Informe Hidrologico Cons. Pte. Retamas-cliza
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CONSULTORIA CONSTRUCCION PUENTE RETAMAS - CLIZA
i
INDICE
1 ANTECEDENTES .................................................................................................................................................. 1
2 METODOLOGA ................................................................................................................................................... 1
3 DESCRIPCIN DEL REA DE ESTUDIO.......................................................................................................... 1
3.1 UBICACIN DE LA CUENCA DEL RO CLIZA ....................................................................................... 1
1.1. PRECIPITACIN PLUVIAL ......................................................................................................................... 2
3.2 CLCULO DE LA PENDIENTE DEL RIO .................................................................................................. 2
3.3 CLCULO DE LA PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA. ..................................................................... 3
3.4 CLCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIN .................................................................................... 3
4 ANLISIS Y RELLENO DE DATOS HIDROMETEOROLGICOS ................................................................. 4
4.1 DATOS RECOPILADOS ............................................................................................................................... 4
4.2 REVISIN DE LA INFORMACIN ............................................................................................................ 4
4.3 ANLISIS DE CONSISTENCIA DE DATOS .............................................................................................. 6
4.4 DETERMINACIN DE LA PRECIPITACIN MEDIA DE LA CUENCA ................................................ 8
4.4.1 Polgonos de Thiessen ............................................................................................................................. 8
5 ANLISIS DE MXIMAS AVENIDAS .............................................................................................................. 9
5.1 DETERMINACIN DE CURVAS IDF ........................................................................................................ 9
5.1 DETERMINACIN DE TORMENTA DE DISEO .................................................................................. 13
5.2 DETERMINACIN DE PARMETROS DEL MODELO HEC-HMS...................................................... 14
5.3 GENERACIN DE CAUDALES ................................................................................................................ 15
5.4 SIMULACION HIDRAULICA .................................................................................................................... 18
5.4.1 Topografa del cauce ............................................................................................................................. 18
5.4.2 MTODO DE CLCULO HIDRULICO FLUVIAL ........................................................................ 19
5.4.3 CLCULO DE PERFILES DE SUPERFICIE DE AGUA .................................................................. 19
5.4.4 RESULTADOS OBTENIDOS ............................................................................................................. 20
6 CONCLUSIONES ................................................................................................................................................ 21
7 ANEXOS .............................................................................................................................................................. 22
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Clculo del tiempo de concentracin cuenca rio Cliza ...................................................................................... 4
Tabla 2 Informacin Recopilada ..................................................................................................................................... 4
Tabla 3 Ecuaciones de los umbrales de datos dudosos ................................................................................................... 5
Tabla 4 Valores de Kn segn el tamao de muestra ....................................................................................................... 5
Tabla 5 Calculo Precipitacion media Anual Metodo polgonos de Thiessen .................................................................. 9
Tabla 6 Coeficientes de desagregacin utilizados en el estudio ................................................................................... 10
Tabla 7 Intensidades de lluvia (mm/h) segn la duracin y frecuencia del evento para Est. Anzaldo ......................... 11
Tabla 8 Periodos de retorno para diferentes estructuras ............................................................................................... 15
Tabla 9 Resumen de resultados obtenidos de la modelacin Tr=100 aos ................................................................... 17
Tabla 10 Coeficientes de Manning ............................................................................................................................... 19
Tabla 11 Resultados simulacin hidrulica ................................................................................................................... 21
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Ubicacin poltica municipio de Cliza ............................................................................................................. 1
Figura 2 Ubicacin cuenca del rio Cliza en imgenes Satelitales Google Earth ............................................................ 2
Figura 3 Perfil longitudinal ro Cliza .............................................................................................................................. 3
Figura 4 Curva doblemente acumulada estacin Anzaldo .............................................................................................. 6
Figura 5 Curva doblemente acumulada estacin San Benito .......................................................................................... 7
Figura 6 Curva doblemente acumulada estacin Arani .................................................................................................. 7
Figura 7 Curva doblemente acumulada estacin Tarata ................................................................................................. 8
Figura 8 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacion Anzaldo ............................................................................ 10
Figura 9 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacion Arani ................................................................................ 11
Figura 10 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacin San Benito ...................................................................... 12
Figura 11 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacin Tarata ............................................................................. 12
Figura 12 Tormenta de diseo Estacin Anzaldo para un periodo de retorno de 100 aos .......................................... 13
Figura 13 Tormenta de diseo Estacin Arani para un periodo de retorno de 100 aos .............................................. 13
Figura 14 Tormenta de diseo Estacin San Benito para un periodo de retorno de 100 aos ...................................... 14
Figura 15 Tormenta de diseo Estacin Tarata para un periodo de retorno de 100 aos ............................................. 14
Figura 16 Simulacin cuenca del rio Cliza software HEC HMS .................................................................................. 16
Figura 17 Resumen de resultados HEC HMS ............................................................................................................... 16
Figura 18 Hidrograma de Salida ................................................................................................................................... 17
Figura 19 Divisin rio Cliza .......................................................................................................................................... 18
Figura 20 Elevacin de la superficie del agua T=100 aos ........................................................................................... 20
Figura 21 Distribucin de velocidades .......................................................................................................................... 20
Figura 22 Vista en 3D de la elevacin de la superficie de agua para T=100 aos ........................................................ 21
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1 ANTECEDENTES
El Municipio de Cliza, se encuentra realizando la consultora Construccin puente Retamas-Cliza.
El mismo que contempla el diseo de un puente vehicular ubicado en la avenida principal que conecta los municipios
de Cliza y Punata por lo que es necesario la elaboracin de un estudio hidrolgico que nos permita conocer los
caudales de avenida, para diferentes periodos de retorno y de esta manera poder determinar el Nivel de Aguas
Mximas en el puente.
2 METODOLOGA
La metodologa elaborada en el presente estudio consisti en tres etapas:
Recopilacin de informacin
Anlisis de la informacin
Procesamiento de datos
3 DESCRIPCIN DEL REA DE ESTUDIO
3.1 UBICACIN DE LA CUENCA DEL RO CLIZA
La cuenca de estudio se encuentra ubicada en el Departamento de Cochabamba, provincia German Jordn, en el
municipio de Cliza es el principal rio que atraviesa esta poblacin, la cuenca del rio Cliza tiene un rea de 493.97
km2
, se caracteriza por ser una cuenca de alta montaa, cuyas aguas se deben en gran parte a deshielos y bofedales,
con un fuerte caudal durante la poca de lluvias. Su elevacin varia de 4117 a 2713 m.s.n.m, en la figura 1 se puede
observar la ubicacin poltica de la cuenca del rio Cliza.
Figura 1 Ubicacin poltica municipio de Cliza
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Figura 2 Ubicacin cuenca del rio Cliza en imgenes Satelitales Google Earth
1.1. PRECIPITACIN PLUVIAL
El periodo lluvioso se observa en los meses de Octubre a Marzo, producindose las precipitaciones ms intensas de
Diciembre a Febrero. El periodo seco comprende los meses entre Abril y Septiembre, observndose una
precipitacin media anual de 423.55 mm.
En la actualidad la cuenca del rio Cliza, se encuentra influenciada por la estaciones pluviomtricas Anzaldo, Tarata ,
San Benito y Arani.
3.2 CLCULO DE LA PENDIENTE DEL RIO
El clculo de la pendiente del rio se realiz utilizando el software ARC GIS, el mismo en el que se defini al cauce
del rio con ms longitud, y se procedi al clculo del perfil del rio.
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Figura 3 Perfil longitudinal ro Cliza
Siguiendo esta metodologa se obtuvo la pendiente media para los diferentes tramos y afluentes del rio Cliza. Este
clculo se realiz utilizando la siguiente expresin:
Dnde:
S: Pendiente media del rio (m/m)
L: longitud total del ro (m/m)
Si: Pendiente del tramo i (m/m)
Li: Longitud del tramo i (m/m)
3.3 CLCULO DE LA PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA.
Para el clculo de la pendiente media de la cuenca se gener, en base a la topografa disponible, un mapa raster de
pendientes de toda la cuenca, y se calcul un promedio ponderado utilizando las herramientas de anlisis estadstico
de mapas raster que ofrece el SIG ARC GIS 10. Ver Anexos.
3.4 CLCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIN
Se entiende por tiempo de concentracin (Tc) de una cuenca el tiempo que le toma a una gota de agua hacer el
recorrido ms largo de la cuenca, es decir, desde el punto ms alejado de la salida de la cuenca hasta el punto de
control o de salida.
Existe en la literatura muchos mtodos para estimar este tiempo de concentracin, uno de los ms utilizados es la
ecuacin de Kirpich:
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(
)
Dnde:
Tc: Tiempo de concentracin (horas)
L: Progresiva (km)
H: Diferencia de cotas (m)
En la Tabla 1 Clculo del tiempo de concentracin cuenca del rio Cliza se presenta el detalle del clculo del Tc.
Tabla 1 Clculo del tiempo de concentracin cuenca rio Cliza
Longitud
(Km)
Desnivel H(m) Tc (h)
Cota de Inicio Cota Final
56.10 3248 2714 534 8.91
4 ANLISIS Y RELLENO DE DATOS HIDROMETEOROLGICOS
4.1 DATOS RECOPILADOS
Para la realizacin de este estudio se recopilaron todos los datos que se detallan a continuacin:
Topografa de la cuenca cada 20m carta IGM.
Informacin de precipitaciones, Segn detalle de la Tabla 2, la ubicacin de las estaciones se presentan en
los Anexos.
Tabla 2 Informacin Recopilada
Tipo Identificacin Periodo Fuente Observacin
Pluvimetro
Tarata 1957-2013 SENAMHI Prec. diarias
San Benito 1966-2013 SENAMHI Prec. diarias
Anzaldo 1943-2013 SENAMHI Prec. diarias
Arani 1956-2014 SENAMHI Prec. diarias
4.2 REVISIN DE LA INFORMACIN
Se realiz la revisin de los datos utilizando el mtodo analtico propuesto por el Water Resources Council (1981),
para la deteccin de datos dudosos.
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Datos dudosos son todos aquellos puntos de la informacin que se alejan significativamente de la tendencia de la
informacin restante y que pueden afectar considerablemente los parmetros estadsticos del registro, especialmente
cuando la muestra es pequea.
Este mtodo utiliza las ecuaciones presentadas en la Tabla 3 para determinar el umbral de datos dudosos altos o
bajos, segn corresponda.
Tabla 3 Ecuaciones de los umbrales de datos dudosos
Umbral alto H n yy y K S
Umbral bajo L n yy y K S
Dnde:
yH , yL: Umbrales alto y bajo respectivamente en unidades logartmicas.
Kn: Es una constante utilizada para pruebas de un lado para un nivel de significancia de 10% en
informacin normalmente distribuida, que se obtiene de la Tabla 4
y : Media de la muestra en unidades logartmicas.
Sy: Desviacin estndar de la muestra en unidades logartmicas.
Tabla 4 Valores de Kn segn el tamao de muestra
Tamao Kn Tamao Kn Tamao Kn Tamao Kn
10 2.036 24 2.467 38 2.661 60 2.837
11 2.088 25 2.486 39 2.671 65 2.866
12 2.134 26 2.502 40 2.682 70 2.893
13 2.175 27 2.519 41 2.692 75 2.917
14 2.213 28 2.534 42 2.700 80 2.940
15 2.247 29 2.549 43 2.710 85 2.961
16 2.279 30 2.563 44 2.719 90 2.981
17 2.309 31 2.577 45 2.727 95 3.000
18 2.335 32 2.591 46 2.736 100 3.017
19 2.361 33 2.604 47 2.744 110 3.049
20 2.385 34 2.616 48 2.753 120 3.078
21 2.408 35 2.628 49 2.760 130 3.104
22 2.429 36 2.639 50 2.768 140 3.129
23 2.448 37 2.650 55 2.804
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Este anlisis fue aplicado a toda la informacin de precipitacin mensual total para descartar cualquier dato dudoso.
En el caso de lluvias mximas, se verific primero la presencia de datos muy bajos. Luego se analizaron los datos
muy altos, pero estos vistos de manera global no tenan un orden de magnitud desproporcionado con relacin a los
dems valores del registro, por lo que se opt por utilizarlos en el estudio de mximas avenidas.
4.3 ANLISIS DE CONSISTENCIA DE DATOS
Para llevar a cabo el anlisis de consistencia se utiliz el mtodo de comparacin doblemente acumulado o curva
doble masa, en el cual se grafica en un eje los valores anuales acumulados de una estacin en estudio y en el otro los
valores acumulados de la estacin, o el acumulado del promedio de las estaciones con las que se quiere comparar.
Este anlisis se llev a cabo comparando cada estacin pluviomtrica con el conjunto de estaciones que servirn de
base para rellenar los periodos de tiempo sin datos, utilizando los periodos con datos comunes. A continuacin se
presenta la curva doblemente acumulada de las estaciones utilizadas.
Figura 4 Curva doblemente acumulada estacin Anzaldo
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Figura 5 Curva doblemente acumulada estacin San Benito
Figura 6 Curva doblemente acumulada estacin Arani
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Figura 7 Curva doblemente acumulada estacin Tarata
Como se puede observar existe un pequeo quiebre de pendiente, sin embargo no se realiz la correccin, y se
procedi a utilizar los datos de la estacin para la generacin de tormentas.
4.4 DETERMINACIN DE LA PRECIPITACIN MEDIA DE LA CUENCA
Para determinar la precipitacin media anual de la cuenca se utiliz el mtodo de polgonos de Thiessen.
4.4.1 Polgonos de Thiessen
Este mtodo consiste en atribuir un factor de peso a los totales de precipitacin en cada estacin proporcionales al
rea de influencia de cada uno. Las reas de influencia estn determinadas por las lneas rectas, equidistantes entre
cada par de estaciones contiguas, interceptadas entre s.
Una vez que se tiene los polgonos de Thiessen se puede aplicar la siguiente expresin para calcular la precipitacin
media de la cuenca.
( )
Dnde:
n: nmero de estaciones.
Pi: precipitacin en el pluvimetro ms cercano.
Ai: rea de influencia correspondiente a cada estacin.
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En los anexos al estudio se presentan los polgonos de Thiessen para las estaciones utilizadas en la cuenca del ro
Cliza. En la Error! No se encuentra el origen de la referencia. se presenta el clculo de la precipitacin media por
el mtodo de los polgonos de Thiessen.
Tabla 5 Calculo Precipitacin media Anual Mtodo polgonos de Thiessen
Estacin P media Porcentaje
cuenca %
P media
mm (mm*%)
Arani 345 15.41 5316.080114
San
Benito 369.9 0.70 257.8729682
Anzaldo 419.7 76.20 31981.15572
Tarata 623.9 7.69 4800.219407
100 423.55
Precipitacin anual media Ponderada 423.55 mm
5 ANLISIS DE MXIMAS AVENIDAS
Las avenidas mximas, son una informacin importante a la hora de realizar el diseo de obras hidrulicas en ros,
como el emplazamiento de puentes ya sea vehicular o peatonal. Este anlisis determinar el caudal mximo en la
zona de emplazamiento del puente.
5.1 DETERMINACIN DE CURVAS IDF
Para determinar las curvas Intensidad-Duracin-Frecuencia (IDF) en la estacin se utiliz como datos bsicos las
lluvias mximas de 24 horas de cada ao, utilizando el ao calendario y sin utilizar ningn coeficiente.
El procedimiento seguido se detalla a continuacin, se ajustaron los datos a la distribucin de Gumbel, reconocida
por su buen comportamiento con datos de lluvias extremas.
Con esto se obtienen valores de profundidad de lluvia con duracin de 24 horas asociadas a distintos periodos de
retorno. Estas profundidades de lluvia (mm) pueden ser convertidas en intensidad (mm/h) dividindolas por su
duracin en horas.
Para poder generar las curvas IDF necesitamos determinar intensidades de lluvia para distintas duraciones y
diferentes periodos de retorno. Al contar solamente con informacin sobre las lluvias de 24 horas de duracin se
necesitan coeficientes de desagregacin que relacionen la intensidad de 24 horas de duracin con duraciones
mayores y menores.
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Existen en la literatura algunos mtodos empricos para establecer estos factores. Por ejemplo Bell y Grunsky
desarrollaron por separado expresiones que permiten obtener estos coeficientes de desagregacin para tiempos
menores de una hora y mayores de una hora respectivamente.
En Bolivia se determinaron coeficientes de desagregacin en diferentes estaciones, en la Tabla 6 se presentan los
coeficientes de desagregacin analizados para este estudio.
Tabla 6 Coeficientes de desagregacin utilizados en el estudio
Relacin Brasil
U.S.
Weather
Bureau
Denver Lhumss AASANA
Cbba
05 min/ 30 min 0,34 0,37 0,42 0,36 0,32
15 min/ 30 min 0,7 0,72 0,75 0,70 0,70
30 min/ 1 Hr. 0,74 0,79
0,78 0,86
1 Hr / 24 Hr 0,42
0,43 0.59* 0,48
6 Hr / 24 Hr 0,72
0.81* 0,72
8 Hr / 24 Hr 0,78
0,82 0,77
10 Hr / 24 Hr 0,82
0,84 0,82
12 Hr / 24 Hr 0,85
0,85 0,87
24 Hr / P Diaria 1,14
1,18 1,04
En este caso se utilizaron los coeficientes de desagregacin de la estacin LHUMSS, debido a que es el pluviografo
ms cercano al rea del proyecto y cuya cuenca de aporte presenta caractersticas similares a la cuenca de estudio.
A continuacin se presenta las curvas IDF obtenidas para las distintas estaciones pluviomtricas.
Figura 8 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacion Anzaldo
1.00
10.00
100.00
1000.00
1 10
Inte
nsi
da
d (
mm
/ho
ra)
Duracin (horas)
CURVAS I-D-F
T=5
T=10
T=25
T=50
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Tabla 7 Intensidades de lluvia (mm/h) segn la duracin y frecuencia del evento para Est. Anzaldo
DURACION DURACION Periodo de retorno
horas minutos 2 10 25 50 100 200
0.08 5 101.74 150.33 174.78 192.91 210.93 217.09
0.17 10 74.25 109.71 127.55 140.78 153.93 177.67
0.25 15 61.37 90.68 105.42 116.36 127.23 154.05
0.33 20 54.49 80.51 93.60 103.31 112.96 136.77
0.42 25 47.60 70.34 81.78 90.26 98.69 119.49
0.5 30 43.24 63.89 74.28 81.99 89.65 108.55
1 60 28.06 41.46 48.20 53.20 58.17 63.11
2 360 6.21 9.17 10.66 11.77 12.86 13.96
3 480 4.72 6.97 8.10 8.94 9.78 10.61
6 600 3.84 5.67 6.60 7.28 7.96 8.64
12 720 3.30 4.88 5.68 6.27 6.85 7.43
24 1440 1.94 2.86 3.33 3.68 4.02 4.36
Figura 9 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacion Arani
1
10
100
1000
1 10
Inte
nsi
da
d (
mm
/hora
)
Duracin (horas)
CURVAS I-D-F
T=5T=10T=25T=50T=100
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Figura 10 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacin San Benito
Figura 11 Curvas Intensidad Duracin Frecuencia Estacin Tarata
1
10
100
1000
1 10
Inte
nsi
da
d (
mm
/ho
ra)
Duracin (horas)
CURVAS I-D-F
T=5
T=10
T=25
T=50
T=100
1
10
100
1000
1 10
Inte
nsi
dad
(m
m/h
ora
)
Duracin (horas)
CURVAS I-D-F
T=5
T=10
T=25
T=50
T=100
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5.1 DETERMINACIN DE TORMENTA DE DISEO
Con el fin de estimar, por medio de una modelacin lluvia-escorrenta, el caudal mximo vinculado a un periodo de
retorno, se requiere elaborar de forma sinttica una tormenta para dicha frecuencia.
Un mtodo ampliamente aceptado es el Llamado de los bloques alternos (Ven Te Chow, et al) en el que, dada una
duracin y una frecuencia, se distribuye la precipitacin de manera uniforme en n intervalos de igual duracin t.
A continuacin se presenta la tormenta de diseo para la cuenca, donde se adopt un promedio en base a informacin
de los comunarios, que atribuyen una duracin de al menos 4 horas en un evento extraordinario, para el presente
estudio se asumi este valor.
Figura 12 Tormenta de diseo Estacin Anzaldo para un periodo de retorno de 100 aos
Figura 13 Tormenta de diseo Estacin Arani para un periodo de retorno de 100 aos
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
T=100 aos
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
T=100 aos
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Figura 14 Tormenta de diseo Estacin San Benito para un periodo de retorno de 100 aos
Figura 15 Tormenta de diseo Estacin Tarata para un periodo de retorno de 100 aos
5.2 DETERMINACIN DE PARMETROS DEL MODELO HEC-HMS
Para realizar la modelacin lluvia-escorrenta de eventos mximos se utiliz el modelo HEC-HMS del Cuerpo de
Ingenieros de Estados Unidos de Norte Amrica.
Este modelo permite escoger entre una variedad de mtodos para la simulacin de cada proceso hidrolgico
considerado. En este caso se utiliz el mtodo de infiltracin del Servicio de Conservacin de Suelos de EUA, que
tiene como parmetro principal el nmero de curva. Para la transformacin de lluvia en escorrenta se utiliz el
hidrograma unitario del SCS.
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
T=100 aos
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
T=100 aos
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Para determinar los parmetros dependientes de la morfologa de la cuenca se utiliz el software HEC-GeoHMS, el
cual trabaja con interface GIS.
Los parmetros utilizados en el presente estudio son pertinentes a la morfologa de la cuenca, uso de suelo, longitud
del cauce principal, etc, los mismos que se muestran en mapas en los anexos.
5.3 GENERACIN DE CAUDALES
Una vez preparada y cargada toda la informacin necesaria en el modelo HEC-HMS, se procedi a simular la cuenca
para generar el caudal resultante de las distintas tormentas de diseo. Cabe mencionar que para el presente estudio se
realiz la modelacin de la tormenta generada para un periodo de retorno de 100 aos, de acuerdo a la siguiente
tabla.
Tabla 8 Periodos de retorno para diferentes estructuras
TIPO DE ESTRUCTURA T (aos)
Drenaje superficial de plataformas 2
Cunetas 5
Zanjas de coronacion 5
Drenaje urbano 2-10
Drenaje de aeropuertos 5
Estructuras de caida 10
Alcantarillas sobre caminos 5-10
Alcantarillas sobre carreteras 20-25
Puentes de tercer orden 20-25
Puentes de segundo orden 25-50
Puente sobre carretera importante 50-100
Puentes de primer orden 100-200
Obras de toma 20-25
Defensivos en rios 20-25
Diques de gaviones 25-50
Presas 500-10000
A continuacin se presenta el esquema de simulacin realizado por medio del software HEC HMS.
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Figura 16 Simulacin cuenca del rio Cliza software HEC HMS
Figura 17 Resumen de resultados HEC HMS
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Figura 18 Hidrograma de Salida
En la figura 17 se observa que el caudal de salida para la cuenca es de 133.33 m3/s, siendo un caudal bastante
elevado debido a las caractersticas de la cuenca y del cauce.
Tabla 9 Resumen de resultados obtenidos de la modelacin Tr=100 aos
Area (km2) Tc(hr) CN Qp (m3/s)
493.97 8.91 64 133.33
Es importante resaltar que el rio Cliza se divide en dos ramales ver figura 19 , de acuerdo a las visitas de campo se ha
observado que el rio Cliza (el que presenta un cauce ms grande) desva hacia su lecho gran porcentaje de las aguas
drenadas por la cuenca en comparacin a su ramal ms pequeo que por fines prcticos se denominara rio Retamas.
Sin embargo por la imprecisin que presentan las cartas IGM no se pudo realizar el reconocimiento de esta divisin
de cauces en el Modelo Digital de Elevacin. En vista a esta problemtica y a falta de estudios preliminares o
campaas de aforos que nos permitan conocer la distribucin de caudales que presenta esta divisin se ha asumido
una situacin crtica en la que la mitad del caudal drenado por la cuenca ser evacuado por el rio Retamas, siendo por
tanto el caudal de diseo de 66.67 m3/s.
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Figura 19 Divisin rio Cliza
5.4 SIMULACION HIDRAULICA
Obtenido los caudales de diseo en condiciones de crecidas ,corresponde el clculo de las caractersticas hidrulicas
que impone dicho caudal en el tramo del rio estudiado y principalmente en la seccin transversal del rio donde ser
emplazada la obra, concretamente esta parte del estudio se centra en la determinacin del nivel de agua mxima
extraordinaria, ancho de tirante, velocidad, nmero de Froude y otros, los cuales han sido calculados con la ayuda de
los programas HEC-RAS 4.1.0, ARC GIS 10.0 y la extensin HEC-GEORAS .
a) Topografa del cauce
Los puntos visados en terreno por parte de la brigada topogrfica han sido trasladados al programa ArcGis para la
generacin de un modelo digital de elevacin en formato TIN de manera de obtener las secciones transversales del
terreno en el sector de anlisis, ver Anexos.
b) Caudales de Diseo en Crecidas
El caudal de diseo en condiciones de crecidas se ha calculado en el punto 5.3 cuyos resultados se muestran en la
Tabla 10.
c) Coeficiente de Rugosidad de Manning
Basado en el documento de Barnes, se procedi a la asignacin de los coeficientes de manning tanto para el lecho
como para las llanuras de inundacin. Ver tabla 10.
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Tabla 10 Coeficientes de Manning
Coeficientes de Manning
LOB CHANNEL ROB
0.035 0.033 0.035
5.4.1 MTODO DE CLCULO HIDRULICO FLUVIAL
Para el clculo de las caractersticas hidrulicas del flujo atravesando el tramo del ro considerado se ha empleado el
mtodo unidimensional de lecho fijo. Considerando la seccin transversal del rio como lecho fijo siendo el caso ms
desfavorable ya que la altura de remanso ser mxima y el poder erosivo mayor. Este mtodo nos permite determinar
los perfiles de la superficie de agua en el tramo de ro considerado para flujo permanente gradualmente variado. La
ecuacin de Cantidad de Movimiento (Momentum) es utilizada en situaciones donde el perfil de la superficie de agua
vara rpidamente. El mtodo permite determinar perfiles de superficie de agua en rgimen de flujo subcrtico,
supercrtico y mixto.
El mtodo est basado en la solucin de la ecuacin unidimensional de la energa. Las prdidas de carga
consideradas son las prdidas por friccin y prdidas por contraccin/expansin.
5.4.2 CLCULO DE PERFILES DE SUPERFICIE DE AGUA
Los perfiles de superficie de agua o curvas de remanso en el tramo del ro considerado se han calculado de una
seccin transversal a otra resolviendo la ecuacin de la energa mediante un procedimiento iterativo llamado
mtodo del paso estndar. La ecuacin de la energa se escribe como sigue:
Donde:
z1,z2: Elevacin respecto a la cota de referencia
y1,y2 : tirantes de agua
a1,a2: Factores de distribucin de velocidad
V1 ,V2: velocidades en las secciones
he: prdidas de carga
|
|
L: Longitud del tramo analizado
: Pendiente de friccin
C: coeficiente de prdidas por contraccin y expansin.
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5.4.3 RESULTADOS OBTENIDOS
La simulacin en el programa ha permitido obtener en la seccin transversal correspondiente al emplazamiento del
puente Retamas los resultados mostrados en la Tabla 11 y en las Figuras 20 a Figura 22.
Figura 20 Elevacin de la superficie del agua T=100 aos
Figura 21 Distribucin de velocidades
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Figura 22 Vista en 3D de la elevacin de la superficie de agua para T=100 aos
Tabla 11 Resultados simulacin hidrulica
Periodo
de
retorno
Caudal
(m3/s)
Velocidad
(m/s)
Ancho
del
espejo
de agua
(m)
Profundidad
de agua (m)
Elevacin
agua
(m.s.n.m)
Nmero
Froude
100 aos 66.67 1.71 21.94 2.57 2742.32 0.23
6 CONCLUSIONES
El estudio ha sido estructurado en dos partes: Hidrologa e Hidrulica Fluvial. En el captulo de hidrologa se ha
determinado los caudales en condiciones de crecidas para diferentes periodos de retorno como tambin los caudales
medios mensuales utilizando informacin de precipitacin histrica existente en la zona y que es monitoreada por el
SENAMHI.
En el captulo de Hidrulica Fluvial se ha calculado las caractersticas hidrulicas del flujo que imponen los caudales
al atravesar las secciones transversales del rio en el sector de estudio. En cada uno de estos captulos se ha presentado
los datos bsicos, los parmetros elegidos para el diseo, la caracterizacin de variables hidrolgicas e hidrulicas,
metodologas de clculo, software empleado, respaldos bibliogrficos, etc, los cuales justifican y fundamentan las
conclusiones y recomendaciones emitidas a continuacin.
Los parmetros hidrolgicos, hidrulicos fluviales mencionados arriba nos proporcionan un marco de referencia para
la toma de decisiones. De manera que se puede establecer que el nivel de riesgo al que se encuentra el lugar de
emplazamiento proyectado para el puente vehicular, es riesgo moderado, ya que el estudio esta siendo considerado
para las condiciones ms crticas.
Se recomienda utilizar en el diseo los resultados correspondientes a 100 aos de periodo de retorno. Los cuales son
los siguientes:
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Caudal de crecida para el rio Retamas: 66.67 m3/s
Velocidad de flujo: 1.71 m/s
Nivel de aguas mxima extraordinaria: 2742.32m.s.n.m
Profundidad mxima de flujo: 2.57 m
Flujo subcrtico: 0.23
7 ANEXOS