PUENTE SOBRE EL RIO CHAMBIRA

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ESTUDIO HIDROLOGICO

31.GENERALIDADES

42.NORMAS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS

43.ALCANCE Y OBJETIVOS

44.METODOLOGIA CALCULO Y DISEO

55.INFORMACION DISPONIBLE.

55.1.INFORMACION CLIMATOLOGICA

65.2.INFORMACION HIDROLOGICA

65.3.ESTUDIOS CONSULTADOS

65.4.OTRAS FUENTES DE INFORMACIN:

66.RED HIDROGRAFICA Y CONDICIONES DE DRENAJE

66.1.PARMETROS FSICOS MORFOMTRICOS

77.CARACTERIZACIN CLIMTICA

77.1.PRECIPITACIN

8VARIACIN ESTACIONAL

9VARIACIN INTERANUAL

9VARIACIN ALTITUDINAL

107.2.LLUVIAS INTENSAS

127.3.TEMPERATURA

138.CARACTERIZACION HIDROLGICA CAUDALES MXIMOS

138.1.METODOLOGA

158.2.DETERMINACIN DE PARMETROS PARA LA APLICACIN DEL MODELO PRECIPITACIN ESCORRENTA

15DETERMINACIN DEL NMERO DE CURVA (CN)

168.3.CAUDALES MXIMOS

16MTODO DEL HIDRO-1

18MTODO RACIONAL

208.4.HIDRULICA DEL CAUCE

219.ESTUDIO DE SOCAVACION

279.1.ANALISIS DE LA GRANULOMETRIA DEL CAUCE.

279.2.SOCAVACIN GENERAL

289.3.SOCAVACION LOCALIZADA

2910.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

2910.1.CONCLUSIONES

3110.2.RECOMENDACIONES

LISTA DE TABLAS

6Tabla No. 1. Estaciones cercanas a la zona de influencia

7Tabla No. 2. Parmetros Fsicos de la Cuenca

9Tabla No. 3. Precipitacin en la altura media de la cuenca

11Tabla No. 4. Relaciones Intensidad-Duracin-Frecuencia Estacin Arajuno

14Tabla No. 5. Ecuaciones de Intensidad de Lluvia, Estacin Arajuno

15Tabla No. 6. CN ponderado de la cuenca

15Tabla No. 7. Precipitaciones Mximas Totales para el tiempo de concentracin

18Tabla No. 8. Caudales Mximos

19Tabla No. 9. Caudales Mtodo Racional

30Tabla No. 10. Resumen resultados modelacin hidrulica en el eje del puente

30Tabla No. 11. Resumen caractersticas Cuenca de drenaje

LISTA DE FIGURAS

3Figura No. 1 Ubicacin del Proyecto Puente sobre el Ro Chambira

7Figura No. 2 Cuenca Hidrogrfica Chambira

8Figura No. 3 Variacin Estacional de la Precipitacin Baeza

8Figura No. 4 Variacin Estacional de la Precipitacin El Puyo

9Figura No. 5 Variacin Interanual de la Precipitacin

10Figura No. 6 Variacin Altitudinal de la Precipitacin

12Figura No. 7 Relaciones Intensidad-Duracin-Frecuencia

13Figura No. 8 Variacin Estacional de la Temperatura Estacin El Puyo

16Figura No. 9 Esquema de Lluvia Unitaria a ser aplicada

PUENTE SOBRE EL RIO CHAMBIRA1. GENERALIDADESEntrando desde abscisa 31+580 del carretero Puyo - Tena, al costado izquierdo de la va, se recorre 1 km hasta el ro Chambira. En este sitio se proyecta construir un puente de 18m de luz. El ro debe ser encauzado. Actualmente no existe puente, el camino contina aproximadamente 1 Km y termina en el ro LLandia, sin que exista poblacin en este tramo.

El estudio hidrolgico de la cuenca del ro Chambira y estudio hidrulico del puente sobre el mencionado ro constituyen partes fundamentales para el diseo del puente, mediante sus resultados de caudales de crecida con las caractersticas hidrulicas, socavacin mxima, etc.; se hacen recomendaciones para la implantacin, niveles de cimentacin y proteccin del puente ante la accin de la corriente.El proyecto se encuentra ubicado en la Provincia de Pastaza, Cantn Santa Clara, se halla ubicado en la abscisa 31+580 del carretero Puyo - Tena, al costado izquierdo de la va, se recorre 1 km hasta el ro Chambira, sus coordenadas geogrficas son: latitud 9856750, longitud 177500.

Figura No. 1 Ubicacin del Proyecto Puente sobre el Ro Chambira2. NORMAS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS

El presente estudio se desarrollar dentro de las Especificaciones Tcnicas para Caminos y Puentes establecidas por el MOP, para este tipo de proyectos, adems los mtodos y recomendaciones establecidos en la bibliografa especializada.3. ALCANCE Y OBJETIVOS El alcance del estudio est limitado a determinar los parmetros hidrolgicos-hidrulicos necesarios para el diseo y construccin del puente.

Determinar las condiciones hidroclimatolgicas del sector, en el cual se encuentra emplazado el proyecto.

Determinar los caudales mximos, de estiaje y los correspondientes niveles de agua en la zona del cauce.

Analizar la posible sedimentacin o socavacin del cauce.

Definir la luz necesaria de la estructura a proyectar.

Definir el glibo necesario de la obra proyectada.

Analizar la necesidad de disear obras de proteccin.

4. METODOLOGIA CALCULO Y DISEOReconocimiento y localizacin de la zona de implantacin del puente

Recopilacin de la informacin: Carta Topogrfica Santa Clara, proporcionada por el IGM, escala 1: 50.000 CT-OIV-A3, 4090-III. Anuarios del Instituto Nacional de Meteorologa e Hidrologa del Ecuador (INAMHI), Climatologa e Hidrologa, informacin hidrometeorolgica general , especficamente los anuarios meteorolgicos, hidrolgicos y los estudios de intensidades. (Estaciones existentes dentro de la cuenca en estudio). Mapa de Isolneas de precipitaciones de La Repblica del Ecuador. Mapa de Suelos (taxonoma). Levantamiento topogrfico a escala 1:500 de la zona del proyecto, (levantamientos en las secciones de inters). Archivo fotogrficoCaracterizacin de las cuencas en estudio

Determinar las caractersticas fluviomtricas del ro y de la cuenca hidrogrfica en la zona donde se implantar el proyecto.

Determinacin de los niveles de crecida y de caudales.

Se har una prediccin de los caudales en el sitio de la obra, con dichos datos y la curva de descarga se determinarn los niveles de crecida.

Socavacin General

Se determinar la socavacin usando el mtodo de Lischtvan-Lebediev. Al aplicar la frmula de Lischtvan-Lebediev para cada punto de la seccin transversal del sitio de emplazamiento se obtiene la altura de socavacin general de toda la seccin.

Modelacin HEC-RAS

Con los caudales y secciones transversales del ro se modelar con flujo permanente el comportamiento del cauce con la implantacin de un puente en dicha seccin.

Conclusiones y Recomendaciones Las obtenidas en el estudio y diseo.5. INFORMACION DISPONIBLE.5.1. INFORMACION CLIMATOLOGICA Se toma informacin climatolgica de estaciones localizadas en sitios cercanos a la cuenca, debido a que la zona en estudio es una micro cuenca del ro Napo se tomo informacin de la parte alta de dicha cuenta, las variables a ser consideradas fueron: Precipitacin mensual acumulada;

Precipitacin mxima en 24 horas, mensual;

Temperatura media mensual del aire;

Temperatura mxima absoluta mensual; y,

Temperatura mnima absoluta mensual;

Evaporacin media mensual

Humedad relativa

Las estaciones localizadas al interior o en las inmediaciones de la cuenca en estudio constan en la Tabla siguiente:.

ESTACIONCODIGOALTITUDLATITUDLONGITUD

SAN RAFAEL - NAPOM2051353005'13"N7734'34"W

PUYOM008950130'27"S7756'38"W

RIO SALADOM2081310012'00"S7739'00"W

LA BONITAM6981900010'00"N7730'00"W

BAEZA

CUYUJAM215

M4361925

2380037'34"S

005'00"S7751'57"W

7802'58"W

Tabla No. 1. Estaciones cercanas a la zona de influenciaEstaciones Meteorolgicas

La disponibilidad de datos de cada estacin vara, incluso dependiendo del tipo de variable evaluada; de estas estaciones las mas cercanas a la cuenca son: Baeza (M215) y Puyo (M008).

5.2. INFORMACION HIDROLOGICA

Para efecto del presente estudio no se dispuso de informacin hidrolgica, ya que las estaciones hidromtricas ubicadas al interior y exterior de la cuenca no disponen de datos representativos.5.3. ESTUDIOS CONSULTADOS

Se analizaron los siguientes informes tcnicos:

INAMHI, 1999. Estudio de Lluvias Intensas.

5.4. OTRAS FUENTES DE INFORMACIN: Anuarios Meteorolgicos 1961 2005;

Anuarios Hidrolgicos 1961 2005;

6. RED HIDROGRAFICA Y CONDICIONES DE DRENAJEEs una microcuenca correspondiente a la parte alta de la cuenca del Ro Llandia, el cual a su vez es un afluente del Ro Napo.6.1. PARMETROS FSICOS MORFOMTRICOSEn la tabla No.2, se presentan las caractersticas fsicas de la cuenca hidrogrfica hasta el sitio de implantacin del puente Chambira.

Figura No. 2 Cuenca Hidrogrfica ChambiraPARAMETROSCuenca Chambira

Area (km)0.66

Permetro (km)4.49

Longitud del Cauce Principal (km)1.70

Kc (sin unidades)1.46

Pendiente media Cauce (m/m)0.02

Pendiente media Cuenca (m/m)0.29

Elevacin media Cuenca925.44

Tabla No. 2. Parmetros Fsicos de la Cuenca

La cobertura vegetal existente en la zona corresponde: La parte superior de la cuenca se encuentra en el rea de pasto cultivado, en el tramo medio y bajo se aprecian desarrollos cultivos de zona clida.

7. CARACTERIZACIN CLIMTICALa Caracterizacin del Clima se sustenta en los valores medios y extremos mensuales y anuales de precipitacin y temperatura. 7.1. PRECIPITACINPara lograr una mayor representatividad de la informacin sobre precipitacin se consider principalmente las estaciones:

M485, Baeza. Estacin representativa de la parte alta de la Cuenca, sitio cercano a la zona de implantacin del puente.

M008, El Puyo. Estacin cercana de la parte baja de la cuenca.

VARIACIN ESTACIONAL En las Figuras 3 y 4 se muestra la variacin estacional de la precipitacin: Se observa la variacin de precipitacin es unimodal teniendo como valores mximos en los meses de marzo a julio.

Figura No. 3 Variacin Estacional de la Precipitacin Baeza

Figura No. 4 Variacin Estacional de la Precipitacin El PuyoVARIACIN INTERANUAL La Figura 4 muestra la variacin interanual de la precipitacin, tratada con valores anuales para las dos estaciones. La tendencia que se presenta es de cierto decrecimiento de las lluvias anuales, principalmente en el perodo 1984-1990.

Figura No. 5 Variacin Interanual de la PrecipitacinVARIACIN ALTITUDINALEn la Figura 6 se destaca la variacin de la precipitacin con la altitud en valores medios anuales.Con lo que se puede establecer la precipitacin media anual para la cota media de la cuenca Chambira.PUNTOP(mm)Alt (msnm)

CHAMBIRA4724925.44

Tabla No. 3. Precipitacin en la altura media de la cuenca

Figura No. 6 Variacin Altitudinal de la Precipitacin7.2. LLUVIAS INTENSAS

El clculo de las intensidades mximos se realiz en base al estudio de lluvias intensas (INAMHI, 1999); el modelo establece relaciones funcionales entre la intensidad mxima, la duracin, el perodo de retorno y la intensidad de precipitacin mxima diaria, a travs de la relacin siguiente.

En donde: ITr = Intensidad de precipitacin mxima, con perodo de retorno Tr, (aos);

a, b = parmetros de la relacin, (sin unidades);

T = duracin de la precipitacin, (min);

Tr = perodo de retorno, (aos); y,

IdTr = intensidad diaria de precipitacin, (mm/h).

La cuenca hidrogrfica en estudio se localiza en la zona 29, definida por el INAMHI para el estudio de las lluvias intensas. Las intensidades mximas diarias (Id,Tr) se determinan de los mapas correspondientes, en funcin del perodo de retorno, y con las ecuaciones de intensidad duracin y frecuencia de la estacin Arajuno.Por tanto los valores de IdTR usados para la determinacin de intensidades corresponden a la estacin Arajuno M494 que se encuentra cerca de la zona del proyecto y sealan ms adelante en la tabla No.5. y se aprecian Anexo 1. En la Tabla 4 se incluyen los valores de intensidades en funcin de la duracin de la lluvia y el perodo de retorno. Tiempo de retorno5102550100

Tiempo (min)Intensidad (mm/h)

5136.42157.41162.66162.66183.64

10106.82123.25127.36127.36143.79

2083.6496.5199.7299.72112.59

6049.5057.1159.0159.0166.63

8040.3546.5548.1148.1154.31

20021.0424.2825.0925.0928.32

21020.3223.4524.2324.2327.36

22019.6622.6923.4423.4426.47

24018.4821.3322.0422.0424.88

26017.4620.1520.8220.8223.51

28016.5719.1219.7519.7522.30

30015.7718.2018.8118.8121.23

35014.1416.3116.8616.8619.03

40012.8614.8415.3315.3317.31

45011.8313.6514.1014.1015.92

7008.649.9710.3010.3011.63

8007.869.079.379.3710.58

9007.238.348.628.629.73

10006.717.748.008.009.03

11006.277.237.477.478.44

12005.896.807.027.027.93

13005.576.426.646.647.49

14405.185.976.176.176.97

15005.035.805.995.996.77

Tabla No. 4. Relaciones Intensidad-Duracin-Frecuencia Estacin ArajunoLa Figura 7 muestra las curvas intensidad, duracin y perodo de retorno (5, 10, 25, 50, 100), que son representativas de la cuenca del ro Chambira hasta la zona de implantacin del proyecto.

Figura No. 7 Relaciones Intensidad-Duracin-Frecuencia7.3. TEMPERATURA

La temperatura se analiz en funcin de los registros de la estacin Meteorolgica El Puyo (M007), ubicada en las inmediaciones de la cuenca.

La Figura 8 muestra la variacin estacional de la temperatura media, mxima y mnima Absoluta. Las mximas temperaturas para este sitio fluctan entre 21 C y 22 C, en tanto que las temperaturas mnimas estn en el rango 18 C Y 20 C. En tanto, la temperatura media al interior del ao vara entre 19 C y 20 C. En general se concluye que no existe variacin importante de la temperatura al interior del ao en la estacin (menor a 2 C); mas s es considerable la variacin altitudinal de las temperaturas medias y extremas.

Figura No. 8 Variacin Estacional de la Temperatura Estacin El Puyo8. CARACTERIZACION HIDROLGICA CAUDALES MXIMOS8.1. METODOLOGA Debido a que no se dispone de informacin suficiente acerca de caudales mximos instantneos para la cuenca del ro, no se puede utilizar ningn mtodo estadstico probabilstica, para el clculo de caudales mximos con perodo de retorno asociado en la cuenca en mencin.

En base al Informe "Clculo de Intensidades de Lluvia para el Diseo de Obras de Drenaje", del Instituto Nacional de Meteorologa e Hidrologa (INAMHI), de 1999, cuya informacin es plenamente justificada para los objetivos planteados en el estudio.

El estudio de lluvias intensas, constituye un anlisis basado en conceptos de regionalizacin, se determinaron las relaciones intensidad - duracin perodo de retorno (frecuencia), cuyos resultados se describen a continuacin.

Segn este estudio la zona de inters que comprende la cuenca del ro Chambira se encuentra ubicada en la zona 29 de la regionalizacin propuesta por el INAMHI tal como se aprecia en el Anexo 2. En la Tabla No. 5, se muestran las ecuaciones intensidad duracin perodo de retorno de la estacin Arajuno, cercana a la zona del proyecto.

El rango de perodos de retorno considerados va desde 5 hasta 100 aos, aspecto que permite generar hidrogramas de crecidas para diferentes condiciones de frecuencia y sustentar adecuadamente la toma de decisiones referentes al diseo de obras.

PERIODO DE ECUACIONESIdTR,

RETORNO5 min < t < 120 min120min < t < 1440mm

5I=240.74t -0.3529I=907.71t-0.71055.20

10I=277.78t -0.3529I=1047.36t-0.71056.00

25I=287.04t -0.3529I=1082.27t-0.71056.20

50I=300.92t -0.3529I=1134.64t-0.71056.50

100I=324.07t -0.3529I=1221.92t-0.71057.00

Tabla No. 5. Ecuaciones de Intensidad de Lluvia, Estacin ArajunoPara cumplir con el objetivo dispuesto y en consideracin de la informacin disponible, se detalla a continuacin la metodologa utilizada:

Se establecen perodos de retorno para el clculo de las intensidades de la lluvia, de 50 y 100 aos.

La determinacin de los caudales mximos para el ro, se sustenta en la aplicacin del modelo precipitacin escurrimiento HIDRO-1. Este modelo permite obtener adems de los caudales pico, los volmenes de escurrimiento con la duracin de las crecidas. Se determinan los caudales mximos por el Mtodo Racional.El desarrollo de la metodologa exige el cumplimiento de las siguientes actividades, que ya han sido desarrollados en otros acpites tales como:

Conformacin del mapa base y localizacin del punto de inters en la carta topogrfica 1:50.000.

Delimitacin de la cuenca y determinacin de las caractersticas fsicas de las cuencas de drenaje para las secciones de inters.

Obtencin de la base de datos hidromtricos

Evaluacin de las relaciones intensidad-duracin-perodo de retorno;

Determinacin de los caudales mximos para las secciones de inters, y,

Aplicacin del modelo HIDRO-1

8.2. DETERMINACIN DE PARMETROS PARA LA APLICACIN DEL MODELO PRECIPITACIN ESCORRENTADETERMINACIN DEL NMERO DE CURVA (CN)Para la eleccin del valor numrico del coeficiente de escorrenta se toma en cuenta las caractersticas fsicas de la cuenca, adems de las siguientes caractersticas del terreno:

Relieve

Permeabilidad

Cobertura vegetal, y

Capacidad de almacenamiento de agua.

En base a la aplicacin de modelos SIG, se puede calcular las coberturas de uso de suelo y tipo de suelo. Complementariamente a esto, es necesario asignar un valor de CN para cada Uso de suelo, encontrando con este ltimo el grupo hidrolgico correspondiente. En la Tabla No. 6, siguiente se muestra la ponderacin del Nmero de Curva para los grupos hidrolgicos correspondientes, con su rea de aporte.USO DE SUELOGH - TIPO CNmero deCN x A

Area (km2)Curva

Pasto Cultivado0.4107932.39

Cultivos de zona calida0.2508120.25

TOTAL0.6652.64

Area Total (km2)0.66GH = Grupo Hidrolgico

S (CN x A)52.64

CN ponderado de la cuenca80

Tabla No. 6. CN ponderado de la cuencaEn la Tabla No. 7, se muestra un resumen de las precipitaciones mximas totales para la zona de influencia en cuestin.TraosIdTr

i Tr mm/hp mxmm

50.006.50115.7836.17

100.007.00124.6938.95

Tabla No. 7. Precipitaciones Mximas Totales para el tiempo de concentracin8.3. CAUDALES MXIMOS

MTODO DEL HIDRO-1En la Figura No 9, siguiente se esquematiza la distribucin de la lluvia unitaria a ser aplicada.

Figura No. 9 Esquema de Lluvia Unitaria a ser aplicadaUna precipitacin total efectiva De, de duracin TDe produce un hidrograma de forma aproximada triangular, cuyo caudal pico Qp se calcula como:

Qp = (De* A) / 8 tp

Donde:

De: es la precipitacin efectiva, en mm

A : es el rea de la cuenca, en Ha (Hectreas)

Tp: es el tiempo desde el comienzo de la escorrenta hasta la ocurrencia del caudal al pico en minutos.

Qp: es el caudal pico, en m3/s

El tiempo tp se calcula como:

Tp = 0.5tDE + 0.6 tc

Donde:

tc = es el tiempo de concentracin, en minutos, calculado segn la formula de Kirpich = 30.35tDe = es la duracin de la precipitacin efectiva, en minutos.

El clculo de la precipitacin efectiva se ha hecho segn el mtodo CN del USSCS.

Para una precipitacin total D, de duracin tD, se calcula la precipitacin efectiva De cmo se indica a continuacin:

De = (D- 0.2*S)2 / (D+ 0.8*S)

Donde:D = I * tD / 60

S = (25400/CN) 254

Si D > 0.2 S entonces De = 0

La duracin de la precipitacin efectiva se calcula como:

tDe = 1 (0.2 S/D) tD

en estas frmulas:

D = es la precipitacin total, en mm

De= es la precipitacin efectiva en mm

I = es la intensidad media de la lluvia (de duracin tD ), expresada en mm/hora

CN = es el nmero de la curva

S = es la diferencia potencial mxima entre D y De, en milmetros

tD = es la duracin de la precipitacin total, en mm

tDe = es la duracin de la precipitacin efectiva, en minutos.

Tal como se puede ver, a cada ocurrencia de precipitacin (D y su correspondiente td) corresponde un caudal pico determinado. Para seleccionar el caudal de diseo, se calculan los caudales pico correspondientes a una serie de ocurrencias de precipitacin de diversos D y td, con un mismo perodo de retorno.

Se obtienen as una serie de caudales pico. El caudal de diseo corresponde a la precipitacin del perodo de retorno dado.

Desarrollo:La determinacin de los caudales mximos para perodos de retorno de 5, 10, 25, 50 y 100 aos se realiza utilizando el modelo de simulacin hidrolgica HIDRO 1, desarrollado en la Escuela Politcnica Nacional en Quito, que se basa en el mtodo propuesto por el US Soil Conservation Service USSCS-.

El mtodo del USSCS considera las caractersticas fsicas de las cuencas, la longitud del cauce principal, la pendiente de la cuenca, el nmero de curva, la distribucin temporal de las lluvias intensas, que en este caso se representa a travs de la Curva nmero 5 de Huff.

Clculo de los caudales.

Los caudales mximos, con perodos de retorno, 50 y 100 aos, se presentan en la Tabla No. 8. Adicionalmente, las corridas del programa HIDRO-1 y el hidrograma de crecidas se indica en el anexo 3.Tr aosQ (m3/s)

510.25

10011.69

Tabla No. 8. Caudales MximosMTODO RACIONALEl Mtodo Racional se aplica en cuencas homogneas pequeas, menores de 10 hectreas, principalmente para drenajes de carreteras, patios, reas rurales,etc.

Se representa con la siguiente expresin:

Q = C i A

donde "Q" es el caudal pico de la escorrenta que se genera a la salida de una cuenca de rea "A" por efecto de un aguacero de intensidad constante "i", que tiene una duracin igual al tiempo de concentracin de la cuenca. "C" es el coeficiente de escorrenta; su valor est comprendido entre cero y uno, y depende de la morfometra de la cuenca y de su cobertura.

La frmula es dimensional, de manera que las unidades deben utilizarse correctamente. Cuando el caudal se da en m3/s, la intensidad en mm/h y el rea en km2, la expresin queda de la siguiente forma:

Q = C i A / 3.6

Las principales dificultades que se encuentran para el uso correcto de la frmula son dos: La asignacin de valores apropiados al coeficiente de escorrenta y la determinacin de la intensidad del aguacero.

La seleccin del coeficiente de escorrenta es subjetiva porque, aun cuando existen tablas y recomendaciones generales, el criterio de ingeniero es definitivo. Por su parte, la intensidad del aguacero se deduce de anlisis de intensidad, duracin y frecuencia. Un parmetro adicional a considerar para la seleccin del coeficiente de escurrimiento es el perodo de retorno, el mismo que vara con este parmetro y se pueden apreciar sus valores en el anexo 4. Los valores de C son: Perodo de retorno 50 aos: 0.49

Perodo de retorno 100 aos: 0.53

Clculo de los caudales.

A continuacin se presentan los caudales determinados con el Mtodo Racional para la cuenca del ro Chambira, cuenca alta.

Tr aosi Tr mm/hQTr (m3/s)

50.0098.958.89

100.00106.5610.35

Tabla No. 9. Caudales Mtodo RacionalSeleccin del caudal de diseo

Al comparar estos resultados, de acuerdo a las caractersticas del sitio de emplazamiento y verificaciones de campo concluimos que el mtodo Hidrograma Unitario SCS es el que ms se aproxima a la realidad, sobre todo porque toma en cuenta de mejor manera las caractersticas fsicas e hidrolgicas de la cuenca.

Por lo tanto el valor de caudal de diseo usado para el clculo hidrulico es de 11.69 m/s para 100 aos de perodo de retorno.8.4. HIDRULICA DEL CAUCE

Uno de los parmetros fundamentales para la eficiencia y servicio de un puente es la seguridad del mismo; por lo que, la determinacin del nivel mximo es primordial y complementado con la altura libre sobre el agua o glibo, permitir obtener la altura o cota de los tableros del puente.El anlisis hidrulico y sus relaciones nivel-caudal, se lo hizo en una longitud de 175 metros en 11 secciones del ro, la separacin entre cada seccin obedece a las condiciones topogrficas y caractersticas del cauce como: curvaturas, estrangulamiento de secciones, secciones inundables, entre otros; por tanto el criterio para seleccionar la distancia de separacin entre los cortes de las secciones no se relacion con una distancia especfica Las secciones consideradas se midieron partiendo del 0.00 en el eje del puente, las correspondientes a aguas arriba del puente se las identifica con signo positivo, y con signo negativo para las localizadas hacia aguas abajo. Las secciones indicadas son las siguientes abscisas: -100.00 -80.00, -60, -30.00, -12.00, -6.00, 0.00, +6.00, +18.00,+50.00, +75.00. Por tanto se modelaron 4 secciones hacia aguas arriba, 1 en el eje del puente, y 4 secciones hacia aguas abajo del puente. En el Anexo 5, se presentan los sitios indicados. Para la modelacin se utiliz el software HEC-RAS, que considera principalmente: la geometra de cada seccin, diferencia las rugosidades de Manning para la zona que alberga el caudal base del ro y para la zona inundable que genera la crecida, las distancias de separacin entre las secciones analizadas, considera factores de prdidas de carga y condiciones de borde. Cabe sealar que el programa permite la modelacin para 3 tres condiciones de flujo en el cauce, esto es rgimen supercrtico para pendientes de fondo elevadas y altas velocidades, flujo subcrtico para pendientes bajas y velocidades lentas, y el rgimen mixto usado cuando no existe uniformidad de pendientes en el fondo del ro. La modelacin del tramo de ro se realiz en condiciones mixtas, los resultados indican que el rgimen de flujo predominante es supercrtico con nmeros de Fraude mayores a 1, siendo su velocidad media en la seccin del puente de 2.70 m/s. Este anlisis se hizo para el caudal de diseo seleccionado.

La determinacin del coeficiente de rugosidad de MANNING empleado para la modelacin, consider factores que afectan a la rugosidad como: tipo de material del cauce, irregularidad, variacin de las secciones transversales, vegetacin, etc. As se obtuvieron los coeficientes de rugosidad de 0.038 para la seccin de cauce firme y de 0.040 para la zona inundable.

Mediante un primer anlisis hidrulico en el tramo estudiado, se obtuvo que la longitud del espejo de aguas sobrepasaba la luz sugerida inicial del puente; para mantener dicha luz y sobre todo para evitar cualquier socavacin local en la estructura del puente por contacto de la misma con el agua, se encaus el ro en el tramo de cruce del puente mediante gaviones en ambos mrgenes del ro en una longitud aproximada de 22 metros lineales a cada lado (ver planos). El nivel de agua obtenido para las condiciones sealadas es de 0.80 metros, y su cota es de 691.37 m.s.n.m. Los resultados de la modelacin hidrulica del tramo analizado se presentan en el Anexo 6, y las grficas de cada seccin en el Anexo 7.9. MODELACION DEL CAUCE CON DEL SOFTWARE COMPUTACIONAL HEC-RAS9.1 Estructura del rio

9.2 Secciones transversales del rio

Estacin 0+020.00

Estacin 0+060.00

Estacin 0+120.00

9.3 .- Condiciones de flujo en las secciones

Estacin 0+020.00 Tr: 50 Aos

Estacin 0+020.00 Tr: 100 Aos

Estacin 0+060.00 Tr: 50 Aos

Estacin 0+060.00 Tr: 100 Aos

Estacin 0+120.00 Tr:50 Aos

Estacin 0+120.00 Tr:100 Aos

9.4 Tabla de datos generales

10. ESTUDIO DE SOCAVACION

La socavacin es un fenmeno de tipo erosivo que se produce sobre el fondo del cauce del ro debido a la velocidad de la corriente en condiciones que arrastra consigo el material de fondo. La erosin se produce principalmente por procesos transitorios como las crecientes o grandes avenidas.En el anlisis de puentes se realiza este estudio erosivo con el objeto de garantizar la estabilidad de la estructura, obteniendo la cota mxima de socavacin en el lecho, que sirve para recomendar la cota de cimentacin.

10.1. ANALISIS DE LA GRANULOMETRIA DEL CAUCE.

En base a inspeccin visual en el sitio de implantacin del puente, se pudo apreciar que el material de fondo del lecho es de tipo canto rodado, cuyo dimetro promedio es mayor a los 10 centmetros, por tanto para el anlisis de socavacin se utiliz un tamao promedio de partcula de 140 mm. En el anexo 8, en las fotografas 1 y 2 se puede apreciar el material de fondo del ro.

10.2. SOCAVACIN GENERAL

El mtodo de LISCHTVAN LEVEDIEV, tiene un fundamento terico que permite hacer una distincin entre cauces definidos y no definidos y toma en cuenta el material de fondo diferenciando entre el material cohesivo y no cohesivo, por otro lado no consideran la carga de suelo en suspensin el cual modifica la profundidad de socavacin.

El mtodo de LISCHTVAN LEVEDIEV, presenta las siguientes ecuaciones matemticas:

Para suelos granulares y que se aplica al presente estudio:

Estas ecuaciones no consideran la carga de suelo en suspensin, que modifica la profundidad de socavacin y que se realiza a travs de un factor de correccin en funcin del peso especfico de la mezcla agua sedimento que para este caso no se dispone. Esta frmula dara como resultado valores menores a los calculados.

El valor de alfa viene dado por la expresin:

Donde:

Qd=Caudal de diseo,m3/s.

Hm=Profundidad media del cauce,m.

(=Coeficiente de Contraccin

Be=Ancho del ro,m.

Ys=profundidad normal ms profundidad de socavacin (tirante despus de la erosin, m)

d =dimetro medio de sedimento, mm.

=Peso especfico del material de fondo T/m3

=Coeficiente que depende de la probabilidad de ocurrencia (Perodo de retorno de la avenida).

Yo=Profundidad normal del flujo antes de la erosinX=Exponente que es funcin del dimetro medio para suelos no cohesivos.

Al aplicar la frmula de Lischtvan-Lebediev para cada punto de la seccin transversal del sitio de emplazamiento se obtiene la altura de socavacin general de toda la seccin. Para las condiciones de mxima crecida, la socavacin mxima esperada es de 21 centmetros en el fonde del ro. El clculo de la socavacin y su perfil se presentan en el anexo 9.

10.3. SOCAVACION LOCALIZADA

Alrededor de las pilas o estructuras en la mitad de un cauce se forman sistemas de remolinos o vrtices y estos remolinos generan socavacin. Generalmente, se genera un remolino en herradura y un remolino de estela dinmica del flujo. El mecanismo de socavacin depende principalmente del remolino de herradura. Los elementos son levantados y socavados del hueco de socavacin por este gran remolino en combinacin con el remolino de estela. Para el caso del puente sobre el ro Chambira los estribos estn proyectados fuera del cauce del ro, en tal virtud no se presentar socavacin local. 11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES11.1. CONCLUSIONES

La informacin climatolgica utilizada en el estudio corresponde a las estaciones M485 Baeza representativa de la parte alta y M008 El Puyo representativa de la parte baja de la Cuenca. Debido a que no se dispone de informacin suficiente acerca de caudales mximos instantneos para la cuenca del ro Chambira, no se puede utilizar ningn mtodo estadstico probabilstico, para el clculo de caudales mximos. Segn estudio de lluvias intensas realizado por el INAMHI la zona de inters que comprende la cuenca del ro Chambira se encuentra ubicada en la zona 29 de la regionalizacin propuesta por el INAMHI.

El clculo de caudales se realiz por los mtodos de hidrograma unitario y mtodo racional, que constituyen alternativas de estimacin de caudales valederas ante la carencia de informacin de mediciones de caudales mximos anuales en estaciones cercanas al sitio de estudio.

La modelacin en un tramo de ro considerando secciones transversales aguas arriba y abajo del puente, permite obtener resultados ms confiables del comportamiento del ro frente a condiciones extremas de caudal. Permite disear las obras de proteccin necesarias para garantizar las condiciones hidrulicas de funcionamiento en el sitio del e estacionamiento del puente garantizando su seguridad. Debido a las caractersticas del ro que en la zona cercana a la implantacin del puente, se presenta una zona inundable, el direccionamiento con gaviones constituye una buena alternativa para evitar este fenmeno manteniendo buenas condiciones hidrulicas en las zonas cercanas a este sitio, como tambin disminuir la longitud del espejo de aguas, y en consecuencia disminuir la luz del puente.

La socavacin no presenta mayor afectacin a la estructura del puente, siendo su profundidad de 0.21 m en el eje del puente y su cota 690.36 m.s.n.m. El resumen de resultados de la modelacin hidrulica en HEC-RAS del ro Chambira en el eje del puente se presenta en el siguiente cuadro:

PARAMETROVALORUNIDAD

Caudal11.69m3/s

Nivel mxima crecida691.37m.s.n.m

Cota de fondo690.57m.s.n.m

Calado de crecida0.80m

rea hidrulica de crecida5.06m2

velocidad2.70m/s

No.Froude1.13

Glibo2.00m

Altura la base del puente2.80m.s.n.m

Cota base puente693.37m.s.n.m

Tabla No. 10. Resumen resultados modelacin hidrulica en el eje del puente El resumen de los principales caractersticas de la Cuenca del ro Chambira se presenta en el siguiente cuadro:

PARAMETROVALORUNIDAD

rea de la cuenca de drenaje0.66km2

Longitud del cauce 1.70m

Desnivel 2120m

Tiempo de concentracin30.35min

Pendiente media cuenca0.29 m/m

Pendiente media cauce0.02m/m

Tabla No. 11. Resumen caractersticas Cuenca de drenaje

11.2. RECOMENDACIONES En el anlisis estructural de las obras diseadas, se deber establecer las caractersticas estructurales de los gaviones, esto es, el tipo de malla a utilizar, el porcentaje de la estructura que debe ir enterrada, etc, se recomienda que el gavin debe estar enterrado alrededor de 50 cm. Al disear la obra debemos percatarnos de las construcciones que se tiene aguas arriba de la estructura para evitar el pronto deterioro de estas por ejemplo si existe una fbrica de jabn debemos colocar los aditivos necesarios para que el hormign sea resistente a las necesidades. Se debe realizar una limpieza peridica del cauce tanto aguas arriba en 50 metros de longitud y aguas abajo en una longitud de 30 metros, esto es para garantizar la capacidad hidrulica de las secciones para condiciones de mxima crecida. Esta limpieza se har inmediatamente despus de construir el puente y se har tambin en forma peridica con el tiempo siendo de carcter obligatorio previo al comienzo de la poca invernal. Se recomienda disear una estructura tipo puente, con una luz mnima de 18 metros en razn de los resultados hidrulicos y topografa del sitio. De acuerdo al anlisis de intensidad de lluvias mensuales indicados anteriormente, la poca propicia recomendable para la construccin del puente ser entre los meses de Octubre a Febrero porque se considera verano y sus condiciones son mas favorables. Se recomienda cimentar el puente por debajo de la cota de cimentacin, esto es debajo de la 690.36 m.s.n.m.DRENAJE VIAL Pgina 12

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