Abril 2018 ESTUDIO HIDROLOGICO PROYECTO DISEÑO GEOMÉTRICO INTERSECCIÓN VIAL REVISIÓN OBRAS DE DRENAJE SOBRE EL CAUCE DE LA VEREDA EL CARAMELO, VIA SAN JORGE-TUMACO, MUCNICIPIO DE MALLAMA, NARIÑO. San Juan de Pasto, mayo de 2018 1 Contenido INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................ 4 1. ASPECTOS GENERALES .................................................................................................................. 5 Localización ......................................................................................................................................... 5 Hidrografía ........................................................................................................................................... 5 Pendientes ........................................................................................................................................... 6 Cobertura y uso actual del suelo ........................................................................................................ 7 2. CARACTERIZACIÓN MORFOMETRICA DE LA CUENCA DE APORTE ............................................... 8 Metodología identificación de cuencas ............................................................................................. 8 Parámetros morfométricos ................................................................................................................. 9 3. CURVAS IDF....................................................................................................................................12 Información climatológica disponible ..............................................................................................12 Determinación de lluvia de diseño ...................................................................................................13 Ecuación de Intensidad.....................................................................................................................13 4. CAUDAL DE DISEÑO ......................................................................................................................16 Coeficiente de escorrentía ................................................................................................................16 Intensidad de la lluvia .......................................................................................................................18 Área del drenaje o cuenca ................................................................................................................19 Periodo de retorno.............................................................................................................................19 Caudal máximo ..................................................................................................................................20 5. SIMULACIÓN HIDRÁULICA PARA ESTIMACIÓN DE NIVELES MÁXIMOS EN EL LUGAR DE EMPLAZAMIENTO DE LA ESTRUCTURA ................................................................................................21 ALCANTARILLA DE 36” ......................................................................................................................22 Ubicación ...............................................................................................................................22 Modelación ............................................................................................................................22 Resultados .............................................................................................................................24 ALCANTARILLA DE 24” ......................................................................................................................25 Ubicación ...............................................................................................................................25 Modelación ............................................................................................................................25 Resultados .............................................................................................................................27 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................28 2 FIGURAS Figura 1. Identificación proyecto Municipio de Mallama ..................................................................... 5 Figura 2. Identificación del proyecto en la Microcuenca quebrada Valvanera .................................. 6 Figura 3. Modelo de Elevación Digital DEM-Municipio de Mallama .................................................... 8 Figura 4. Delimitación de la cuenca de aporte a las estructuras de “DOS Alcantarillas Circulares” en la vereda el Caramelo municipio de Mallama. MICROCUENCA VALVANERA ............................... 9 Figura 5. Identificación de estación climatológica RICAURTE 51027010 mediante la metodología de polígonos de Thiessen. ....................................................................................................................12 Figura 6. Curvas IDF ..............................................................................................................................15 Figura 7. Coberturas y usos de suelo de la cuenca de estudio. ........................................................16 Figura 8. Pendientes de la cuenca de estudio. ...................................................................................17 Figura 9. Área del micro-cuenca de estudio........................................................................................19 Figura 10. Estudio Topográfico Alcantarilla 36” K0+0150...............................................................22 Figura 11. Cruce de Datos - Características del Terreno, Fuente de agua y tipo de estructura. ....22 Figura 12. Nivel máximo TR 10 años del rio a la altura de la estructura Alcantarilla Circular 36” de la vereda el Caramelo del municipio de Mallama .........................................................................23 Figura 13. Análisis de datos-"Tabla de resumen de ALCANTARILLA DE ϴ=36" ..............................24 Figura 14. Estudio Topográfico Alcantarilla 24” K0+057 .................................................................25 Figura 15. Cruce de Datos - Características del Terreno, Fuente de agua y tipo de estructura. ....25 Figura 16. Nivel máximo TR 10 años del rio a la altura de la estructura Alcantarilla Circular 24” de la vereda el Caramelo del municipio de Mallama. (K0+057) .......................................................26 Figura 17. . Análisis de datos-"Tabla de resumen de ALCANTARILLA DE ϴ=24" ............................26 TABLAS Tabla 1. Para metros Morfométricos de la Microcuenca Valvanera en la vda Caramelo................10 Tabla 2. Variables para calcular las curvas IDF según el periodo de retorno, Estación Ricaurte...13 Tabla 3. Intensidad para diferentes tiempos de retorno y duración de los eventos, Estación Ricaurte..................................................................................................................................................13 Tabla 4. Coeficientes de Escorrentía (C), para diferentes de coberturas en cuencas. ....................17 Tabla 5. Coeficiente de escorrentía para cuenca de estudio ............................................................18 Tabla 6. Intensidad de la lluvia (mm/h) con un tiempo de concentración aproximado de 4min. ..19 Tabla 7. Periodos de retorno de diseño en obras de drenaje vial .....................................................19 Tabla 8. Valor de Caudales máximos para diferentes épocas de retorno. .......................................20 3 INTRODUCCIÓN El Informe aquí desarrollado, presenta el estudio técnico para la determinación de los niveles máximo de la lámina de agua, con miras de revisión de las estructuras existentes, requeridas para evacuar las aguas de escorrentía superficial en la vereda el Caramelo municipio de Mallama, Nariño. El Informe está dividido en diferentes secciones. En una primera etapa se definen las características morfométricas de la cuenca de aporte de la zona de estudio y con ellas se determinan los parámetros hidrológicos necesarios para la posterior obtención del caudal de diseño. Seguidamente se definen, en función de estas características hidrológicas, las lluvias de diseño, para las cuales se consideró el tiempo de ocurrencia en función de la vida útil del proyecto. A partir de la determinación de las lluvias de diseño se efectuó el respectivo cálculo hidrológico lluvia – caudal en la cuenca en estudio para la determinación del caudal máximo, establecimiento de la relación caudal-área de cuencas similares al área de estudio obtenidas por medio del método racional o americano con base en la estación Ricaurte del IDEAM. 4 1. ASPECTOS GENERALES Localización Este estudio tiene desarrollo en el Municipio de MALLAMA, ubicado al sur occidente de Nariño, tiene una extensión de 565.307.854 hectáreas. Su ubicación geográfica es de 1º, 09’ latitud Norte y 77º, 05’ longitud Oeste del meridiano de Greenwich. Limita al Norte con los municipios de Santa Cruz (Guachavez) y Ricaurte; al Oriente con el municipio de Santa Cruz (Guachavez); al Occidente con el municipio de Ricaurte; al Suroriente con el municipio de Guachucal y Sapuyes y al Suroccidente con los municipios de Cumbal y Ricaurte. El presente proyecto se localiza en la vereda EL CARAMELO, que pertenece a la cabecera municipal Piedrancha, su ubicación corresponde a la zona comprendida por la cordillera occidental, donde predomina el paisaje montañoso con profundos valles generalmente de sección transversal en V. Se encuentra a 121 km de San Juan de Pasto, la capital departamental. Su cabecera recibe el nombre de Piedrancha que fue fundada en 1646. Figura 1. Identificación proyecto Municipio de Mallama Fuente: este estudio. Hidrografía En el aspecto hidrográfico se da cuenta que el municipio de Mallama pertenece al área hidrográfica del Pacífico, en la zona hidrográfica de primer orden correspondiente al Rio Mira 5 Mataje y en particular a la subzona del Rio Mira, forma parte de la cuenca del Rio Güiza. Al interior del territorio municipal se tiene 12microcuencas, así: La cabecera municipal es atravesada por un costado en sentido suroeste por el Río Guabo que es el más importante del Municipio de Mallama y por el extremo-oriental delimita la Quebrada Chalá hasta entregar sus aguas al río Guabo La microcuenca Chalá es la abastecedora del sistema de acueducto que sirve a la cabecera municipal. Figura 2. Identificación del proyecto en la Microcuenca quebrada Valvanera Fuente: Plan de Uso Eficiente y Ahorro del Agua (PUEAA) Municipio de Mallama. 2009-2013. Pendientes El municipio posee una variabilidad de topografías como consecuencia de su ubicación geográfica, el 20% del municipio presenta una topografía plana a casi plana característica en los sectores aledaños a la ribera del Río Guabo y la parte baja del Río Blanco, el 25.4% del municipio es ligeramente ondulado, el 29% es fuertemente ondulado, el 13% colinado, el 5.2% es fuertemente disectado y el 7% montañoso, estas dos últimas topografías son características en los cañones de los ríos Verde, Gualcalá, Blanco y Guabo principalmente. 6 Cobertura y uso actual del suelo El uso del suelo está clasificado mediante unidades diferenciadas por su naturaleza y apariencia exterior (características fisonómicas) que corresponden a unidades de Cobertura Vegetal, Agropecuaria y minera en menor grado; las unidades de uso del suelo que se determinaron en el municipio corresponden a: Páramo, Bosque primario, Bosque primario intervenido, Cultivos migratorios, Bosque secundario, Bosque Ripario, Cultivos limpios, Rastrojo, Pastos naturales y Pastos mejorados. 7 2. CARACTERIZACIÓN MORFOMETRICA DE LA CUENCA DE APORTE Metodología identificación de cuencas La metodología empleada para el desarrollo de este trabajo, se realizó gracias a las herramientas de Sistemas de Información Geográfica (SIG), en las cuales fue necesario recolectar información de los planes y documentos realizados en la zonas de estudio, como es documento técnico Plan de desarrollo Municipio de Mallama 2012-2015, zonificación y codificación de unidades hidrográficas e hidrogeológicas de Colombia 2013 (IDEAM), Clasificación y Priorización de cuencas Hidrográficas de Nariño 2018 y el Plan de Uso Eficiente y Ahorro del Agua (PUEAA) Municipio de Mallama. 2009-2013, información que se clasifico, depuro y manipulo para hallar las características hidrográficas de la zona de estudio. Para la identificación y delimitación de las divisorias de aguas de las corrientes hídricas que influyen en la vereda, se utilizó como recurso principal una imagen satelital (DEM) del sistema ASTER GDEM (Modelo de elevación digital global) con 12.5 metros de alta resolución, proporcionada por el sistema Earth Data de la NASA (dataset ALOS PALSAR) la cual fue procesada con las herramientas de análisis geográfico del software ArcGis 10.1 (ver Figura 3) que nos permitieron modelar el flujo de agua a través de la superficie, para la toma de decisiones en proceso de identificación, zonificación, planificación de la cuenca. Figura 3. Modelo de Elevación Digital DEM-Municipio de Mallama Fuente: este estudio. 8 En la siguiente figura se muestra, de manera esquemática, la delimitación e identificación de la Microcuenca Valvanera, zona de influencia de la futura estructura de drenaje en la vereda El Caramelo del municipio de Mallama -Nariño Figura 4. Delimitación de la cuenca de aporte a las estructuras de “DOS Alcantarillas Circulares” en la vereda el Caramelo municipio de Mallama. MICROCUENCA VALVANERA MICROCUENCA VALVANERA “vda El Caramelo” MALLAMA Divisoria de Aguas Red de Drenaje Alcantarillas Fuente: este estudio. Parámetros morfométricos Para obtener los parámetros de la hidrología de la sub-cuenca se procedió a cargar en ArcGIS el DEM de la zona de estudio, se corrigió el DEM por medio de la herramienta “Fill” del arctollbox. Del mismo modo se calcularon las direcciones de flujo, flujos acumulados y se reclasifico el DEM asignando un valor de “0” para laderas y “1” para el cauce. Convertimos la sub-cuenca en un polígono para poder calcular su área y perímetro, así mismo se obtuvo el mapa de pendientes con el DEM corregido para conocer las pendientes mínima y máxima de la cuenca. Una vez se obtuvo los datos geográficos de las microcuencas que conforman el área de estudio, se realizó el análisis morfométrico la cual es determinante en su comportamiento hidrológico, los parámetros de forma principales son: identificación del área de influencia, perímetro, longitud del cauce principal, cotas del cauce (inicio-fin), longitud axial y tiempos de concentración. 9 Los datos morfométricos obtenidos de la cuenca son: Tabla 1. Para metros Morfométricos de la Microcuenca Valvanera en la vda Caramelo. PARAMETROS BASICOS Valor Unidad Área de una cuenca(A): Perímetro de la cuenca (P): Longitud de la cuenca (L): 0.09 1.58 0.72 km2 km km Longitud del Cauce Principal (Lp) 0.27 km 1785.00 1739.34 m.s.n.m. m.s.n.m. 0.27 0.13 km km Valor Unidad Altitud media de la Cuenca: 1816.66 m.s.n.m. Altitud más frecuente: 1808.00 m.s.n.m. Altitud de Frecuencia media (Em): 1804.13 m.s.n.m. Valor 54.93 Unidad Cota Incial Cauce Principal Cota Final Cauce Principal Longitud Total de Cauces (Lt) Ancho de cuenca (w): 𝑊= 𝐴 𝐿 CARACTERÍSTICAS ALTITUDES PARÁMETROS DE RELIEVE Pendiente media de la Cuenca: Pendiente media del cauce principal (S): PARÁMETROS GEOMORFOLICOS DE LA MICROCUENCA Factor de forma de una Cuenca de Horton (F): Relación de elongación (R): Relación de circularidad (Rc): Índice de Compacidad o Índice de Gravelious (K): *Fuertemente escarpada 16.75 *Ondulada Formula 𝐹= 𝐴 𝐿2 √𝑎 𝐿 4𝐴𝜋 𝑃2 𝐾 = 0.28 % Valor 0.18 𝑅 = 1.128 𝑅𝑐 = % 𝑃 √𝑎 0.48 0.47 1.44 10 PARÁMETROS DE LA RED HIDROGRÁFICA Densidad de drenaje (Dd): Constantes de estabilidad del Río (C): Densidad de corriente (Dc) o Densidad hidrográfica (Dh): TIEMPOS DE CONCENTRACION Formula Valor 𝐿𝑡 𝐴 𝐴 𝐶= 𝐿𝑡 2.91 𝐷𝑑 = 0.34 𝐷ℎ = 𝛿𝐷𝑑 2 2.02 δ: Coeficiente Adimensional = 0,694 Horas Min Temez 0.07 4.00 William 0.08 4.92 kirpich 0.048 2.89 California Culver 0.05 2.91 Ventura Heron 0.07 4.00 0.06 3.8 Tc Ponderado Formula 11 3. CURVAS IDF Las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF) permiten la estimación de volúmenes de drenaje superficial mediante modelos lluvia-escorrentía en cuencas para las cuales no existen registros de caudal o su tiempo de concentración es relativamente corto (Usualmente las duraciones de estos eventos son menores a 24 horas). En estas curvas se puede conocer la intensidad máxima de precipitación que se espera tener durante determinada duración de lluvia, en un evento que en promedio ocurriría cada cierto número de años Su importancia radica en el diseño de obras de drenaje y de estructuras hidráulicas las cuales es indispensable conocer el comportamiento hidrológico del área mediante modelos hidrológicos lluvia- escorrentía. Al analizar esta información se puede obtener el volumen máximo de agua que debe ser evacuado en un cierto lapso de tiempo. De ahí se obtiene el caudal de diseño de la obra, el cual establece el tamaño de la misma y afecta directamente los costos de construcción1. Información climatológica disponible Para el estudio hidrológico de las cuencas y áreas aferentes al corredor vial, el procedimiento seguido básicamente se realizó obteniendo información suficiente para la estimación de la precipitación anual, por lo cual fue necesario recolectar datos suministrados por el IDEAM ubicando la estación más cercana al área del proyecto mediante la generación de los polígonos de THIESSEN de las estaciones en Nariño. Figura 5. Identificación de estación climatológica RICAURTE 51027010 mediante la metodología de polígonos de Thiessen. Cuenca de Estudio Fuente: este estudio. 1 (Diaz Granados & Vargas, 1998) 12 Determinación de lluvia de diseño Por su parte para la definición de la intensidad de esta lluvia se utilizó la curva IDF de la estación Ricaurte del IDEAM construida por medio de un ajuste no lineal a partir de datos diarios, con análisis de frecuencia de precipitaciones máximas y desagregación a diferentes duraciones para finalmente por medio de un modelo de transformación lluvia-caudal poder estimar la condición crítica asociada a caudales máximos para un periodo de retorno TR= 10 años teniendo en cuenta la vida útil del sistema. Ecuación de Intensidad Los datos empleados para el análisis estadístico que permitió la construcción de la curva IDF fueron los de precipitación máxima diaria anual (considerando año hidrológico) de la estación pluviométrica Ricaurte (51025020), estación ubicada en las coordenadas 1.166667 Latitud con -77.966667 de longitud, a 1149 m.s.n.m. La recurrencia de la lluvia analizada, en función de lo requerido por la estructura de drenaje será de 10 años. La duración crítica estará asociada al tiempo de concentración de la cuenca y su intensidad proviene de la ecuación de la curva que se presenta a continuación: 𝐶1 (𝐷 + 𝑋0 )𝐶2 Al reemplazar los valores, se obtiene la siguiente tabla: 𝑖= Tabla 2. Variables para calcular las curvas IDF según el periodo de retorno, Estación Ricaurte Periodo de retorno (años) 2 3 5 10 25 50 100 C1 1243.838 1727.37 2379.915 3373.946 4908.589 6244.679 7733.232 X0 32.406 36.15 39.709 43.475 47.387 49.824 51.937 C2 0.805 0.848 0.888 0.932 0.977 1.006 1.03 Fuente: IDEAM - Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales Tabla 3. Intensidad para diferentes tiempos de retorno y duración de los eventos, Estación Ricaurte. D (min) 4.00 10 20 30 40 50 60 I(Tr=2) 68.87 60.91 51.36 44.63 39.60 35.68 32.54 I(Tr=3) 75.42 67.01 56.75 49.38 43.83 39.47 35.96 I(Tr=5) 83.13 74.15 63.01 54.92 48.76 43.90 39.97 I(Tr=10) 92.40 82.70 70.49 61.50 54.61 49.14 44.70 I(Tr=25) 104.58 93.88 80.25 70.10 62.25 56.00 50.90 I(Tr=50) 113.279 101.853 87.185 76.202 67.670 60.853 55.280 I(Tr=100) 122.53 110.32 94.56 82.69 73.45 66.04 59.97 13 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 29.95 33.07 36.71 41.02 46.66 50.640 27.79 30.64 33.98 37.91 43.08 46.717 25.95 28.56 31.64 35.26 40.01 43.357 24.36 26.78 29.62 32.96 37.36 40.446 22.97 25.21 27.86 30.96 35.04 37.901 21.75 23.84 26.30 29.19 32.99 35.656 20.66 22.62 24.92 27.62 31.17 33.661 19.69 21.52 23.69 26.21 29.55 31.878 18.82 20.54 22.57 24.95 28.08 30.273 18.03 19.65 21.57 23.80 26.76 28.822 17.31 18.83 20.65 22.76 25.56 27.503 16.65 18.09 19.82 21.81 24.46 26.299 16.04 17.41 19.05 20.94 23.45 25.196 15.49 16.79 18.34 20.14 22.52 24.182 14.97 16.20 17.69 19.39 21.67 23.246 14.49 15.67 17.08 18.71 20.88 22.379 14.04 15.17 16.52 18.07 20.14 21.575 13.63 14.70 15.99 17.47 19.46 20.826 13.24 14.26 15.50 16.92 18.82 20.127 12.87 13.85 15.04 16.40 18.22 19.474 12.53 13.47 14.61 15.91 17.66 18.861 12.20 13.11 14.20 15.45 17.13 18.286 11.90 12.76 13.82 15.02 16.63 17.745 11.61 12.44 13.46 14.61 16.17 17.234 11.34 12.14 13.11 14.23 15.72 16.753 11.08 11.85 12.79 13.86 15.30 16.297 10.83 11.57 12.48 13.51 14.91 15.865 10.59 11.31 12.19 13.19 14.53 15.456 10.37 11.06 11.91 12.87 14.18 15.067 Fuente: IDEAM - Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales 54.91 50.63 46.96 43.78 41.00 38.54 36.36 34.41 32.66 31.07 29.63 28.32 27.11 26.00 24.98 24.04 23.16 22.34 21.58 20.87 20.20 19.57 18.98 18.43 17.90 17.41 16.94 16.49 16.07 Según los Valores de intensidad se evidencian la intensidad de precipitación para diferentes periodos de retorno y duraciones de lluvia, se procedió a graficar cada una de las duraciones en el eje X, contra los valores de intensidad máxima en el eje Y, para diversos tiempos de retorno; los cuales se muestran a continuación: 14 Figura 6. Curvas IDF Fuente. IDEAM 15 4. CAUDAL DE DISEÑO Para este cálculo se utilizó el Método Racional o americano, uno de los más utilizados para la estimación del caudal máximo asociado a determinada lluvia de diseño. Su aplicación normalmente ha sido probada en el diseño de obras de drenaje urbano y rural. Y tiene la ventaja en asumir que la escorrentía está directamente proporcional a la precipitación en la Determinación de Caudales Máximos. La expresión utilizada por el Método Racional es: 𝑄𝑚𝑎𝑥 = Dónde: Qmax: C: i: A: 𝐶∗𝐼∗𝐴 3.6 Caudal (m3/s) C: Coeficiente de escorrentía que representa la relación entre lluvia y escurrimiento. Toma valores entre 0 y 1 Intensidad de la lluvia para un tiempo de retorno determinado y una duración de la lluvia igual al tiempo de concentración (mm/h) Área de la cuenca o drenaje (Km2). Coeficiente de escorrentía La cuenca presenta diferentes coberturas, usos del suelo, tipos de suelos y pendientes; se calcula un coeficiente de escorrentía según las características del área identificada. Figura 7. Coberturas y usos de suelo de la cuenca de estudio. 16 Fuente: este estudio Figura 8. Pendientes de la cuenca de estudio. Clasificación de pendientes Porcentaje % Tipo <5 Plano Ligeramente ondulado Ondulado Fuertemente Ondulado Escarpado Fuertemente escarpado Montañoso 5 .-12 12.-18 18 – 24 21 – 32 32 - 44 > 44 Mapa de pendientes Semaforización En el siguiente cuadro se presenta los coeficientes de escorrentía típicos, de acuerdo a la cobertura vegetal, la pendiente del terreno y la textura del suelo, según MARSH, W. (1978). Tabla 4. Coeficientes de Escorrentía (C), para diferentes de coberturas en cuencas. 17 Fuente: MARSH, W. (1978) Teniendo en cuenta las condiciones morfométricas de la cuenca, uso y cobertura del suelo mediante imagen satelital y el POT Mallama se escoge la siguiente cobertura: Tabla 5. Coeficiente de escorrentía para cuenca de estudio COBERTURA VEGETAL BOSQUES CULTIVOS PASTOS RASTROJOS SIN VEGETACION PENDIENTE % AREA % AREA KM2 VALORES C PROMEDIO 30 53.64 0.050 0.5 24 11.30 0.011 0.6 10 16.97 0.016 0.36 0.47 10 17.35 0.016 0.4 8 0.75 0.0007 0.8 ∑ 100.00 0.09355 Fuente: este estudio. Intensidad de la lluvia La intensidad de la lluvia define como el volumen de precipitación por unidad de tiempo. Se expresa en milímetros por hora (mm/h) Para poder hacer uso de las curvas IDF, es necesario conocer el tiempo de concentración de la lluvia, que se define como el tiempo que pasa desde el final de la lluvia neta, hasta el final de la escorrentía directa. El tiempo de concentración se calculó mediante la ponderación del cálculo de ecuación TC de varios autores (Tabla 1), donde el tiempo de concentración en minutos es de 4min, valor que se tuvo en cuenta para el cálculo de la intensidad de la lluvia. 18 Tabla 6. Intensidad de la lluvia (mm/h) con un tiempo de concentración aproximado de 4min. ESTACIÓN CLIMATOLÓGICA RICAURTE CURVAS INTENSIDAD - DURACIÓN - FRECUENCIA (valores en mm/h) TC (min) 4 PERIODO DE RETORNO EN AÑOS I(Tr=2) 68.87 I(Tr=3) 75.42 I(Tr=5) 83.13 I(Tr=10) 92.40 Fuente: este estudio. I(Tr=25) 104.58 I(Tr=50) 113.279 I(Tr=100) 122.53 Área del drenaje o cuenca El área de la cuenca se hizo utilizando la herramienta de “calcular geometría” en ArcGis, el cual arrojo un valor de 0.0936km2. Figura 9. Área del micro-cuenca de estudio. Fuente: Este estudio. Periodo de retorno De acuerdo con el manual de drenajes para carreteras del Instituto Nacional de Vías, Capítulo 2 Hidrología de Drenaje superficial vial; se establecen el periodo de retorno en función del tipo de obra de drenaje que se pretende construir. Este proyecto se requiere evaluar dos estructuras de alcantarilla circular, la cual permitirá prolongar los drenajes existentes a la calzada. Como se tienen estructuras de tipo “Culvert” o “alcantarilla de carretera” de diámetro de 36” (0,90m) y 24”(0.60m) pulgadas se estima que el periodo de retorno será de 10años. Tabla 7. Periodos de retorno de diseño en obras de drenaje vial 19 Fuente: Tabla 2.8 manual de drenajes para carreteras. lnvias 2009 Caudal máximo A continuación se expresa los diferentes caudales máximos estimados con diferentes tiempos de retorno. Tabla 8. Valor de Caudales máximos para diferentes épocas de retorno. Periodos de retorno en años Intensidad I mm/h Qmax m3/s TR=2 TR=3 TR=5 TR=10 TR=25 TR=50 TR=100 68.87 75.42 83.13 92.40 104.58 113.28 122.53 0.85 0.93 1.02 1.14 1.29 1.39 1.51 Fuente: este estudio. El período de retorno para el que se debe dimensionar la obra varía en función de la importancia de la misma (interés económico, socio-económico, estratégico, turístico) y es uno de los parámetros más significativos a ser tomado en cuenta en el momento de dimensionar una obra hidráulica destinada a soportar avenidas. En este caso se consideró un tiempo de ocurrencia de 10 años en función de la vida útil del proyecto, por lo cual el Caudal Máximo de Diseño será de 1.14 m3/s 20 5. SIMULACIÓN HIDRÁULICA PARA ESTIMACIÓN DE NIVELES MÁXIMOS EN EL LUGAR DE EMPLAZAMIENTO DE LA ESTRUCTURA Después de la estimación hidrológica del escenario planteado, se debe calcular la cota de la crecida máxima en el punto donde se hará el emplazamiento de la estructura de captación. El caudal utilizado es de 1.14 m3/s, el cual se encuentra asociado al periodo de retorno de 10años. La modelación hidráulica de la estructura de “Alcantarilla Circular” en la quebrada, sector vereda “El Caramelo” municipio de Mallama fue realizada por medio del software HY8 (v.7.5) del Federal Highway Administration, empleando para el análisis y diseño de alcantarillas “culver” y régimen permanente aunque esto no es del todo ajustado a la realidad, puesto que el caudal máximo solo permanece por unos minutos, pero la aplicación de esta condición para el cálculo, se mantiene del lado de la seguridad, lo cual describe una condición crítica para funcionamiento de la estructura. -La información de entrada al modelo de simulación hidráulica contempló el levantamiento topográfico del río en el sector. -El módulo de análisis de alcantarillas, se desarrolla con control a la entrada y a la salida, además, modela desbordamiento o flujo sobre la vía. 21 ALCANTARILLA DE 36” Ubicación La ubicación del emplazamiento de la estructura alcantarilla de 36” se encuentra ubicado en el kilómetro K0+0150 del proyecto DISEÑO GEOMETRICO INTERSECCIÓN VIAL Vereda el Caramelo Municipio de Mallama Figura 10. Estudio Topográfico Alcantarilla 36” K0+0150 Modelación Los datos ingresados corresponden principalmente a Caudal Total (Qt) que se desea hacer pasar por la tubería, Longitud de la alcantarilla (L), Pendiente de la Alcantarilla (So), Diámetro de la tubería, rugosidad de la alcantarilla en concreto, Carga de diseño (Hdis), Ancho de la Plataforma, entre otros, tal como se muestra en la siguiente imagen Figura 11. Cruce de Datos - Características del Terreno, Fuente de agua y tipo de estructura. 22 Diámetro de la alcantarilla en mm Se corre el análisis para las condiciones dadas, con lo que se tiene: Figura 12. Nivel máximo TR 10 años del rio a la altura de la estructura Alcantarilla Circular 36” de la vereda el Caramelo del municipio de Mallama Terreno Lámina de agua Alcantarilla (ϴ=36”) HW Carga Calculada HDIS Carga Diseño Se habilita Culvert Summry Table, en el que se muestra los resultados del análisis, como se muestra en la siguiente figura 23 Figura 13. Análisis de datos-"Tabla de resumen de ALCANTARILLA DE ϴ=36" Caudales HW QT Tirante en salida de alcantarilla o culvert Velocidad en salida de “Alcantarilla Circular” Resultados La sección del río presentada en la Figura 12 muestra que el nivel máximo de agua alcanzado en ella, se encuentra en la cota 1725,61 m.s.n.m a 0.61 m desde la cota inferior del lecho del río. En este caso: HW≤Hdis se debe cumplir esta condición para aceptar los dimensionamientos de la alcantarilla de 36” Hdis= 0.9m (carga de Diseño) Hw= 0.81 m (carga Calculado) Como Hw <Hdis ok ----El diseño cumple la condición para alcantarilla tipo de 36” 24 ALCANTARILLA DE 24” Ubicación La ubicación del emplazamiento de la estructura alcantarilla de 24” se encuentra ubicado en el kilómetro K0+057 del proyecto DISEÑO GEOMETRICO INTERSECCIÓN VIAL Vereda el Caramelo Municipio de Mallama (Sitio casa del señor “Horacio Escobar”) Figura 14. Estudio Topográfico Alcantarilla 24” K0+057 Modelación Los datos ingresados corresponden principalmente a Caudal Total (Qt) que se desea hacer pasar por la tubería, Longitud de la alcantarilla (L), Pendiente de la Alcantarilla (So), Diámetro de la tubería, rugosidad de la alcantarilla en concreto, Carga de diseño (Hdis), Ancho de la Plataforma, entre otros, tal como se muestra en la siguiente imagen Figura 15. Cruce de Datos - Características del Terreno, Fuente de agua y tipo de estructura. 25 Diámetro Alcantarilla Circular en mm Se corre el análisis para las condiciones dadas, con lo que se tiene: Figura 16. Nivel máximo TR 10 años del rio a la altura de la estructura Alcantarilla Circular 24” de la vereda el Caramelo del municipio de Mallama. (K0+057) Lámina de agua Terreno Alcantarilla (ϴ=36) HW Carga Calculada HDIS Carga Diseño Figura 17. . Análisis de datos-"Tabla de resumen de ALCANTARILLA DE ϴ=24" 26 QT HW Caudales Tirante en salida de alcantarilla o culvert Velocidad en salida de “Alcantarilla Circular” Resultados La sección del río presentada en la Figura 16 muestra que el nivel máximo de agua alcanzado en ella, se encuentra en la cota 1715,48 m.s.n.m a 0.48 m desde la cota inferior del lecho del río. En este caso: HW≤Hdis se debe cumplir esta condición para aceptar los dimensionamientos de la alcantarilla de 24” Hdis= 0.60m (carga de Diseño) Hw= 0.75 m (carga Calculado) Como Hw>Hdis NO CUMPLE ____ (La estructura de drenaje de 24 pulgadas que actualmente se encuentra en el sector vda el “caramelo” no cumple con la altura de diseño calculad0) Teniendo en cuenta la geometría de la estructura del “Alcantarilla de ϴ=24” y que los niveles del rio sobrepasan la cota del terreno, se debe plantear remplazar la estructura por una de mayor diámetro. 27 BIBLIOGRAFÍA Consorcio TZ SANEAR. DIAGNÓSTICO INSTITUCIONAL Y TÉCNICO DE LA PRESTACIÓN DE LOS SERVICIOS DE ACUEDUCTO, ALCANTARILLADO Y ASEO. Municipio de Mallama. Nariño. Colombia. Díaz Granados, M., & Vargas, R. (1998). Curvas Sintéticas Regionalizadas de Intensidad-DuraciónFrecuencia para Colombia. Santafé de Bogotá, Colombia. Gómez, L. (2010). Servicios ambientales en la cuenca del río Güiza: consideraciones para una propuesta de incentivos y mecanismos de compensación como instrumentos para la gobernabilidad y la gestión ambiental del territorio. Trabajo Maestría en Desarrollo Rural. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá D.C. Agosto de 2010 IDEAM. (2013). Memorias ZONIFICACIÓN Y CODIFICACIÓN DE UNIDADES HIDROGRÁFICAS E HIDROGEOLÓGICAS DE COLOMBIA. Zonas Hidrográficas Orinoquia. IDEAM. (2014). Estudio Nacional del Agua. 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