Estudio Hidrológico: Drenaje Vial en Mallama, Nariño

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.
IDEAM - Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, INFORMACIÓN
METEREOLOGICA (http://www.ideam.gov.co/solicitud-de-informacion)
IGAC - INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI, Listado de Servicios Web Geográficos IGAC
(ftp://cartografialibre.igac.gov.co/)
MANUAL DE DRENAJE PARA CARRETERAS. (2009). Ministerio de Transporte, Instituto Nacional de
Vías, Subdirección de Apoyo Técnico.
Municipio de Mallama. (2012). PLAN DE DESARROLLO MUNICIPAL. “Una vez más, vamos en
minga por el desarrollo integral”. Nariño. Colombia.
Proyecto:
JUAN DAVID PAZ
Ing. Ambiental
Nº 52238348375 NRÑ
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