Estudio Hidrologico Pte San Lorenzo 69323h

ESTUDIO HIDROLÓGICO

ESTUDIO HIDROLOGICO PUENTE CANCHA ARROYO

Bolivia Ingenieros Asociados BIA SRL NOVIEMBRE DEL 2014

PROYECTO A DISEÑO FINAL: ESTUDIO A DISEÑO FINAL PROYECTO: “CONST. PUENTE VEHICULAR CANCHA ARROYO (CAPINOTA)”

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““CONSTRUCCIÓN PUENTE CANCHA ARROYO (CAPINOTA)”

Contenido

1.

INTRODUCCIÓN............................................................................................. 3

2.

PARÁMETROS BÁSICOS PARA EL ESTUDIO HIDROLÓGICO......................3

3.

ANÁLISIS HIDROLÓGICO.............................................................................. 4

3.1

Análisis hidrológico adoptado....................................................................4

3.3

Determinación de crecidas máximas........................................................7

3.3.1

Crecidas máximas Puente vehicular Cancha Arroyo ( Capinota)

(Villa Tunari)........................................................................................................... 7 3.3.3. Crecidas máximas para diferentes periodos de retorno....................16 

Hidrogramas de crecidas para diferentes periodos de retorno.............16

4. ANALISIS HIDRAULICO.-..................................................................................17 4.1 Simulación Del Río "Tramo De Emplazamiento".-.................................17 4.2.- Análisis de Erosión en Estribos.-..........................................................20 4.3.-

CONCLUSIONES.-..................................................................................22

ESTUDIO A DISEÑO FINAL PROYECTO: “CONST. PUENTE VEHICULAR CANCHA ARROYO (CAPINOTA)”

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ESTUDIO HIDROLÓGICO - HIDRAULICO “CONSTRUCCIÓN PUENTE VEHICULAR CANCHA ARROYO ( CAPINOTA)” CAPINOTA)”

1.

INTRODUCCIÓN

La zona de interés, se encuentra en la localidad de Villa Tunari provincia Chapare del Departamento de Cochabamba, la zona de emplazamiento del puente vehicular se encuentra localizada en el rio Cancha Arroyo próximo a la comunidad de Cancha Arroyo. Antes de proceder a realizar el análisis hidrológico e hidráulico de la cuenca de aporte, se presenta los parámetros generales que serán utilizados en dicho estudio. 2.

PARÁMETROS BÁSICOS PARA EL ESTUDIO HIDROLÓGICO.

2.1

Fuente de información

Para el presente estudio se tuvo a información meteorológica de una estación ubicada en cercanías de la zona de proyecto, más específicamente a la estación de Villa Tunari. Para las características hidromorfologicas así como las características topográficas de la cuenca en estudio se ha utilizado dos cartas IGM-3837 Correspondiente a Villa Tunari. Cuadro 1:

Características de la estación meteorológica de Chipiriri

Estación

Lat. Sud :

Long. Oeste :

Elevación [msnm]

Chipiriri

16° 52´24”

65°28´58”

260


Periodo de registro Precipitación 1974-2011

Numero de Años 21 Página 3


2.2

Estación adoptada para el estudio hidrológico

Debido a que la estación de Chipiriri es la más cercana a la zona de proyecto asemejándose en características hidrometereológicas y al no contar con datos hidrometereológicos en la zona de proyecto, se adoptan los datos de dicha estación para llevar adelante el presente estudio hidrológico, en el cuadro 2, se presenta la información hidrológica (precipitaciones máximas diarias anuales) de la estación metereológica Chipiriri. Cuadro 2: Precipitaciones máximas diarias anuales Estación metereológica Chipiriri Año de registro

1974 1975 1976 1979 1988 1989 1994 1995 1996 1998 1999 2000

Precipitación (mm)

201.50 96.00 160.00 157.10 218.20 173.20 250.00 229.00 158.00 180.00 350.0 160.0

Año de registro

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2009 2010 2011

Precipitación (mm)

212.0 158.7 183.0 156.0 212.0 209.0 240.1 160.1 140.0

Fuente: Servicio Nacional de Meteorología

3.

ANÁLISIS HIDROLÓGICO

3.1

Análisis hidrológico adoptado.

Para la estimación de los caudales, se ha adoptado el método del Servicio de Conservación de Suelos, SCS, 1957 de los Estados Unidos de Norte América, con un periodo de retorno de 100 años que es el recomendable para obras de drenaje ESTUDIO A DISEÑO FINAL PROYECTO: “CONST. PUENTE VEHICULAR CANCHA ARROYO (CAPINOTA)”

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mayor. El SCS provee información que relaciona el tipo de grupo de suelo con un determinado número de curva en función de la cobertura vegetal, tipo de uso de suelo y condiciones antecedentes de humedad. La pérdida de precipitación es calculada basada en los valores de CN, Intensidad I y área colectora de la microcuenca A, los parámetros que son relacionados para calcular el caudal de escurrimiento de acuerdo a las siguientes expresiones: Qp = ( P - IA )2 / ( P - IA + S ) IA = 0.2 * S S = 1000 / CN - 10 Q = Qp * A donde: Qp: lámina de precipitación en exceso, mm. por hora P:

lámina de precipitación total, mm. por hora.

A:

área colectora de escurrimiento, kilómetros cuadrados.

D:

duración del evento, segundos.

CN: número de curva, mm. por hora S: I: Q: 3.2

parámetro de cálculo Intensidad del evento, mm por hora. caudal de escurrimiento, metros por segundo. Características morfométricas de las micro cuencas en estudio.

Para poder hacer una buena estimación de los caudales de crecidas, se ha adoptado ciertas características morfométricas en base a cartas del Instituto Geográfico Militar (IGM) visitas de campo, las cuales se resumen en el cuadro 3. Cuadro Nº 3.- Características morfométricas de la cuenca de influencia para el Puente Cancha Arroyo ( Capinota) . Microcuenca en Nro. Longitud del estudio Polígon cauce principal os (Km)

Area Cuenca (A) en


Pendie nte cauce

Número de curva (CN)

Perdidas iniciales (IA) en

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(Km²) Micro cuenca Puente Vehicular Cancha Arroyo ( Capinota)

1

3.46

2.11

(%) 5.55

(mm) 65

6

Fuente: Elaboración propia, noviembre 2014 en base a estimaciones .


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3.3

Determinación de crecidas máximas

3.3.1 Crecidas máximas Puente vehicular Cancha Arroyo ( Capinota) (Villa Tunari) Precipitaciones máximas diarias para diferentes periodos de retorno


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Desagregación de la precipitación máxima diaria

Curvas precipitación – duración – frecuencia y Intensidad – duración frecuencia


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Tiempo de concentración de la cuenca

Duración e intervalo de la tormenta de proyecto


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Tormenta de proyecto para diferentes periodos de retorno

Hidrogramas de las tormentas de proyecto


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Página 11


Precipitación efectiva para diferentes periodos de retorno

Hidrogramas de las precipitaciones efectivas


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Página 13


3.3.2 Determinación del caudal unitario


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Crecidas para diferentes periodos de retorno


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3.3.3. Crecidas máximas para diferentes periodos de retorno

 Hidrogramas de crecidas para diferentes periodos de retorno


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4. ANALISIS HIDRAULICO.4.1 Simulación Del Río "Tramo De Emplazamiento".El cálculo de velocidades, niveles de agua para distintos periodos de retorno y la verificación del comportamiento del Río con referencia a la estructura ya emplazada, es realizada en base a la modelación y análisis de los resultados de niveles máximos de flujo, obtenidos a través del programa "River Análisis Sytem" (HEC-RAS), a partir de simulaciones hidráulicas de flujo pemanente de todo el sistema. A través de los trabajos de planimetría, se ha obtenido una serie de secciones tanto aguas arriba como aguas abajo de la sección identificada para el emplazamiento de la estructura, tal como se muestra en la figura 4.1 y 4.2.

Figura 4.1.- Datos Planimetría

Figura 4.2.- Datos Introducidos al Modelo


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Al modelo se introduce todas las características del puente como ser su longitud, alto, altura de revancha, ubicación en la sección correspondiente, etc. De esta manera se ha procedido a realizar la modelación del sistema tal como se muestra en la figura 4.3.

Figura 4.3.- Vista en 3D de la forma de Modelación

De esta forma se ha logrado simular los caudales que pasan a través del puente para los distintos periodos de retorno que se tiene. Se ha logrado establecer que bajo estas condiciones, el nivel máximo que alcanza con un caudal de 38.80 m3/s para un Tr=100 es de 198.515 msnm y el mismo que tiene unos centímetros de variación de los niveles observados en campo (niveles máximos observados) teniendo esa diferencia por fluctuación del nivel de aguas, este nivel extraordinario presenta una velocidad en la sección del puente de 1.78m/s. ESTUDIO A DISEÑO FINAL PROYECTO: “CONST. PUENTE VEHICULAR CANCHA ARROYO (CAPINOTA)”

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Figura 4.4.- Sección Transversal del Puente y el Río, Niveles de Flujo para Tr=100

Cuadro 4.1.- Resultado del Análisis para una Tormenta de Tr=100


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Posterior al análisis hidráulico, se puede apreciar que el río en este sector presenta velocidades relativamente baja considerando el caudal que transporta, estas velocidades son bajas en el río debido a su pendiente, según los levantamientos topográficos en 220m se tiene una diferencia de alturas de aproximadamente 0.88m (Ver figura 4.5), lo que genera una pendiente de 0.004m/m, logrando hacer entrar al río en un flujo Subcritico Fr<1.

Figura 4.5.- Perfil Longitudinal del Río,Con niveles de Flujo

4.2.- Análisis de Erosión en Estribos.La erosión local en estribos de puentes es una función del tamaño del material del lecho, las características del flujo, las propiedades del fluido y la geometría del pilar. ESTUDIO A DISEÑO FINAL PROYECTO: “CONST. PUENTE VEHICULAR CANCHA ARROYO (CAPINOTA)”

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Se ha modelado paralelamente en el Programa HEC-RAS la erosión que se generara bajo las condiciones establecidas con los datos de entrada y los resultados generados por el programa. El programa utiliza la Ecuación del CSU (Colorado State University), esta ecuación predice las profundidades máximas de erosión del estribo para tipos de erosión: por lecho vivo y con aguas claras. La ecuación es:

Ys  2.0 * K1* K 2 * K 3 * K 4 * a  * Y 1 * Fr1 Donde: Ys= K1= K2= K3= K4= a= Y1= Fr1=

Profundidad de Erosión Factor de Forma. Factor por el ángulo Factor por el lecho Factor de acorazamiento del lecho Ancho del pilar Tirante Numero de Froude

Se ha logrado establecer bajo los parámetros anteriormente establecidos que la máxima profundidad de erosión que se genera en estribo derecho (lado norte) es de Ys=1.92 mts. y en estribo izquierdo (lado sud) es de Ys=0.00 mts, con las características geometrías descritas del puente. (ver Figura 4.6).


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Figura 4.6.- Predicción de la Profundidad de Socavación total en la Estribos Figura 4.6

4.3.- CONCLUSIONES.A la conclusión del presente estudio, se establece que:



El caudal Pico para el proyecto " CONSTRUCCIÓN ONSTRUCCIÓN PUENTE VEHICULAR CANCHA ARROYO ( CAPINOTA)” CAPINOTA)” es de 38.80 m3/s, que tiene una frecuencia de 100 años de periodo de retorno, con este caudal y las condiciones establecidas del puente se estima una elevación del tirante hidráulico H=198.515 m.s.n.m., generando una velocidad de 1.78 m/s, y una revancha al borde inferior de viga de 2.00m.



Se ha logrado establecer bajo los parámetros anteriormente establecidos que la máxima profundidad de erosión que se genera en estribo derecho (lado norte) es de Ys=1.92 mts y en estribo isquierdo (lado sud) es de Ys=0.00 mts. con las características geometrías descritas del puente. .



Se aconseja realizar obras de protección del cauce del río donde se encuentra ubicados los estribos de una posible erosión que a futuro pueda afectar a los estribos.


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