado nos muestra que la cota de inundación de la crecida no
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alcanza la cota de la banca de la vía, por lo que se puede establecer que
la estructura a construir no tendrá riesgo de ser afectada por
desbordamiento.
Los datos y materiales básicos utilizados en el presente estudio, corresponden
a fuentes institucionales autorizadas para su recepción organización y
distribución, adquiridos de forma legal para la elaboración de este trabajo. La
interpretación, análisis y utilización en este estudio corresponde al autor, así
como la responsabilidad de la veracidad de los resultados obtenidos con ellos.
ARMEL CHAVARRO PEÑA.
Ingeniero civil.
M.P 70202-229140 TL.
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Tabla de contenido 1. GENERALIDADES ...................................................................................................................... 2
2. HIDROMETEOROLOGIA ........................................................................................................... 5
2.1. CLIMATOLOGIA. ...................................................................................................... 5
2.1.1. Temperatura. .......................................................................................................... 6
2.1.2. Precipitación ........................................................................................................... 7
2.1.3 Intensidad de la lluvia de diseño. ....................................................................... 12
3. GEOLOGIA BASICA DE REFERENCIA ....................................................................................... 18
4. PARAMETROS HIDROGEOMORFOLOGICOS ........................................................................... 20
4.1. MORFOMETRIA DE LA MICROCUENCA .......................................................... 20
4.1.1. Delimitación del área de estudio. ...................................................................... 20
4.1.2. Elevación media de la microcuenca. ................................................................ 21
4.1.3. Densidad de drenaje (Dd). ................................................................................. 22
4.1.4. Longitud y pendiente del cauce principal. ........................................................ 24
4.1.5. Tiempo de concentración. .................................................................................. 25
4.2. CALCULO DE CAUDALES. .................................................................................. 29
5. CALCULO DE SOCAVACION .................................................................................................... 46
5.1. CARACTERIZACION DEL CAUCE. .................................................................... 46
5.2. CALCULO DE LA SOCAVACION GENERAL. ................................................... 48