Informe Drenaje Mayor Puente Chico Smith Proyecto De Curso.docx

INFORME HIDROTECNICO DRENAJE MAYOR TI MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA MULUKUKU - SIUNA

Índice DRENAJE MAYOR MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA MULUKUKU – SIUNA (44.61 Km) 2 1

Introducción y Descripción General del Proyecto ................................................................ 2

2

Metodología Estudios Hidrológicos. .................................................................................... 2 2.1

Modelo HMS (Hydrologic Modelling System) ............................................................... 2

2.2

Información utilizada por el HMS ................................................................................. 3

2.2.1

Trazados de cuencas............................................................................... 3

2.2.2

Parámetros meteorológicos – Hietograma de lluvia ............................. 3

2.2.3

Separación de la escorrentía de la lluvia. .............................................. 3

2.3

Hidrogramas de las crecidas. ....................................................................................... 7

2.3.1 2.4 3

Tránsito de Avenidas, método de Muskingum-Kunge .................................................. 9

Metodología Diseño Hidráulico ..........................................................................................11 3.1

River Analisys System ................................................................................................11

3.1.1

Información utilizada ............................................................................. 12

3.1.2

Coeficientes de rugosidad de Manning................................................ 13

3.2

4

Tiempo de concentración........................................................................ 8

SOCAVACIÓN EN PUENTES ....................................................................................13

3.2.1

Alcances ................................................................................................. 13

3.2.2

Metodología............................................................................................ 13

Puente CHICO SMITH. ......................................................................................................16 7.1

Estudios Hidrológicos .................................................................................................16

7.1.1 7.2

Arreglo de lluvia. .................................................................................... 16

Parámetros hidrológicos CHICO SMITH .....................................................................18

7.2.1

Parámetros hidrológicos ....................................................................... 18

7.2.3

Sumario de resultados .......................................................................... 21

7.3

Análisis hidráulicos CHICO SMITH (ED-87). ...............................................................31

7.3.1

Información levantada. .......................................................................... 31

7.3.2

Estructura propuesta. ............................................................................ 32

7.3.3

Resultados CHICO SMITH ..................................................................... 32

7.4

Análisis de Socavación Chico Smith. ..........................................................................35

7.4.1

Resultados del análisis de socavación Chico Smith. ......................... 35 1

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DRENAJE MAYOR MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA MULUKUKU – SIUNA (44.61 Km) TRAMO I

1

Introducción y Descripción General del Proyecto

El presente documento presenta el estudio Hidrotécnico del proyecto: MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA MULUKUKU – SIUNA (44.61 Km) Drenaje Mayor Tramo I. En esta etapa hemos desarrollado el estudio del tramo comprendido de la estación 0+00 a la 23+000 con el objetivo de contar con los estudios y diseños finales en dicha longitud e iniciar a la mayor brevedad con la ejecución de las obras. Aquí se presenta el estudio Hidrotécnico del drenaje mayor del tramo mencionado, específicamente el drenaje mayor del Puente Chico Smith cuya información general se muestra a continuación: Cruce

Estación

Obra Existente

Dirección

Estructura existente

ED-87

23+000

Puente Chicos Smith

Izq-Der

Puente con claro de 30m y 3.50 de ancho de calzada estructura de concreto y acero y sub estructura de concreto

2 2.1

Metodología Estudios Hidrológicos. Modelo HMS (Hydrologic Modelling System)

Los Estudios Hidrológicos consistieron en el cálculo del caudal máximo para un periodo de retorno que pueda presentarse en los cruces de drenaje mayor, para dicho cálculo, se utilizó el Hec – Hms que es un programa de simulación hidrológica, desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos. Para realizar el cálculo de caudal de diseño, el software Hec-Hms simula por medio de un modelo hidrológico, la trasformación de precipitación a escorrentía, transformaciones de la lámina de agua a hidrogramas y tránsito de avenida. Para conocer el caudal pico que se utiliza en el dimensionamiento de esta obra hidráulica. Para un periodo de retorno de 100 años.

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2.2

Información utilizada por el HMS

2.2.1

Trazados de cuencas.

Fue usado el modelo digital del terreno de ASTER, con pixeles cada 30m y con el Hec Geohms, en conjunto con los mapas 1:50,000 elaborados por INETER, los mapas utilizados fueron los siguientes: Lisawe

3254 IV

Kuikuinita………………………3256 III Río Labú…………………….…3256 IV 2.2.2

Parámetros meteorológicos – Hietograma de lluvia

Se usa el método del Bloque Alterno es una forma simple para desarrollar un Hietograma de diseño utilizando una curva de intensidad-duración-frecuencia. El Hietograma de diseño producido por este método especifica la profundidad de precipitación que ocurre en n intervalos de tiempo sucesivos de duración Δt sobre una duración total de Td=n Δt. Después de seleccionar el periodo de retorno de diseño, la intensidad es leída en una curva IDF para cada una de las duraciones Δt, 2 Δt, 3 Δt,…, y la profundidad de precipitación correspondiente se encuentra al multiplicar la intensidad y la duración. Tomando diferencias entre valores sucesivos de profundidad de precipitación, se encuentra la cantidad de precipitación que debe añadirse por cada unidad adicional de tiempo Δt. Estos incrementos o bloques se reordenan en una secuencia temporal de modo que la intensidad máxima ocurra en el centro de la duración requerida Td y los demás bloques queden en orden descendente alternativamente hacia la derecha y hacia la izquierda del bloque central para formar el Hietograma de diseño. La IDF utilizada es la Puerto Cabezas con datos actualizado hasta el 2015. el intervalo y duración de la lluvia se escogió en base al Tiempo de concentración de la cuena para cada cruce. 2.2.3

Separación de la escorrentía de la lluvia.

Se usa el método del SCS (Soil Conservation Service de los Estados Unidos) Las pérdidas, es un proceso que reduce la precipitación total (altura total) de la tormenta a una fracción denominada precipitación eficaz (altura efectiva), la cual es responsable de la escorrentía, siendo los factores de la cuenca que inciden en las pérdidas: las características físicas del suelo, el uso del suelo, la cobertura vegetal del suelo y la pendiente del terreno. Para la determinación de las pérdidas utilizamos el método del SCS desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelo, actualmente conocido como Servicio de Conservación de Recursos Naturales, NRCS (Natural Resources Conservation Services del Departamento de Agricultura de los EE.UU. - 1960). El método del NRCS permite calcular la escorrentía producida por una determinada precipitación en función del parámetro “número de curva (CN)”, el cual a su vez 3 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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depende de las condiciones de infiltración de la zona en donde se produce la tormenta, por lo tanto:

El CN se determina a partir de datos tabulares los cuales fueron obtenidos en parcelas experimentales en diversidad de condiciones de suelo, vegetación y condiciones de infiltración, con simulaciones de precipitaciones en 24 horas (en EE.UU). En el caso de nuestras dos Sub cuencas en análisis ambas tiene tiempos de concentración menor a 24 horas por lo que es aplicable el método del SCS.

El método asume una proporcionalidad entre escorrentía y retención de agua en la cuenca, para lo cual se propone la siguiente expresión:

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CN es un valor adimensional cuyos valores oscilan teóricamente en 0 y 100. CN=1 significa una capacidad de retención máxima de la cuenca Q=0 CN=100 significa una capacidad de retención nula de la cuenca Q=P En la práctica los valores más frecuentes están comprendidos entre 40 y 80 El parámetro Po (umbral de escorrentía) tiene significado físico, y es equivalente a la abstracción inicial del método del número de curva del SCS. El valor de NC esta unívocamente relacionado con el umbral de escorrentía Po mediante la expresión:

Sin embargo de acuerdo a la bibliografía consultada Po la abstracción inicial tendrá un valor máximo de 9.1mm. Para ingresar a las tablas y estimar el CN es necesario conocer las “característica hidrológicas del suelo” las cuales son función de las características físicas del suelo, y la “Condición hidrológica del suelo. La NRCS ha determinado la curva CN para diferentes tipos de cubierta vegetal, clases de suelo y para cuatro grupos de condiciones hidrológicas que preceden al aguacero de diseño. A partir de esta tabla, identificando los tipos de cubierta vegetal más comunes, estimamos el tipo de suelo para la región en estudios. 5 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Cuadro 1 Número de curva CN

Cuadro 2 Clasificación hidrológica de los suelos

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La NRCS ha determinado la curva CN para diferentes tipos de cubierta vegetal, clases de suelo y para tres condiciones hidrológicas que preceden al aguacero de diseño1. Cuadro 3 Condiciones hidrológicas anteriores a la lluvia. Clasificación humedad antecedente I (Seco) II (Normal) III (Húmedo)

Total de 5 días de lluvias antecedentes Menor a 36 mm Entre 36 y 53 mm Mayor a 53 mm

Al revisar la información de lluvia diaria es frecuente en la zona que previo a las tormentas fuertes el suelo se encuentre saturado por lluvias anteriores por lo cual se usó el tipo de condición hidrológica de la lluvia tipo III (CNIII), la cual se obtiene de la normal Tipo II (CNII), por la siguiente relación:

CN III 

23 * CN II (10  0.13 * CN II )

2.3 Hidrogramas de las crecidas. Fue usado el Hidrograma Unitario Sintético del SCS (Soil Conservation Service).

1

Ponds-Planning, Design, Construction, National Resources Conservation Service. Department of Agriculture. USDA.

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El Hidrograma unitario sintético es aquel derivado de fórmulas empíricas, que se puede utilizar en cuencas donde no existen datos de aforos continuos (series) como es nuestro caso en ambas cuencas. El método del SCS es uno de los más utilizados. En general los Hidrogramas unitarios sintéticos tratan de establecer el tiempo base y tiempo punta de este Hidrograma en función de variables geomorfológicas de las subcuencas cuyo valor es fácilmente obtenible a partir de la cartografía como son el área de drenaje y los parámetros que definen al tiempo de concentración, a continuación se detalla un Hidrograma y sus expresiones: La transformación de las láminas de escorrentía a los hidrogramas de crecidas en los cauces de recolección, se hace mediante el Hidrograma Unitario Triangular (HUT) del NRCS el cual se basa en los siguientes postulados:

2.3.1

Tiempo de concentración

Es el tiempo de retardo (Lag) y es la diferencia de tiempo entre el centro de masa del exceso de lluvia y el pico del Hidrograma unitario. El Tiempo de Retardo (Lag), tl = 0,60tc. Los valores de tl o

8 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Lag Time, son ingresados al modelo HEC-HMS, la fórmula utilizada es la Soil Conservation Service. 1000 64981L0.8 (( C ) − 9)0.7 N 𝑇𝑐 = 19000S 0.5 Donde: Tc: tiempo de concentración, en minutos; L: Longitud máxima del cauce, en Kilómetros definida a partir del modelo topográfico de terreno; S: Pendiente media de la Cuenca en m/m, definida a partir del modelo topográfico de tres dimensiones y CN: Número de la Curva de la Cuenca. 2.4

Tránsito de Avenidas, método de Muskingum-Kunge

El modelo de Muskingum Kunge al igual que el Pulso Modificado utiliza una aproximación simple de diferencia finita o la ecuación de continuidad:

El almacenamiento en el tramo es modelado como una suma del almacenamiento prismático y del de cuña ha como se ve en la siguiente figura:

El almacenamiento prismático es el volumen definido por un perfil de la superficie del agua de un flujo estable mientras el almacenamiento de cuña es el volumen adicional bajo el perfil de la onda de flujo. Durante el aumento de niveles de flujos el almacenamiento de cuña es positivo y es 9 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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agregado al almacenamiento de prisma. Durante la caída de los niveles de flujos el almacenamiento de cuña es negativo y es sustraído del almacenamiento de prisma. El volumen del almacenamiento prismático es la razón de descarga, O, multiplicada por el tiempo de viaje a través del tramo, K. Así el modelo de Muskingum define el almacenamiento como:

Donde K es el tiempo de viaje de la onda de flujo a través del tramo y X es una ponderación adimensional en un rango de 0<=X<=0.5, en nuestro caso tomamos un valor de X = 0.1 para las computaciones.

= es una descarga ponderada. Si el almacenamiento en el canal es controlado por condiciones aguas debajo de forma que el almacenamiento y la descarga son muy correlacionados entonces X = 0, en tal caso S = KO; este es el modelo de reservorio lineal y si X = 0.5, igual ponderación es dada a la entrada y a la salida y el resultado es una onda uniformemente progresiva que no se atenúa a como se mueve a través del tramo del río. Por lo tanto:

El programa resuelve la ecuación recursivamente para computar las coordenadas del Hidrograma de salida dadas las coordenadas del hidrógrama de entrada (lt para todo t) y la condición inicial (Qt = 0), y los parámetros K y X.. Kunge combinó métodos hidráulicos para calcular los parámetros K y X mediante los parámetros hidráulicos

∆𝑋=longitud del tramo del cauce coniderado. C= Celeridad=velocidad media, m=aproximadamente 5/3 para cauces naturales amplios. S0=pendiente media del cauce. 10 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Q= caudal B=ancho del cauce,

3 3.1

Metodología Diseño Hidráulico River Analisys System

Se hizo usando el modelo HEC-RAS, desarrollado por el U S Army Corps, Hidrologic Engineering Center y llamado River Analisys System. El modelo se explica en el Anexo 1. El modelo permite analizar los cauces con las estructuras propuestas como un sistema, considerando la iteración entre las partes. El procedimiento de cálculo usado es basado en la solución de la ecuación de la energía unidimensional, con pérdidas de energía por fricción, la que es evaluada con el coeficiente de Manning y pérdidas por contracción y expansión del cauce. Este método es conocido como del paso estándar. El modelo incorpora además en el cálculo los efectos producidos por: 

Efectos de obstrucción en la circulación libre del flujo ocasionado por las pilas y columnas dentro del cauce, tomando en cuenta el perfil de dichas estructuras.



Efectos de esviaje de la estructura con relación al cauce.



Mejoras en la sección del cauce, cuando se transforma de un cauce natural a un canal artificial.



Diferentes condiciones de trabajo de las estructuras, a flujo libre, a presión y cuando es sobrepasada.



Unión y división de cauces y otras que dependen de su aplicabilidad en cada proyecto.

El modelo calcula los perfiles de la superficie del agua, para flujos estables y gradualmente variados en cauces naturales y artificiales. El procedimiento de cálculo usado es basado en la solución de la ecuación de la energía unidimensional, con pérdidas de energía por fricción la que es evaluada con el coeficiente de Manning. Este método es conocido como del paso estándar. Método del paso estándar. La superficie del agua la calcula por medio del paso estándar, la cual utiliza la ecuación de la energía y por un proceso iterativo de una sección a otra. Este método viene dado por las siguientes relaciones: 11 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Y2  Z 2 

 2V22 2g

 Y1  Z1 

1V12 2g

 he

Donde Y1 , Y2 = profundidad del agua en la sección transversales Z1 , Z2 = Elevación del fondo del canal V1 , V2 = velocidad promedio de la sección.

12 = coeficiente de ponderación de las velocidades g

= aceleración de la gravedad.

he

= pérdidas de energía.

Las pérdidas de energía ente dos secciones transversales esta compuesta por pérdidas por fricción y por contracción y expansión. La ecuación de las pérdidas de energía es la siguiente:

he  LS f  C

 2V22 2g



1V12 2g

Donde L = El peso del caudal en la longitud del cauce, dividido en el caudal al centro del canal, a la izquierda y derecha del mismo.

3.1.1

Sf

= Pendiente de fricción entre dos secciones.

C

= Coeficiente de pérdidas por contracción y expansión.

Información utilizada

La información utilizada por el modelo HEC-RAS para sus cálculos es la siguiente: 

Coeficiente de rugosidad de Manning



Definición de las características de la estructura existente.



Información Topográfica. Secciones transversales, levantamiento de la planta de la sección en estudio. Distancia entre las secciones continuas, medidas en el centro, en la margen izquierda y derecha, con el fin de definir los cambios de dirección del cauce curvatura. Borde del cauce principal en ambas márgenes del río, esviajes.



Información Hidráulica. Caudal de diseño al inicio y al final del cauce provisto por el estudio hidrológico. Condiciones de rugosidad (Manning), diferenciando el centro del cauce, la margen derecha e izquierda, condiciones de fronteras iniciales, coeficientes de pérdidas por contracción y expansión.

12 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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3.1.2

Coeficientes de rugosidad de Manning

Se determina durante el reconocimiento de campo y de acuerdo a “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains, United States Geological Survey Water-supply Paper 2339”, en la que: n=(nb+n1+n2+n3+n4)*m Donde: n =Valor final del coeficiente de rugosidad. nb =Valor base de n para un canal natural, recto, uniforme y liso (0.03). n1 =Factor de corrección por el efecto de irregularidad. n2 =Valor por variación de la forma y tamaño de la sección transversal del canal, n3 =Valor por obstrucciones, n4 =Factor por efecto de la vegetación, m=Un factor de corrección por meandros del canal. 3.2

SOCAVACIÓN EN PUENTES

3.2.1

Alcances

Este análisis permite determinar si la socavación podría tener algún efecto en los estribos del puente y así mismo las acciones necesarias, si fuera el caso, para prevenir que la misma pueda debilitar las estructuras y ponerlas en peligro. La socavación que se produce en el puente se debe a dos efectos combinados, a la socavación general, se produce en el cauce cuando se construye un puente debido a la obstrucción que éste ocasiona o por el proceso normal de incremento de las velocidades durante las crecidas y el otro tipo es el que ocasionan los pilares y los estribos en el cauce; la combinación de ambos efectos es la socavación total. 3.2.2

Metodología

La socavación de los puentes se da por dos efectos: Socavación general, se produce en el cauce cuando se construye un puente debido a la obstrucción que éste ocasiona o por el proceso normal de incremento de las velocidades durante las crecidas y el otro tipo es el que ocasionan los pilares y los estribos en el cauce; la combinación de ambos efectos es la socavación total. En este caso sólo se estudia la socavación general y por los estribos. El HEC-RAS propone para el primer caso dos métodos: El método modificado de Laursens y el método para agua clara. La publicación HEC-18 2 recomienda la versión modificada de Laursens (1960), para 2

Publication No. FHWA NHI 01-001May 2001 Hydraulic Engineering Circular No. 18 Evaluating Scour At Bridges Fourth

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socavación live-bed:

y s  y 2  y0

Q  y 2  y1  2   Q1 

6/7

 W1    W2 

k1

Donde:

V*   gy1 S1 

1/ 2

ys = Profundidad media de la socavación de la contracción (m) y2 = Profundidad media después de la sección contraída. Sección dentro del puente aguas abajo (m). y1 = Profundidad media en el canal principal en la sección de acercamiento (m). y0 = Profundidad media en el canal principal en la sección contraída antes de la socavación (m). Q1 = Caudal en el canal principal en la sección de llegada (m3/s) Q2 = Caudal en el canal principal en la sección contraída (m3/s). W1 = Ancho en el canal principal en la sección de llegada (m). W2 = Ancho en el canal principal en la sección contraída (m). k1 = Exponente para el modo de transporte del material de fondo (adim). V* =Velocidad de sisaya (m/s).  =Velocidad de caída del material de fondo (m/s). g = Aceleración de la gravedad (m/s2). S1 =Pendiente de la línea de energía en la sección aguas arriba (m/m). 3.2.2.1

Socavación por contracción de agua clara

El HEC 18 recomienda la ecuación basadas en las investigaciones de Laursen (1963)

 Q22  y2   2/3 2  CDm W2 

3/ 7

y s  y 2  y0 Dm =Diámetro de la partícula más pequeña no transportable del material de fondo en la sección contraída. 1.25 D50 (mm) D50 = Diámetro medio del material de fondo (mm). C= constante, 40 para el sistema métrico.

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3.2.2.2 Socavación en pilas. Cálculo de la socavación debido a los pilares usando la ecuación de la Colorado State University (CSU).

y s  2.0 K1 K 2 K 3 K 4 a 0.65 y10.35 Fr10.43 Donde: ys = Profundidad de la socavación (m). K1 = Factor de corrección por la forma del canto del pilar. K2 = Factor de corrección por el ángulo de ataque del flujo. K3 = Factor de corrección por las condiciones del fondo. K4 = Factor de corrección por la forma de material del fondo a = Ancho del pilar en m. y1 = Profundidad del flujo aguas arriba del pilar (m). Fr1 =Número de Froude aguas arriba del pilar. 3.2.2.3

Socavación en Estribos.

Esto ocurre cuando los estribos obstruyen el flujo. El reporte del Hec-18 recomienda dos ecuaciones: La ecuación de Hire. Esta ecuación está basada en datos de campo efectuados en el río Mississipi. La ecuación es:

 K  y s  4 y1  1  K 2 Fr10.33  0.55  donde: ys =Profundidad de la socavación (m). y1 =Profundidad del flujo en la proyección del estribo de la sección aguas arriba (m). K1= Factor de corrección por la forma del estribo (adim). K2= Factor de corrección por el ángulo de ataque (adim). Fr =Número de Froude (adim). La ecuación de Froehlich

y s  2.27 K1 K 2 ( L¨ , ) 0.43 y a0.57 Fr10.61  y a donde: ys =Profundidad de la socavación (m). K1= Factor de corrección por la forma del estribo (adim). K2= Factor de corrección por el ángulo de ataque (adim). L´= Longitud del estribo proyectado normal al flujo (m) ya = Profundidad parte que obstruye el cauce(m) . 15 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Fr = Número de Froude (adim).

4

Puente CHICO SMITH.

4.1 4.1.1

Estudios Hidrológicos Arreglo de lluvia.

La duración de la lluvia utilizada es de 120 minutos de duración con intervalo de 10 minutos, Cuadro 4 Arreglo de lluvia CHICO SMITH bloques alternos (periodo de Retorno 100 años) duración(min)

INT(mm/h)

prof acum(mm)

prof(mm)

tiempo inicial

tiempo final

precipitación(mm)

10

198.62

33.1

33.1

0

10

6.65

20

146.61

48.87

15.77

10

20

7.3

30

122.75

61.37

12.5

20

30

8.19

40

108.22

72.14

10.77

30

40

9.64

50

98.14

81.78

9.64

40

50

12.5

60

90.61

90.61

8.83

50

60

33.1

70

84.69

98.8

8.19

60

70

15.77

80

79.88

106.5

7.7

70

80

10.77

90

75.87

113.8

7.3

80

90

8.83

100

72.44

120.73

6.93

90

100

7.7

110

69.48

127.38

6.65

100

110

6.93

120

66.88

133.76

6.38

110

120

6.38

Figura 1 Pluviograma CHICO SMITH Puerto Cabezas 100 años periodo de retorno

16 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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300.000

TR100

250.000 200.000

y = 544.54x-0.438 R² = 0.9984

150.000

Series1 Power (Series1)

100.000 50.000 0.000 0

100

200

300

400

TR100 35

Precipitación(mm)

30 25 20 15

TR100

10 5 0 10

20

30

40

50

60

70

80

duración(mm)

17 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

90 100 110 120

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4.2

Parámetros hidrológicos CHICO SMITH

4.2.1

Parámetros hidrológicos

Para el cálculo del Cn se utilizó el Geo-hms para hacer la ponderación, por cada sub cuenca. En función de uso y tipo de suelo. El geo hms crea una grilla de CN a partir de estos . A continuación los parámetros físicos e hidrológicos de subcuencas y tránsitos:

Determinación del CN y del Lag Time DATOS DE LA CUENCA Nombre Cuenca

Basin slop

Basin CN

Basin Lang

A. HMS

W80

6.70

63.27

1.91698

4.554

W180

8.33

56.54

2.574839

4.659

W70

10.55

56.43

1.808509

4.933

W90

6.46

55.30

1.397679

3.678

W140

13.80

58.30

1.343223

4.091

W190

11.74

56.92

1.666199

4.918

DATOS DE LO RIOS Nombre

ELEV UP

ELEV DS

SLP

RIVLEN

R30

105.12

95.00

0.00613

1650.81

R100

95.00

85.77

0.00469

1967.94

R20

85.78

68.41

0.00354

4903.60

R150

126.42

120.30

0.00769

795.18

R200

120.30

101.77

0.00866

2139.78

R40

101.77

95.00

0.00207

3279.78

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LUVALUE

DESCRIPTION

OID

ID

Gridcode

landuse

A

B

C

D

1 3 6 2 5 8 4 7

Bosque latifoliado denso Pasto Vegetación arbustiva Bosque latifoliado ralo Ciudades, poblados y cacerío Agua Cultivo anual Suelo sin vegetación

0 1 2 3 4 5 6 7

1 3 11 114 118 506 211 849

1 3 6 2 5 8 4 7

1 3 6 2 5 8 4 7

21 34 44 53 44 42 30 28

45 54 59 64 59 58 51 50

58 64 67 71 67 67 62 61

64 69 71 73 71 71 68 67

4.2.2

Resultados de la modelación hidrológica

Debido a la modelación se presentan los resultados calculados de caudal pico de cada Subcuenca y su punto de cierre en el siguiente cuadro lo que muestra que el caudal máximo para 100 años es 114.7 m3/s.

19 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Figura 2 Esquema del modelo hidrográfico en Hec-Hms CHICO SMITH

Cuadro 5 Resultados del Hec Hms CHICO SMITH

20 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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4.2.3

Sumario de resultados

Como resultado de la modelación hidráulica en el punto de cierre de puente arroja el siguiente caudal de 114.7 m3/s y el hidrograma:

Figura 3 Hidrograma de Diseño CHICO SMITH TR 100 años 21 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Cuadro 6 Hidrograma CHICO SMITH fecha tiempo caudal 01-ene-00 00:00 0 01-ene-00 00:05 0 01-ene-00 00:10 0 01-ene-00 00:15 0 01-ene-00 00:20 0 01-ene-00 00:25 0 01-ene-00 00:30 0.1 01-ene-00 00:35 0.1 01-ene-00 00:40 0.2 01-ene-00 00:45 0.2 01-ene-00 00:50 0.4 01-ene-00 00:55 0.5 01-ene-00 01:00 0.8 01-ene-00 01:05 1.2 01-ene-00 01:10 1.8 01-ene-00 01:15 2.5 01-ene-00 01:20 3.4 01-ene-00 01:25 4.5 22 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00

01:30 01:35 01:40 01:45 01:50 01:55 02:00 02:05 02:10 02:15 02:20 02:25 02:30 02:35 02:40 02:45 02:50 02:55 03:00 03:05 03:10 03:15 03:20 03:25 03:30 03:35 03:40 03:45 03:50 03:55 04:00 04:05 04:10 04:15 04:20 04:25 04:30 04:35 04:40 04:45 23

Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

5.8 7.4 9.3 11.5 14.2 17.2 20.6 24.3 28.2 32.5 37 41.6 46.4 51.4 56.5 61.6 66.8 72 77 82 86.6 91 95.2 99 102.4 105.5 108.2 110.4 112.2 113.5 114.3 114.7 114.7 114.2 113.4 112.2 110.6 108.8 106.6 104.2

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01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00

04:50 04:55 05:00 05:05 05:10 05:15 05:20 05:25 05:30 05:35 05:40 05:45 05:50 05:55 06:00 06:05 06:10 06:15 06:20 06:25 06:30 06:35 06:40 06:45 06:50 06:55 07:00 07:05 07:10 07:15 07:20 07:25 07:30 07:35 07:40 07:45 07:50 07:55 08:00 08:05 24

Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

101.6 98.8 95.8 92.7 89.6 86.3 83 79.7 76.4 73 69.7 66.5 63.3 60.2 57.2 54.2 51.4 48.6 45.9 43.4 40.9 38.6 36.4 34.2 32.2 30.3 28.5 26.8 25.2 23.6 22.2 20.8 19.5 18.3 17.2 16.1 15.1 14.2 13.3 12.4

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01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00

08:10 08:15 08:20 08:25 08:30 08:35 08:40 08:45 08:50 08:55 09:00 09:05 09:10 09:15 09:20 09:25 09:30 09:35 09:40 09:45 09:50 09:55 10:00 10:05 10:10 10:15 10:20 10:25 10:30 10:35 10:40 10:45 10:50 10:55 11:00 11:05 11:10 11:15 11:20 11:25 25

Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

11.7 10.9 10.2 9.6 9 8.4 7.9 7.4 6.9 6.5 6.1 5.7 5.3 5 4.7 4.4 4.1 3.8 3.6 3.4 3.1 2.9 2.8 2.6 2.4 2.3 2.1 2 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 1 0.9 0.8

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01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00 01-ene-00

Tramo R30 R100 R20 R150 R200 R40 tramo R100 R20 R200 R40

11:30 11:35 11:40 11:45 11:50 11:55 12:00

Longitud Cota alta Cota baja Pendiente 1650.81 105.12 95.00 0.61% 1967.94 95.00 85.77 0.47% 4903.60 85.77 68.41 0.35% 795.18 126.42 120.30 0.77% 2139.78 120.30 101.77 0.87% 3279.78 101.77 95.00 0.21% K 0.350 0.875 0.390 0.517

X 0.200 0.200 0.200 0.200

0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.6 0.5

Tc(hr) 0.278 0.352 0.793 0.145 0.297 0.716

Vc 1.652 1.552 1.718 1.524 2.003 1.272

N 2.000 1.000 1.000 1.000

Figura 4 Mapa Hidrográfico CHICO SMITH i

26 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

Vt 1.652 1.563 1.557 1.524 1.524 1.764

K(Hr) 0.278 0.350 0.875 0.145 0.390 0.517

X 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

n 2 1 1 1

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Figura 5 Mapa uso de suelo CHICO SMITH

27 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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28 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Figura 6 Mapa Número de la curva (CN) CHICO SMITH

29 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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30 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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4.3 Análisis hidráulicos CHICO SMITH (ED-87). Actualmente existe un puente de concreto reforzado y acero de 30 m de claro y 3.5 m de calzada el cual se encuentra en mal estado y se necesita construir uno nuevo. 4.3.1

Información levantada.

Información Topográfica. Se levantaron secciones transversales del tramo del cauce en estudio 300 m. aguas arriba y 200 m. aguas abajo del cruce con la carretera existente, levantamiento de la planta de la sección en estudio para determinar las curvaturas del cauce, con distancias entre las secciones de 10 m. y los bordes del cauce principal en ambas márgenes del río. Figura 7 Levantamiento topográfico Puente Chico Smith

Ch i c o Smi t h

ChicoSmith

300.0001 289.9999 270 250 240 210 190 170 150 140 120.0001 99.99999 90 80.00011 69.96378 60.00706 50.00012 39.99993 30.00003 20.00003 10.00003

31 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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4.3.2

Estructura propuesta.



Caudal de diseño T=100 años 114.7 m3/s



Característica de la estructura propuesta.



Puente de concreto reforzado de 35 m de claro.



Elevación de la viga inferior 73.94 msnm



Elevación de la rasante 75.90 msnm



Pendiente del tramo del cauce en estudio: 0.010 m/m



Coeficiente de pérdidas por contracción:0.50 V2/(2g)



Coeficiente de pérdidas por expansión:1.00 V2/(2g)



Esviaje Normal Figura 8 Secciones aguas arriba y abajo puente CHICO SMITH

Elevation (m)

RS=175

Upstream (Bridge)

76

Legend

74

Ground Ineff

72

Bank Sta

70 68 66

0

20

40

RS=175

60

80

100

80

100

Downstream (Bridge)

76

Elevation (m)

74 72 70 68 66

0

20

40

60 Station (m)

4.3.3

Resultados CHICO SMITH

El nivel del agua en la entrada del puente es 71.38 msnm (Cuadro 8) y el de la viga inferior es 73.94 msnm lo que nos deja un borde libre de es 2.56 m lo que es suficiente. 32 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Cuadro 7 Resultados puente CHICO SMITH.

Figura 9 Perfil Puente Chico Smith Chico_Smith

P lan: Plan 02

14/06/2017

ChicoSmith ChicoSmith 76

Legend EG TR100

74

WS TR100

Elevation (m)

Crit TR100 Ground

72

70

68

66

0

50

100

150

200

Main Channel Distance (m)

33 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

250

300

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Reach

River Sta

ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith ChicoSmith

Profile

300.0001 TR100 289.9999 TR100 280.0001 TR100 270 TR100 260 TR100 250 TR100 240 TR100 230 TR100 220 TR100 210 TR100 200 TR100 190 TR100 179.9999 TR100 175 170 TR100 160 TR100 150 TR100 140 TR100 130 TR100 120.0001 TR100 110 TR100 99.99999 TR100 90 TR100 80.00011 TR100 69.96378 TR100 60.00706 TR100 50.00012 TR100 39.99993 TR100 30.00003 TR100 20.00003 TR100 10.00003 TR100

Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) 114.7 67.5 71.43 71.59 0.001635 2.03 84.74 64.99 0.33 114.7 67.5 71.37 71.57 0.001891 2.2 76.88 68.34 0.36 114.7 67.33 71.31 71.55 0.002041 2.31 68.15 48.3 0.37 114.7 67 71.23 71.52 0.002409 2.48 59.14 45.5 0.4 114.7 67 71.1 71.48 0.003795 2.81 45.61 18.44 0.47 114.7 67.5 70.93 71.42 0.008497 3.18 38.24 16.11 0.59 114.7 67.5 70.89 71.33 0.006483 3.01 41.26 17.99 0.55 114.7 67.29 70.95 71.24 0.003141 2.53 53.87 26.98 0.45 114.7 67.5 70.97 71.19 0.002561 2.24 63.33 38.09 0.4 114.7 67.5 70.94 71.16 0.002464 2.2 60.98 27.88 0.39 114.7 67.5 70.93 71.13 0.002318 2.16 62.18 26.82 0.38 114.7 67.5 70.9 71.11 0.002365 2.18 60.99 24.95 0.39 114.7 67.49 70.74 69.67 71.07 0.003794 2.67 48.15 19.44 0.49 Bridge 114.7 67.5 70.71 71.02 0.003991 2.56 49.39 22.47 0.48 114.7 67.5 70.7 70.97 0.003725 2.39 54.11 29.73 0.46 114.7 67.43 70.75 70.91 0.002315 1.93 76.28 48.39 0.35 114.7 67.5 70.64 70.87 0.003939 2.35 60.7 38.13 0.44 114.7 67 70.28 69.61 70.79 0.007149 3.24 41.09 36.33 0.62 114.7 67 70.33 70.69 0.004329 2.79 50.32 32.35 0.51 114.7 67 70.39 70.62 0.00266 2.28 63.61 39.55 0.41 114.7 66.98 70.4 70.58 0.002063 2.02 74.43 49.26 0.36 114.7 67 70.32 70.55 0.002748 2.3 65.32 45.75 0.41 114.7 67 70.28 70.52 0.003247 2.43 65.04 47.11 0.44 114.7 66.59 70.27 70.48 0.002938 2.34 69.28 47.95 0.42 114.7 67 70.24 70.45 0.003127 2.34 66.11 40.93 0.43 114.7 67 70.18 70.41 0.003426 2.41 63.36 42.93 0.45 114.7 66.77 70.14 70.38 0.003183 2.37 62.17 41.4 0.43 114.7 67 70 70.33 0.004503 2.69 52.45 37.43 0.51 114.7 67 69.8 70.26 0.006607 3.11 42.44 31.35 0.62 114.7 67 69.43 69.43 70.13 0.022053 3.71 30.92 22.38 1.01

34 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Chico_Smith

Plan: Plan 02 14/06/2017 50.00012 30.00003 69.96378

Legend

90

WS TR100

99.99999

Ground

140 179.9999

Bank Sta Ineff

190 160 210 230 250 270 300.0001

4.4 Análisis de Socavación Chico Smith. La socavación que podría producirse es la de contracción y por los estribos. Los datos de la granulometría usada se muestran en el anexo. 4.4.1

Resultados del análisis de socavación Chico Smith.

En el Cuadro 19 se presenta el análisis de socavación en la que indica que solo se produce por contracción y no tiene ningún efecto en las pilas. 35 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

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Figura 10 Salida de resultados de socavación Chico Smith

Cuadro 8 Salida del análisis de socavación Chico Smith. Hydraulic Design Data Contraction Scour Left

Channel

Right

Input Data Average Depth (m): Approach Velocity (m/s): Br Average Depth (m): BR Opening Flow (m3/s): BR Top WD (m): Grain Size D50 (mm): Approach Flow (m3/s): Approach Top WD (m): K1 Coefficient:

1.6 1.29 1.47 12.59 4.93 10.26 11 5.34 0.59

4.05 2.85 3.67 173.42 12.52 0.72 149.92 12.97 0.69

1.69 1.7 2.22 15 3.49 0.72 40.07 13.96 0.69

0.14 1.45

1.03 0.7

0 0.6

Results Scour Depth Ys (m): Critical Velocity (m/s): Equation:

Clear

Combined Scour Depths

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Live

Live

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Anexo CURVAS IDF

ESTACION PUERTO CABEZAS

37 Estudio Hidrotécnico Drenaje Mayor TI

PARAMETROS DE AJUSTES ECUACION

T:años 1.5 2 5 10 15 25 50 100

I

A

t  d b

r -0.9994 -0.9996 -0.9995 -0.9992 -0.9992 -0.9990 -0.9987 -0.9987

SEC 5.30 6.74 14.38 23.24 30.20 37.45 53.44 68.53

A 1275.0243 1025.0583 738.1666 651.1347 666.2117 636.0623 615.0939 644.6822

d 12.00 10.00 6.00 4.00 4.00 3.00 2.00 2.00

b 0.8063 0.7313 0.6059 0.5495 0.5376 0.5104 0.4818 0.4711

INTENSIDADES DE LLUVIAS (mm/h) PARA DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO AJUSTADAS

1.5 años 2 años 5 años 10 años 15 años 25 años 50 años 100 años

5 129.85 141.49 172.65 194.70 204.48 220.09 240.89 257.75

10 105.48 114.65 137.59 152.73 161.25 171.78 185.80 199.95

Tiempo en Minutos 15 30 89.43 62.63 97.38 69.06 116.69 84.18 129.14 93.80 136.84 100.08 145.50 106.78 157.10 115.83 169.69 125.96

60 40.55 45.87 58.30 66.26 71.23 76.77 84.23 92.24

120 24.88 29.17 39.40 46.07 49.92 54.56 60.79 67.05

360 10.79 13.57 20.65 25.50 27.98 31.41 36.00 40.17

ANEXO RESULTADOS ANÁLISIS GRANULOMÉTRICOS

38

39

40