Estudio Hidrologico 26v1o

EDINSON NAGLES VERGARA INGENIERO CIVIL ESPECIALISTA EN MANEJO INTEGRADO DEL RECURSO HIDRICO

ESTUDIO HIDROLOGICO PARA EL PROYECTO: CONSTRUCCION DE UNA CANCHA DE FUTBOL EN EL CORREGIMIENTO DE LA TOMA, DEL MUNICIPIO DE CERTEGUI, DEPARTAMENTO DEL CHOCO, OCCIDENTE.

1 OBJETIVOS Y ALCANCES 1.1 OBJETIVO. El estudio hidrológico es determinar los caudales de diseño de las corrientes naturales que cruzan la Cancha de Futbol. Con estos caudales, se proyectarán las obras hidráulicas, que garanticen la evacuación de las aguas de escurrimiento que llegan a la Cancha de Futbol para que no la afecten durante la vida útil del proyecto. 1.2 ALCANCES. El estudio hidrológico tiene como objetivos específicos: 1. Identificar todos los cuerpos y cursos de agua que cruzan la Cancha de Futbol. 2. Determinar las cuencas de los ríos, quebradas y demás corrientes de agua que cruzan la Cancha de Futbol, calculando para cada uno de éstas el área de drenaje de las mismas. 3. Cuantificar los caudales máximos instantáneos para las corrientes que cruzan la Cancha de Futbol, con el fin de conocer el comportamiento hidrológico de las mismas. En relación con caudales máximos de todas las corrientes en el sitio de cruce de la Cancha de Futbol, se evaluará esta variable hidrológica, para períodos de retorno que sean variables, adecuados con la magnitud de la obra. Los estudios hidráulicos tienen como alcance la verificación de las estructuras de drenaje para un adecuado drenaje de la calzada. La revisión o definición del diseño hidráulico de las obras menores para drenar concentraciones de agua en otros puntos alrededor de la Cancha de Futbol se llevó a cabo con base en inspecciones de campo. Finalmente, se verificaron y definieron los diseños de cunetas, para complementar el adecuado drenaje de la Cancha de Futbol. Adicionalmente, se verificaron y definieron los subdrenes (filtros) con el fin de captar aguas de escorrentía subsuperficial y subterránea sobre cortes del terreno que pudieran afectar la estructura misma de la via.

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1.3 LOCALIZACIÓN DEL CANCHA DE FUTBOL

La Cancha de Futbol se encuentra en el perímetro urbano de la corregimiento de la Toma del municipio de Certegui, departamento del Chocó. (Ver fotografia 1). 2.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN. 2.1.1 INFORMACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA. En el IDEAM, se recopilaron los datos climatológicos, incluyendo las lluvias máximas en 24 horas y caudales máximos instantáneos de las estaciones que se relacionan a continuación, en cuadro No. 2.1.

IDEAM

CUADRO 2.1 RESUEMEN DE ESTACIONES CLIMATOLOGICAS 540570 ESTACION- RIO QUITO CERTEGUI 440 N 7656W

16

Para el estudio del corredor se identificaron las estaciones con registros de precipitación que resultaran representativas del comportamiento de la precipitación en las cuencas de los drenajes que la Cancha de Futbol atraviesa. Con base en el análisis de la información climatológica, la altimetría, las condiciones de cobertura vegetal y las condiciones topográficas observadas en campo, se realizó una interpolación de los datos de las estaciones meteorológicas para el tramo en estudiado el el Cancha de Futbol se encuentra localizado dentro del perímetro urbano de la cabecera el

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El Cancha de Futbol está ubicado en el perímetro urbano de la corregimiento de la Toma del Municipio del Certegui, cuenta la equivalencia del abscisado de diseño geométrico. 2.2 METODOLOGÍA Los estudios hidrológicos se desarrollaron siguiendo la metodología descrita a continuación: Con la información cartográfica recopilada en el IGAC y la topografía de detalle levantada en campo, se definieron y delimitaron las cuencas aferentes a la Cancha de Futbol. Se determinaron los parámetros morfométricos de las cuencas (área, longitud, pendiente). Con base en la información de las visitas de campo se determinaron, la cobertura vegetal, el tipo y uso de suelo. Se seleccionó la información de lluvias, mediante el análisis, la continuidad y la extensión del período histórico. Se caracterizó el régimen de lluvias con base en los registros de precipitación mensual. Se calcularon los caudales máximos para períodos de retorno de 5, 10, 25, 50 y 100 años en las cuencas aferentes a la Cancha de Futbol, dependiendo del caso específico (cunetas, alcantarillas, Box Coulvert, pontones y puentes). Para dichos cálculos se utilizó el método racional para las cuencas menores a 1 km2 . 2.3 CARTOGRAFÍA Para la Cancha de Futbol en estudio se cuenta con cartografía oficial en el IGAC en escala 1:100.000 en de la corregimiento de la Toma del Certegui donde está ubicado la Cancha de Futbol del proyecto, con el apoyo de la topografía de detalle y las visitas de campo se ha complementado la información. Es conveniente anotar solo contamos con planchas IGAC en escala 1:100.000 de reciente publicación, y la existencia de fotografías aéreas de la zona es muy limitada, dadas las condiciones de permanente nubosidad que impide la realización de vuelos según nos informaron en el IGAC. Con el fin de subsanar la falta de información cartográfica detallada de la zona, se ha empleado con éxito, las herramientas del Google Maps y Google Earth, complementadas con la información de GPS tomada durante las visitas de campo. Estas herramientas han permitido identificar con mejor aproximación las cuencas hidrográficas cuyos cauces cruzan la Cancha de Futbol en estudio, contando con curvas de nivel cada 20 m que han complementado las planchas 1:100.000 existentes en el IGAC, también es de anotar que los metros de pavimento rígido que se van a construir es muy reducido para todo el Cancha de Futbol, por tal motivo se realizara un estimativo para todo el Cancha de Futbol y luego sectorizando el tramo a intervenir.

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2.4 CLIMATOLOGÍA. Para el análisis de las condiciones climatológicas en el área del proyecto se utilizó la información de la estación del rio quito en el Municipio de Certegui que esta en la zona de influencia para la aérea de estudio, con información disponible de este tipo. 2.4.1 LLUVIAS. 2.4.1.1 LUVIAS MEDIAS. El ciclo anual de precipitación se caracteriza teniendo en cuenta un núcleo de precipitación en la estación, con promedio anual de precipaciones máximas de 10990 mm, medias de 6488 mm y unas minimas de 188 mm. El régimen de lluvias para las estación, es de precipitaciones intensas en los meses de julio, agosto, septiembre y con una media normal para el resto de los mese, con una ligera disminución de las mismas en el período de enero.

En el Anexo 1 - Información hidrometeorológica se presentan los valores totales mensuales de precipitación.

1200

Pluviograma mensual - Estación

1000 800 MEDIO 600

MAXIM MINIM

400 200 0

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2.4.1.2 LUVIAS MÁXIMAS. Para todo el tramo en estudio, se realizó el análisis de lluvias máximas para diferentes períodos de retorno a las estaciones, las cuales abarcan completamente la zona, se recopilaron los máximos valores anuales de precipitación en 24 horas registrada, mediante las distribuciones de probabilidad Gumbel, Lognormal y LogPearson se hicieron ajustes y empleando la prueba de Chi cuadrado se determina cual distribución de probabilidad presenta mejor ajuste. En el Anexo 2-. Memorias de Cálculo y en los cuadros No. 2.3, 2.4, se presentan los valores obtenidos por los diferentes métodos para períodos de retorno de 5, 10, 25, 50 y 100 años. 2.4.1.3 GUACERO DE DISEÑO PARA CÁLCULOS DE CAUDALES DE CUENCAS MENORES A 1 KM². Para calcular el aguacero de diseño se analizaron las lluvias máximas en 24 horas para períodos de retorno de 25, 50 y 100 años de las estaciones empleadas para todo el corredor en estudio. Con base en los datos obtenidos a partir de las curvas IDF, cuyo método de cálculo se explica en el numeral 2.4.1.4, se calcularon las curvas de masas de los aguaceros puntuales para duraciones entre 0 y 270 minutos. A continuación se hace una descripción más detallada de la determinación de hietogramas de lluvia. 2.4.1.3.1 Hietogramas de los Aguaceros Puntuales. A partir de los datos de las curvas IDF para la estación se calcularon las curvas de masas de los aguaceros puntuales para duraciones entre 0 y 360 minutos (Cuadro No.2.8), ya que las duraciones típicas de aguaceros, según el análisis realizado en el informe 1, es del orden 4 a 5 horas. Se consideran periodos de retorno entre 25 y 100 años.

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Posteriormente, con base en estas curvas de masas se calcularon los hietogramas de los aguaceros puntuales respectivos, los cuales se presentan en el Cuadro No. 2.9.

Para dar una secuencia más crítica del aguacero, como es usual en este tipo de análisis, los incrementos de lluvia de los hietogramas mencionados fueron previamente arreglados de la siguiente manera: el valor más bajo se colocó en el primer lugar, el segundo valor en orden creciente se colocó en último lugar, el tercer valor en dicho orden se ubicó en segundo lugar, el cuarto valor en el penúltimo lugar, y así sucesivamente. El resultado de estos cálculos se presenta en el Cuadro No. 2.10 y corresponde con los hietogramas de lluvia puntual de los aguaceros de diseño. 2.4.1.3.2 Hietogramas de los Aguaceros Espaciales. Los hietogramas de lluvia puntual fueron transformados a hietogramas de lluvia espacial, para tener en cuenta el hecho de la espacialidad de la cuenca y que la precipitación promedio de un aguacero en una cuenca es menor a medida que aumenta su área de drenaje. El coeficiente de reducción de la lluvia, por el tamaño del área de drenaje se ha calculado en primer término, de acuerdo con las ecuaciones tomadas del UK Flood Studies Report Volumen 2, NERC London 1975 extractado de Highway and Urban Hydrology in The Tropics By L.H. Watkinss Pentech Press 1984 que expresan

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Por otra parte, al determinar la cantidad de precipitación a distribuir para cada cuenca en particular, se tiene en cuenta la influencia de la estación de lluvias más cercana Para las cuencas hidrográficas consideradas como mayores en estos análisis, se produce un hietograma de lluvia espacial que es el finalmente aplicado para el método del S.C.S como aguacero de diseño. En el Anexo 1 - Memorias de Cálculo se presentan los valores obtenidos, en la respectiva gráfica de hietograma de lluvia precipitada y efectiva. 2.4.1.4 CURVAS IDF. Para la determinación de las curvas IDF necesarias para el cálculo de caudales, se revisó la información existente en los estudios previos, donde indican que se hicieron análisis estadísticos convencionales para la estación con información pluviográfica entre 1993 y 2001, empleando 1 pluviogramas por año, hallando intensidades de precipitación con tiempos de duración determinados: 10, 15, 20 30, 60, 90 y 120 minutos, seleccionando la distribución Log – normal para los ajustes. Con los datos ajustados a esta distribución, hallaron las proyecciones de intensidad de precipitación para diferentes períodos de retorno y graficaron las curvas IDF. Finalmente, comprobaron la bondad de las curvas IDF aplicando relaciones a nivel mundial obtenidas por el Dr. George H. Hargreaves en 1980 y registradas en el Journal de la ASCE de septiembre de 1981. Las curvas presentadas en el Informe 1 de 1996, en la Figura No. 7 se presentan graficadas y ajustadas mediante líneas de tendencia con regresiones con r > 0.975.

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Por otra parte, se revisó otra metodología para la formulación de curvas IDF, empleando la formulación de “Curvas sintéticas de Intensidad – Duración – Frecuencia para Colombia” de Vargas Rodrigo. Universidad de los Andes – 1998. La ecuación definida en el estudio como Número 9 para la elaboración de las curvas IDF es la siguiente:

La zona de proyecto del K0+000 al K0+557, se encuentra en la Región 3 (Pacífico) según referencia bibliográfica enunciada en el párrafo anterior, cuyos parámetros a, b, c, d y e son iguales respectivamente a 3.02, 0.19, 0.58, 0.04 y 0.44. Aplicando estos valores, la ecuación anterior queda para la región 3 (Pacífica):

Teniendo en cuenta los datos históricos, el promedio del valor máximo anual de precipitación diaria en las estaciones es de 179 mm y 174.5 mm, en y el número de días de lluvia es 298, 260 días respectivamente. Con estos valores aplicados a la ecuación anterior, se calcularon las curvas intensidad duración - frecuencia para las mencionadas estaciones, las cuales se presentan en las

Figuras No. 8, No.9

Las curvas IDF sintéticas de la estación, presentan valores similares para intensidades de corta duración, por ejemplo para 15 minutos y periodo de retorno de 25 años las curvas deducidas de pluviogramas reportan una intensidad de 180 mm/h, mientras que para las curvas sintéticas se obtiene una intensidad de 187.7 mm/h. En el caso de la duración de 30 minutos y período de retorno de 25 años, se obtiene para las curvas deducidas de pluviogramas una intensidad de 144 mm/h mientras que para las curvas sintéticas la intensidad en las mismas condiciones es de 125.6 mm/h. De la misma manera, a medida que aumenta la duración, las curvas sintéticas reportan una notable disminución de la [email protected] Cel. 321 815 5458, Cll 10 Barrio el Silencio Quibdó – Chocó

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intensidad de lluvia.

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2.4.2 TEMPERATURA

histograma mensual - Estación

40 35 30 25 20 15 10 5 0

MEDIO MAXIM MINIM

33 32 31

MEDIO

30

MAXIM

29

MINIM

DICIEM…

NOVIEM…

OCTUBRE

AGOSTO

JULIO

JUNIO

MAYO

ABRIL

MARZO

FEBRERO

ENERO

27

SEPTIE…

28

En la estación se tiene que a nivel anual multianual presenta una temperatura media de 30.8ºC, con un valor máximo medio mensual de 32.0ºC y una temperatura mínima media mensual de 29.0°C.

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2.4.3 HUMEDAD RELATIVA.

96 94 92 90 88 86 84

MEDIO MAXIM MINIM

82 80

La humedad relativa del aire en general depende del comportamiento y distribución de las precipitaciones, la nubosidad y la radiación solar; por lo tanto, su distribución en el año presenta en general un máximo y un mínimo (monomodal), para el área de los estudios La registra que el valor medio de la humedad relativa del aire es en general bastante alto y constante a lo largo del año. A nivel anual multianual su valor es igual al 86.0 %, con variaciones mensuales entre 79 y 93%.

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DICIE…

NOVI…

OCT…

SEPT…

AGO…

JULIO

JUNIO

MAYO

ABRIL

100

FEBR…

120

ENERO

2.4.4 EVAPORACIÓN.

80

MEDIO

60

MAXIM MINIM

40 20 0

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Este parámetro medido en el evaporímetro de tanque clase A del United States Weather Bureau (USWB), presenta en la estación a nivel anual multianual un valor de 1002.3 mm (2.75 mm por día), con un valor máximo para el mes de agosto de 118.1 mm (4.92 mm por día) y un valor mínimo para el mes de diciembre de 38.4 mm (1.6 mm por día). 2.5 ANÁLISIS DE CAUDALES. Para revisar las necesidades de drenaje de la Cancha de Futbol es necesario establecer los caudales de las cuencas que la cruzan, es decir, los que deberán manejar las obras de drenaje. Dichos caudales son función del período de retorno para el cual se diseñan las obras. En función del tipo de obra y de su importancia, los respectivos períodos de retorno adoptados para las crecientes de diseño son los siguientes: Cuadro N° 2-11 Periodo de retorno Seguro Tipo de Obra TIPO DE OBRA PERIODO DE RETORNO (AÑO) PUENTE L> 12 M 100 PONTONES L< 12 M 50 BOX COULVERT Y ALCANTARILLA 25 CUNETAS 10 Fuente: Open- Channel Hydraulics, Ven Te Chow

Se utilizaron dos métodos para estimar el caudal de diseño para las obras de drenaje. El método empleado en cada caso fue seleccionado con base en la información disponible y los siguientes criterios: • El método racional aplica para cuencas con un área menor o igual a 1 km2. 2.5.1 MORFOMETRÍA DE LAS CUENCAS. Para el tramo en estudio, existe cartografía del IGAC en escala 1:100.000 para el sector entre el K0 + 000 a K0 +557, empleando como apoyo las imágenes del Google Maps como se indicó anteriormente, las cuales se utilizaron para calcular los parámetros físicos de las cuencas. En el Anexo 6. Localización de cuencas hidrográficas, se presenta la delimitación de las cuencas más importantes. Las áreas tributarias fueron digitalizadas y medidas en Autocad, al igual que la longitud de los cauces. La pendiente ponderada del cauce principal se calculó de acuerdo con la expresión propuesta por Taylor y Schwarz: 2.5.2 CAUDALES DE DISEÑO PARA CUENCAS MENORES O IGUALES A 1KM2. El método racional, permite calcular los caudales máximos para diferentes períodos de retorno, mediante un método matemático que utiliza las características hidrológicas y morfométricas de cada cuenca, relaciona los caudales de las cuencas en un punto dado con la precipitación máxima que cae sobre la cuenca. [email protected] Cel. 321 815 5458, Cll 10 Barrio el Silencio Quibdó – Chocó

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El método racional propone la siguiente ecuación:

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Para el Factor de Reducción de la Lluvia Puntual por Área de Drenaje, se tiene en cuenta que en general, la precipitación para una duración determinada (es decir, la intensidad promedio) decrece desde el centro de las tormentas, a medida que se incrementa la distancia a partir de este punto. La precipitación máxima es representativa del centro de las tormentas, por lo cual la precipitación promedio en la totalidad del área de drenaje deberá ser menor, dependiendo del tamaño y forma de la cuenca, de las tormentas históricas registradas y de la localización del centro de precipitación máxima. El cálculo de la reducción de la precipitación a medida que se incrementa el área de drenaje, se hace por medio de curvas de Profundidad – Área – Duración, para duraciones determinadas de la precipitación. Para cada duración específica de la precipitación se analizan las tormentas que tengan cubrimiento grande sobre el área de drenaje en consideración, y que sean suficientemente intensas. Posteriormente, se dibujan las isolíneas de precipitación de cada tormenta y por medio de éstas se calculan las curvas de profundidad de Precipitación - Área de drenaje, para cada duración. La relación entre la profundidad de la precipitación, relacionada a diferentes áreas de drenaje, y la precipitación puntual, definida como el factor de reducción, se calcula posteriormente para modificar las curvas anteriores. Finalmente, se calcula la envolvente de las curvas definidas en el paso anterior para cada duración, la cual define la curva representativa de la relación profundidad de precipitación - área de drenaje de la cuenca. El coeficiente de reducción de la lluvia, por el tamaño del área de drenaje se ha calculado en primer término, de acuerdo con las ecuaciones tomadas del UK Flood Studies Report Volumen 2, NERC London 1975 extractado de Highway and Urban Hydrology in The Tropics By L.H. Watkinss Pentech Press 1984 que expresan:

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En el Cuadro No. 2.12 (Anexo 3), se presenta el factor de reducción por lluvia espacial calculado de esta manera para las diferentes hoyas hidrográficas aferentes a la Cancha de Futbol. El coeficiente de escorrentía (C), es la relación del total del agua precipitada en una cuenca, con el volumen real de la escorrentía después de descontar las pérdidas por almacenamiento, retención e infiltración. Para este tramo de la Cancha de Futbol se estimó en 0.33, teniendo en cuenta la buena cobertura vegetal predominante en la zona, correspondiente a pastizales con suelos pesados y con pendientes mayores al 7%. La intensidad de la precipitación se selecciona para una duración igual a la del tiempo de concentración propio de cada cuenca y para el período de retorno establecido. Por lo tanto, el caudal calculado corresponderá a la creciente con una frecuencia igual a la de la precipitación con la intensidad seleccionada. Para tiempos de concentración inferiores a 15 minutos se utilizó la intensidad correspondiente a tiempo de concentración de 15 minutos, (Ver numeral 2.4.1.4 Curvas IDF). Para el tiempo de concentración se realizaron cálculos empleando la expresión de Kirpich (U.S. Bureau of Reclamation "Design of Small Dams") la cual se aplica bastante bien a cuencas pequeñas y está dada por la siguiente expresión:

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Además, se realizaron estimativos para los tiempos de concentración aplicando la formula de Bransby-Williams (1) que corresponde a la siguiente formulación:

En general, para la zona en estudio considerando las características de las cuencas y los cauces, se adopta la Fórmula de Bransby – Williams para los estimativos de caudales, ya que los tiempos de concentración por Kirpich se consideran excesivamente cortos. 2.6 JUSTIFICACIÓN DE FORMULAS EMPLEADAS. Debido al tamaño y forma de la subcuencas artificiales y a que el único parámetro realmente medible en estos es el área de drenaje, se utilizó la fórmula racional para el cálculo de los caudales máximos en cuencas menores a 1 km2. Esta ecuación ha sido ampliamente utilizada y cumple con los requisitos de sencillez y confiabilidad exigidos. En general este método proporciona en algunos casos valores de caudal del lado de la seguridad respecto a las observaciones reales, pero puede ser aplicado sin inconvenientes en corrientes o áreas de drenaje pequeñas. . 2.7 APLICACIÓN DE TEORÍAS Y MÉTODOS DE PREDICCIÓN. Existen varios métodos para la estimación de los caudales máximos probables en una cuenca, de los cuales se seleccionaron los siguientes: Se realizó un análisis de cuencas que no tienen registros de caudales se utilizan métodos teóricos basados en ecuaciones obtenidas del análisis hidrológico de diferentes hoyas hidrográficas como el método racional que se utiliza para cuencas pequeñas, inferiores a 1 km2 y el del Soil Conservation Service SCS para cuencas mayores. Estos métodos requieren de información generalmente disponible como la pendiente, la longitud de los cauces, el área tributaria, el tipo de suelo y la vegetación de la cuenca, siendo todas estas variables estimables mediante información de campo e información secundaria incluida en este informe. 3.2 CONSIDERACIONES GENERALES En este capítulo se presentan la metodología, análisis y resultados obtenidos de la definición de las dimensiones de las obras hidráulicas necesarias para la Cancha de Futbol Quibdó – El Siete.

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El sistema de drenaje debe garantizar el funcionamiento integral, mediante obras hidráulicas que evacuen los caudales de una manera eficaz y rápida. o El dimensionamiento de las obras de drenaje se efectuó basado en un funcionamiento aceptando como valor máximo de la relación Hw/H=1.2, es decir una carga hidráulica equivalente al 20% de la altura de la obra. Las dimensiones de las obras en el tramo, se determinaron con base en la comparación entre los caudales de diseño y la capacidad de las obras, para lo cual se consideró control a la entrada, con pendientes de fondo mayores al 1%. Se realizó la evaluación de capacidad hidráulica de las obras existentes y se determinó si la estructura cumplía con los requerimientos para el drenaje de cada cuenca considerada, según el periodo de retorno. En caso de no cumplir se proyecta una obra de drenaje. Se revisó el diseño geométrico en planta y perfil, para determinar las obras de drenaje que por cambios en el alineamiento horizontal es necesario construir nuevamente, así como los puntos bajos de obligatorio drenaje que resultaran según las nuevas condiciones planteadas. Se realizó el diseño de las cunetas que se deben colocar a lo largo de la Cancha de Futbol, teniendo en cuenta el criterio de longitud máxima para un caudal y pendiente dados. 3.3 HIDRÁULICA DE LAS OBRAS MENORES Los criterios adoptados para el análisis y dimensionamiento hidráulico de alcantarillas y box-coulverts se presentan a continuación: 

Las alcantarillas con pendiente supercrítica y flujo de aproximación de carácter subcrítico (So > Sc) establecen un control hidráulico de entrada; en el caso contrario (So < Sc) existirá flujo con control de salida.

  El diseño de alcantarillas se realizó con pendiente mínima de 1% que para estas corrientes menores de baja pendiente, forman obras de control hidráulico de entrada.   El dimensionamiento hidráulico se realizó considerando que para el caudal de diseño la lámina de aproximación era igual a la altura del conducto.  La cabeza de velocidad de la lámina de aproximación se considera despreciable, comparada con la cabeza de velocidad dentro del conducto.  Igualando energías entre el punto inmediato aguas arriba de la entrada del conducto y la entrada, se establece la siguiente ecuación:

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Desarrollando la ecuación anterior el “Bureau of Reclamation” presenta la siguiente ecuación, aplicable a alcantarillas circulares:

Para el caso de los Box Culvert se estableció como condición de flujo, según las características naturales de las corrientes predominantes en el proyecto, control hidráulico a la entrada y parámetros de evaluación similar a las alcantarillas circulares. La ecuación resultante es la siguiente:

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Caudales entre 0.1 m3/s y 1.2 m3/s en alcantarillas de 0.90 m de diámetro con pendientes de fondo entre el 1% y 3% y longitudes de 12 m y 15 m, que son las obras típicas a proyectar en el tramo. Con base en esta información, se obtienen profundidades normales, profundidades críticas y velocidades de salida para determinar si las velocidades son erosivas. Este análisis se hace empleando el software HY-8 V. 7.2 de la Federal Highway istration (www.fhwa.dot.gov). Además, se realizó un análisis de los box coulvert existentes y proyectados con los caudales de diseño calculados en el estudio hidrológico, con el fin de verificar la capacidad y comportamiento hidráulico de las obras. En todos los casos, las alcantarillas al presentar una pendiente superior a la crítica desarrollarán un flujo supercrítico, cuyas profundidades varían con las distancias generando movimientos gradualmente variados. Los resultados de los análisis computacionales demuestran que las estructuras nuevas funcionaran a flujo libre con control de entrada y que los caudales transitados bajo la estructura no sobrepasaran la cota clave de la estructura proyectada y, para el caso que sobrepasen estarán bajo el criterio máximo de Hw/H≤1.2. A continuación se incluyen el cuadro No. 3.1 con los resultados de los cálculos hidráulicos para una alcantarilla de 0.90 m de diámetro y pendiente del 1%, que me modula un canal en concreto de área de 0.80*0.80mts.

Como se puede observar, con pendiente de fondo del 1% y caudales de 0.10 m3/s, se tienen velocidades de salida que no se consideran erosivas en el caso de descoles en grama, arcillas, limos y algunos materiales granulares, por consiguiente, aunque en campo se observa en gran cantidad de sitios presencia e roca en los descoles, se deben implementar en los casos en que se verifique en terreno la posibilidad de procesos erosivos, un disipador de energía, para lo cual se presentan dos modelos dentro del plano 10 de 10 que se incluye en este informe, consistentes en pantallas deflectoras y caídas escalonadas. En el Anexo 5. se incluyen las corridas de verificación realizadas para las estructuras proyectadas. [email protected] Cel. 321 815 5458, Cll 10 Barrio el Silencio Quibdó – Chocó

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En Cuadro No. 3.2 del Anexo No. 3 se presenta la Evaluación de Obras Hidráulicas se hace un resumen de caudales calculados, obras existentes, obras proyectadas y observaciones de cada una a lo largo del tramo en estudio. En el Anexo 7. Informe fotográfico se incluyen detalles de obras en sitios de interés del proyecto. En el Anexo 8. Inventario de obras de drenaje, se incluyen fotografías en medio magnético de todas las obras inventariadas para el proyecto, así como copia de los registros de campo de cada una de ellas. 3.4 DIMENSIONAMIENTO DE CUNETAS La escorrentía superficial a lo largo de la Cancha de Futbol será manejada por cunetas. Las dimensiones de estos dispositivos hidráulicos, variarán de acuerdo a la disposición de los mismos dentro de la geometría de la Cancha de Futbol, la cual se presenta en su mayoría en corte a media ladera. Generalmente, una vez definidas las características de la Cancha de Futbol en los diferentes sectores se procede a seleccionar los tramos que requieren cunetas para drenaje de la misma, sin embargo, en este proyecto por el tipo de pavimento a emplear y solicitud de los diferentes especialistas que intervienen en los estudios, las cunetas se proyectan a ambos lados de la Cancha de Futbol, sin importar si es un tramo en corte, en cajón, media ladera o terraplén. Se ha previsto que las cunetas desagüen a alcantarillas o por medio de descoles que se extienden hasta un punto donde no causen problemas erosivos a la Cancha de Futbol. Para el cálculo de la cuneta en los tramos de corte, según la cartografía disponible, el levantamiento topográfico y lo observado en campo, el ancho del área aferente se considera del orden de 80 m. Este valor corresponde a la mitad de calzada de proyecto más el impluvium. Por facilidad constructiva se adopta la misma sección para todo el proyecto. La sección propuesta es de 0.75 m de ancho, 0.20 m de altura con una inclinación de 3.75H:1V hacia la Cancha de Futbol y bordillo vertical en el talud. (Ver Figura No. 12 y planos de secciones transversales - Volumen II- Estudio de Diseño Geométrico)

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Se calculó el caudal de escurrimiento por el método racional debido a los tamaños de áreas tributarias. El cálculo de caudales se realizó mediante la fórmula racional, el coeficiente de escorrentía para el tramo del K0 + 000 al K21 + 000 se estima como 0.35, ponderando el coeficiente 0.33 correspondiente a pastizales con suelos pesados con pendientes mayores al 7% (ver referencia bibliográfica 9). La intensidad de lluvia correspondiente a tiempo de concentración de 15 minutos (Tc mínimo recomendado para este tipo de estudios) y periodo de retorno de 10 años de las curvas IDF de la Estación seleccionada como representativa para la zona del proyecto, la cual para este tramo del K0 + 000 al K21 + 000 corresponde a la estación de Istmina y condoto, se aclara que se deja la misma estación para todo el tramo ya que las variaciones en las intensidades para Tr = 10 años y Tc = 15 minutos no eran mayores a 5 mm/h. Para el análisis hidráulico de las cunetas, se adopto como criterio el que su capacidad fuera suficiente para evacuar los caudales aportados por la Cancha de Futbol y por las zonas aledañas que drenan hacia ella, para una lluvia con un periodo de retorno de 10 años. El cálculo hidráulico del flujo (lámina llena sin borde libre) se hace teniendo en cuenta la ecuación de Manning para la sección definida.

Para facilidad en el diseño, se incluyen los Cuadros No. 3.3 (K0 + 000 – K21 + 000) donde se indica la longitud máxima entre alcantarillas o descoles para descargar la cuneta de diseño, teniendo en cuenta la pendiente longitudinal de la Cancha de Futbol y las condiciones de precipitación de los tramos sectorizados.

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Finalmente, como criterio de diseño se adopta que en ningún caso en cortes a media ladera o en cajón, se permitirán tramos de cunetas con longitudes mayores a 150 m, evitando tramos excesivamente largos que en algún caso puedan ser interrumpidos por alguna causa, afectando un considerable tramo de la Cancha de Futbol. En el Anexo No. 4 se presentan las cunetas y filtros proyectados, se incluye un listado que contiene la abscisa inicial, abscisa final, longitud, pendiente, costado de localización de cunetas y filtros para el proyecto. 3.5 OBRAS DE CONTROL DE DESCOLES Y ENCOLES. Con el fin de incluir dentro de los diseños hidráulicos, alternativas para el manejo de aguas que por las altas pendientes y tipo de terreno sean susceptibles de erosión en el Anexo 9. Detalles de obras de drenaje, se incluyen planos típicos de las obras a implementar a lo largo del proyecto, las cuales deben ser adecuadas según las condiciones particulares de cada sitio. En el Anexo 14. Diseño de estructuras de vertimiento de aguas en laderas de media a fuerte pendiente, se presenta un aparte de la publicación que resume la investigación realizada por el Ingeniero Fernando Mejía Fernández y la Universidad Nacional de Colombia – Sede Manizales, donde se describen las “Normas de diseño del canal de pantallas deflectoras (D) y del canal de rápidas con tapa y columpio (CRTC)” y se dan los fundamentos teóricos del diseño de estas obras. En medio magnético se incluye el documento completo, que corresponde a la referencia bibliográfica No. 15. 3.6 SUBDRENAJE. Con el objeto de proteger la Cancha de Futbol contra posibles efectos negativos, ocasionados por el flujo de infiltración proveniente de aportes laterales, se propone la construcción de subdrenes debajo de las cunetas en los taludes de corte a media ladera. Teniendo en cuenta las condiciones particulares de la zona en estudio, se proponen filtros a lo largo de todos los taludes de corte. Estos filtros deben ser de 1.00m de altura por 0.60m de ancho, construidos con material granular de acuerdo con la [email protected] Cel. 321 815 5458, Cll 10 Barrio el Silencio Quibdó – Chocó

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norma INVIAS 673 – 07, la cual

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indica que el material drenante deberá estar constituido por partículas con tamaños comprendidos entre el tamiz de setenta y cinco milímetros (3”) y el tamiz de diecinueve milímetros (3/4”), sin requerirse ninguna gradación especial, permitiéndose el uso de fragmentos de un solo tamaño. Las partículas podrán ser angulares o redondeadas o una combinación de ellas. A continuación se presenta el diseño del filtro francés, en el cual se tiene en cuenta el caudal de infiltración y el caudal por abatimiento del nivel freático. De acuerdo con las observaciones de campo se estima que este nivel freático puede subir hasta una cota de - 0.50 m por debajo del nivel de la subrasante. El caudal total aferente al filtro es igual a: Qf = Qnf + Qinf En donde: o Qf: Caudal aferente al filtro, cm3/s. o Qnf: Caudal por abatimiento del nivel freático, cm3/s. o Qinf: Caudal por infiltración, cm3/s. 3.6.1 CAUDAL POR ABATIMIENTO DEL NIVEL FREÁTICO. El caudal por abatimiento del nivel freático es igual a: Qnf = K i Aa En donde: 

 

K: Coeficiente de permeabilidad del suelo adyacente, cm/s. Se selecciona un valor igual a 0.0001 cm/s, correspondiente a un material predominantemente limoso (Tomado de Tabla 1.9. Valores del coeficiente de permeabilidad para varios tipos de suelo. Principios de ingeniería de cimentaciones 5ª Edición. Ed. Thompson, Braja). Podría ser posible que el suelo que drena el filtro sea más impermeable, pero por seguridad (mayor valor de K) se toma este valor. i: Gradiente hidráulico, m/m. Aa: Área efectiva aferente al filtro para el caso de abatimiento del nivel freático, cm2 i = (Nd – Nf)/B

En donde:  

Nd: Cota inferior del filtro necesaria para que el nivel freático no sobrepase la subrasante, m. Se define un valor igual a 1.00 m, congruente con la altura del filtro. Nf: Cota superior del nivel freático. El nivel freático en algunos sectores

Puede encontrarse muy superficial. Tomar 0.50 m por debajo del nivel actual del terreno.  B: Ancho de la semibanca de la Cancha de Futbol, m. Se toma un valor igual a 3.50 m (350 cm) De esta manera: i = (1.0 – 0.5)/3.50 = 0.143 m/m [email protected] Cel. 321 815 5458, Cll 10 Barrio el Silencio Quibdó – Chocó

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Además: Aa = (Nd – Nf) L En donde: 

L: Longitud máxima de recorrido del filtro entre cajas de desfogue, cm. Se selecciona un valor igual a 100 m (10000 cm), correspondiente a la longitud de tramos entre alcantarillas y obras de drenaje que tiene la Cancha de Futbol. Aa = (1.00 - 0.50) * 100 m= 50.0 m2 = 500000 cm2

Finalmente: Qnf = 0.0001 cm/s x 0.143 m/m x 500000 cm2 = 7.15 cm3/s 3.6.2 CAUDAL POR INFILTRACIÓN. El caudal por infiltración es igual a: Qinf = IR B L Fi FR En donde:  IR: Precipitación máxima horaria de frecuencia anual registrada en la zona de proyecto. Usualmente se toma el intervalo entre 60 y 120 min, y se escoge la curva de 5 años. Para la zona del proyecto, por seguridad se toma IR = 88.0 mm/h, correspondiente a la estación de Istmina y condoto, un tiempo igual a 60 min y un periodo de retorno de 5 años. Este valor es igual a 0.0024 cm/s.  B: Ancho de la semibanca de la Cancha de Futbol, m. Es igual al ancho de la Cancha de Futbol dividido por 2.0. Para el ancho de la Cancha de Futbol de 7.0 m, B resulta igual a 3.5 m (350 cm).  L: Longitud del tramo de drenaje, cm. Se selecciona un valor igual a 100 m (10000 cm), correspondiente a la longitud promedio entre alcantarillas y obras de drenaje que tiene la Cancha de Futbol.  Fi: Factor de infiltración, dependiente del tipo de carpeta de la Cancha de Futbol. Igual a 0.67 para carpetas de concreto de cemento portland.  FR: Factor de retención de la capa granular. Refleja el hecho de que la capa granular, dada su permeabilidad, entrega lentamente el agua al filtro. Igual a 1/3 para bases de gradación abierta, en servicio 5 años o más. De esta manera, se tiene: Qinf = 0.0024*350*10000*0.67*(1/3) = 1857.2 cm3/s 3.6.3 CAUDAL TOTAL AFERENTE AL FILTRO. El caudal total aferente al filtro resulta igual a: Qf = 2Qnf + Qinf [email protected] Cel. 321 815 5458, Cll 10 Barrio el Silencio Quibdó – Chocó

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Entonces:

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Qf = 2*7.15 + 1857.2 = 1871.5 cm3/s = 1871.5 l/s 

Dimensionamiento de la Sección Transversal Teniendo el caudal total aferente al filtro Qf, se realiza el siguiente procedimiento, teniendo en cuenta la siguiente ecuación: Qf = V i A

En donde: Qf: Caudal total aferente al filtro, cm3/s. V: Velocidad de flujo dentro del filtro, la cual depende de la pendiente longitudinal y del tamaño del agregado usado en el filtro, cm/s. De acuerdo con la Figura No. 3 del Capítulo No. 5 de la referencia bibliográfica (13). Se tiene material de grava para el filtro. Entrando con una pendiente del 1 %, y tamaño de agregado promedio de ¾” se obtiene una velocidad de 0.313 cm/s. De esta manera, A es igual a: A = Qf / V i A = 1871.5 cm3/s / 0.313 cm/s = 5980 cm2 = 0.598 m2 Además: A = H B' Y: B' = A/H En donde:  H: Altura del filtro, m.  B': Ancho del filtro, m.  Entonces: B' = 0.598/1.0 = 0.598 m Entonces la sección transversal del filtro será de 100 cm x 60 cm (1.00 m x 0.60m), medido por debajo de cuneta de la Cancha de Futbol. Esta sección es eficiente para abatir este caudal generado por subida del nivel freático y por caudal de infiltración. El material de relleno estará constituido por partículas con tamaños comprendidos entre el tamiz de setenta y cinco milímetros (3”) y el tamiz de diecinueve milímetros (3/4”), sin requerirse ninguna gradación especial, permitiéndose el uso de fragmentos de un solo tamaño. Por otro lado, el material del geotextil que conforma el filtro será geotextil NT 3000 Pavco o similar. La longitud de desarrollo del geotextil en su sección transversal corresponde al perímetro más el traslapo, que será de 0.25 a 0.35 m. En la entrega a las cajas de las alcantarillas, dentro del filtro se colocará una tubería perforada PAVCO o similar de diámetro 160 mm, longitud 5 m. [email protected] Cel. 321 815 5458, Cll 10 Barrio el Silencio Quibdó – Chocó

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En Cuadro 3.5 del Anexo No. 4 Cunetas y filtros proyectados se incluye la localización de filtros para el proyecto y en el Anexo 2 Memorias de Cálculo se incluyen los cálculos realizados para determinar las dimensiones de los filtros.

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