Informe Hidrologico Cons. Pte. Retamas-cliza

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


ii

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


1

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


2

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.


3

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:


4

(

)

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.


5

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


6

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


7

Figura 5 Curva doblemente acumulada estacin San Benito

Figura 6 Curva doblemente acumulada estacin Arani


8

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.


9

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.


10

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


11

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


12

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


13

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


14

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


15

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.


16

Figura 16 Simulacin cuenca del rio Cliza software HEC HMS

Figura 17 Resumen de resultados HEC HMS


17

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.


18

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.


19

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.


20

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


21

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:


22

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

Documents

Informe Hidrologico Cons. Pte. Retamas-cliza