TRABAJO FINAL CUENCAS - FINAL version para imprimir

CALCULO DE CAUDALES METODOS LLUVIA – ESCORRENTIA Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS
HIDRAULICAS
DRENAJE VIAL
Presentado por:
LINA MARIA BOTIA RODRIGUEZ COD. /6100263
JUAN GABRIEL CORREDOR HERRERA COD. /6100266
JUAN SEBASTIAN LÓPEZ NIÑO COD. /6100270
Presentado a:
ING. Bernardo Díaz Orjuela
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
POSGRADO INGENIERIA DE PAVIMENTOS
NOVIEMBRE 18 DEL 2016
BOGOTÁ, D.C
CONTENIDO
1.
OBJETIVOS .................................................................................................................................. 3
1.1.
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................... 3
1.2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS ....................................................................................................... 3
2.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 4
3.
CALCULO DE CAUDAL CUENCA No. 1: ........................................................................................ 5
4.
CALCULO CAUDAL CUENCA No. 2 ............................................................................................ 13
5.
CALCULO CAUDAL CUENCA No. 3 ............................................................................................ 19
6.
CALCULO DE CAUDAL CUENCA No. 4: ...................................................................................... 25
7.
CALCULO DE CAUDAL CUENCA No. 5: ...................................................................................... 32
8.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES FINALES .................................................................... 37
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar las estructuras hidráulicas por los métodos RACIONAL o SOIL CONSERVATION SERVICE teniendo
en cuenta los fenómenos hidrológicos y aspectos físicos que aporta las cuencas en cada estructura, que permita
lograr el funcionamiento del proyecto vial, sin que esto ocasione fallas a futuro, cumpliendo con los periodos de
diseño establecidos.
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar las variables de entrada, tales como, el área de la cuenca, la longitud, el uso de suelo de
cada zona de la cuenca, entre otros, como datos que permitan el análisis de las estructuras hidráulicas
a diseñar.

Utilizar el método de “Lluvia – Escorrentía”, en el cual emplea dos modelos, el racional y el gráfico (Soil
Conservarían Service) que permitirán determinar los valores de los caudales.

Determinar el caudal de diseño de cada cuenca por los dos métodos, con el fin de diseñar las obras
de drenaje vial requeridas para el proyecto vial.

Identificar los procedimientos más adecuados para el dimensionamiento de las obras de drenaje vial
necesarias, de acuerdo con los caudales de diseño.

Verificar técnica y teóricamente que tipo de obras de drenaje vial son las más indicadas, de acuerdo
con las variables inmersas en los estudios de hidrología, hidráulica y socavación, aplicables a la
ingeniería de pavimentos.

Estructurar un criterio técnico en los especialistas de pavimentos, para que tengan un marco
referencial claro de todos los procedimientos realizados para el dimensionamiento de obras de drenaje
vial, dicho criterio permitirá establecer con argumentos reales la pertenencia de una determinada obra
hidráulica.
2. INTRODUCCIÓN
Dentro del diseño de las carreteras, uno de los parámetros más importantes es el manejo de las aguas de
escorrentía superficial, subsuperficial y subterránea, ya que de un correcto manejo de este aspecto se
garantizará un correcto comportamiento del conjunto completo que hace parte de la sección transversal de la
vía, por un lado se garantizará la estabilidad de los taludes, la estabilidad de la estructura del pavimento, un
manejo adecuado del componente ambiental y la seguridad de los usuarios de la vía.
Es por esta razón que conocer y estimar de manera adecuada los caudales para el diseño de las estructuras
de manejo del drenaje es fundamental, ya que de un correcto calculo se permitirá un dimensionamiento de la
estructuras de drenaje, para manejar factores de seguridad adecuada, estabilidad de las obras y así se mitigará
el riesgo de emergencias viales como son la perdida de la banca, patologías en la estructura del pavimento y
accidentalidad.
En el presente informe se presenta el desarrollo del cálculo de los caudales de diseños de 5 cuencas, cuyos
cauces se cruzan con una vía rural en la parte alta de la Localidad de Usaquén, el procedimiento empleado
para el cálculo de los caudales de diseño es el denominado “Lluvia – Escorrentía”, el cual a través de dos
métodos de análisis matemático como son el método grafico y el método racional, permite la determinación de
valores de caudales con insumos básicos como son: la Topografía de las cuencas, valores históricos de
precipitaciones y usos del suelo dentro de cada área.
Además de lo anterior, en el presente informe también se realiza el procedimiento y cálculo de los parámetros
hidráulicos para el dimensionamiento de cada una de las obras de drenaje vial requeridas para los puntos en
donde los cauces de la cuenca se cruzan con la vía, el insumo de esta etapa son los caudales máximos de
diseño calculadas en la etapa anterior, para entregar finalmente como resultado las recomendaciones sobre las
secciones y dimensiones de las obras hidráulicas mas adecuadas para encausar de manera correcta las aguas
y garantizar de esta manera la estabilidad de la vía y seguridad de los usuarios de la misma.
3. CALCULO DE CAUDAL CUENCA No. 1:
METODO GRAFICO

GEOMORFOLOGIA DE LA CUENCA Y EL CAUCE:
Área: 227985,11 m2 = 0.2279 Km2
Longitud total del Cauce: 759,34 m
Pendiente del Cauce:
Para el cálculo de la pendiente del cauce se aplica la siguiente formula:
𝑆 = ( 𝐋𝟏
𝐿
𝐋𝟐
𝐋𝟑
𝐋𝐦
+ + +⋯…
√𝐒𝟏 √𝐒𝟐 √𝐒𝟑
√𝐒𝐦
LONGITUD TOTAL DEL CAUCE
(m)
)^2
TRAMO
COTA SUPERIOR
759,34
COTA
INFERIOR
1
3065
2975
191
0,47
278,25
2
2957
2900
195
0,29
360,67
3
2900
2810
308,6
0,29
571,44
4
2810
0,23
134,50
1344,86
0,32
Li (m)
Si
Li/√S
2795
64,74
SUMATORIA
S DEL CUACE
Tabla 1: Calculo de la pendiente del Cauce
DISTRIBUCION USOS DEL SUELO EN LA CUENCA:
ZONA CUENCA
A
B
C
D
TIPO DE COBERTURA
Bosque condición buena
(%) DE ÁREA EN ZONA
50
Pastos condición mala
50
Bosques condición mala
30
Cultivos condición buena
70
Pastos condición mala
30
residencial > 40 Ha
70
Pastos condición buena
50
Calles pav. Con sardineles
Tabla 2: Distribución uso del suelo en la cuenca
50
CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACION:
Para el cálculo del tiempo de concentración se empleó el método Kirpich (1940), en el cual se establece la
siguiente formula:
Tc= 3,9756*K*L^0.77*S^(-0.385)
Donde:
L= Longitud desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de interés en Km.
S= Pendiente ponderada del Cauce en (m/m)
K = factor en función del tipo del suelo de la superficie de la cueca, según los datos del tipo de cobertura, la
cueca, se realiza la siguiente distribución:
Nota: La estimación del factor “K” de la cuenca No. 1 se realizó de acuerdo con la distribución del uso del suelo
de la tabla 2, en la cual se puede observar que la mayor área de la cuenca predomina la zona “No Urbana”, un
sector de las zonas C y D corresponde a zonas “Urbanas”; de la ecuación 3,5 del libro del Ingeniero Bernardo
Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, se tienen los siguientes valores de K de acuerdo con la anterior aclaración:



Concreto y superficies asfálticas: K= 0,4
Canales en Concreto: K=0,2
Suelos y canales naturales: K=1,0
Zona No Urbana (Tc1):
L= 535.93 = 0.53 Km
K= 1.0
Tc1= 3,9756*(1.0)*(0.53 Km)^0.77*(0.32)^(-0.385)
Tc1= 3.78 h
Zona Urbana (Tc2):
L= 435.79 = 0.43 Km
K= 0.2
Tc1= 3,9756*(0.2)*(0.43 Km)^0.77*(0.32)^(-0.385)
Tc1= 0.64 h
Tiempo de concentración total (Tc)
Tc= Tc1+Tc2
Tc= 3,78+0,64= 4,42 h
CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO POR EL METODO GRAFICO:

Determinación del caudal pico unitario (m3/s/km2/mm): Con el tiempo de concentración calculado, se
ingresa en la figura 3.38 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
q´p= 0,046 m3/s/km2/mm

GRUPO
A
B
B
B
Calculo del Numero de Curva (CN): Datos de CN obtenidos del cuadro 3.9 del Libro del Ingeniero
Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”
TIPO DE COBERTURA
(%) AREA
CN
CN (-)
CNF
AREA DEL
SECTOR EN LA
CUENCA (m2)
Bosques (buena)
50%
25
12,5
46,5
63157,56
Pastos (malo)
50%
68
34
Bosques (mala)
30%
66
19,8
74,4
61407,93
Cultivos (buena)
70%
78
54,6
Pastos (mala)
30%
86
25,8
81,1
36505,36
Residencial (0,40 ha)
70%
79
55,3
Pastos (buena)
50%
80
40
89
66914,26
Calles pav. Con sardineles
50%
98
49
Tabla 3: Calculo Número de Curva CN de acuerdo con distribución de la cuenca
CNF
(%) AREA
CUENCA
CN CUENCA
46,5
0,28
12,88
74,4
0,27
20,04
81,1
0,16
12,99
89
0,29
26,12
SUMATORIA
1,00
72,03
Tabla 4: cálculo del Número de Curva CN de la Cuenca
CN= 72.03 – Condición media de la Cuenca (condición II)
El CN de la cuenca debe ser llevado a la condición III, por lo tanto el CN de la cuenca es:
CN cuenca en condición (III)= 86

DETERMINACION VALOR PRECIPITACIÓN (P): Con el CN de la cuenca en condición (III), se ingresa
en la figura 3.13 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
P= 136 mm

CALCULO DE LA ESCORRENTIA (E):
El valor de E se calcula con la siguiente formula:
(𝑃 − 0.2𝑆)^2
(𝑃 + 0.8𝑆)
𝐸=
𝑆=
𝑆=
25400
-254
𝐶𝑁
25400
-254
86
= 41.35
𝑬=
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎−𝟎.𝟐(𝟒𝟏.𝟑𝟓))^𝟐
=
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎 +𝟎.𝟖 (𝟒𝟏.𝟑𝟓))
96.49
E= 96.49 mm

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo de diseño por el método grafico se emplea la siguiente ecuación:
Q= q´p * A * E
Q= 0.046 m3/s/km2/mm * 0.23 Km2 * 96.49 mm
Q= 1.02 m3/s
METODO RACIONAL
Para el cálculo del caudal por el método racional, se realizaron las siguientes estimaciones:

Determinación periodo de retorno (Fr): El periodo de retorno se requiere en el método racional, ya que
es uno de los parámetros requeridos para determinar el coeficiente de escorrentía de la cuenca; para
estimar el valor del periodo de retorno se verificó la siguiente información:
Periodo de retorno de acuerdo con la serie histórica de datos de precipitación estación “Vizarron”
Precipitación Máxima
m
P
qn n=25
r
Fr (Años)
136,00
1
0,026315789
0,513396834
0,486603166
38
131,20
2
0,052631579
0,258804965
0,741195035
19
129,10
3
0,078947368
0,127970891
0,872029109
12,66666667
118,60
4
0,105263158
0,061998761
0,938001239
9,5
112,50
5
0,131578947
0,029393993
0,970606007
7,6
109,90
6
0,157894737
0,013619449
0,986380551
6,333333333
103,10
7
0,184210526
0,006158181
0,993841819
5,428571429
102,60
8
0,210526316
0,002712948
0,997287052
4,75
99,50
9
0,236842105
0,001162412
0,998837588
4,222222222
98,60
10
0,263157895
0,00048346
0,99951654
3,8
85,80
11
0,289473684
0,000194762
0,999805238
3,454545455
84,40
12
0,315789474
7,5813E-05
0,999924187
3,166666667
81,50
13
0,342105263
2,84387E-05
0,999971561
2,923076923
81,40
14
0,368421053
1,02492E-05
0,999989751
2,714285714
76,90
15
0,394736842
3,53676E-06
0,999996463
2,533333333
75,20
16
0,421052632
1,16406E-06
0,999998836
2,375
68,60
17
0,447368421
3,63825E-07
0,999999636
2,235294118
66,80
18
0,473684211
1,07439E-07
0,999999893
2,111111111
61,00
19
0,5
2,98023E-08
0,99999997
2
59,50
20
0,526315789
7,71299E-09
0,999999992
1,9
57,20
21
0,552631579
1,84771E-09
0,999999998
1,809523811
56,00
22
0,578947368
4,05891E-10
1
1,727272727
46,00
23
0,605263158
8,08521E-11
1
1,652173889
41,50
24
0,631578947
1,44082E-11
1
1,583333361
40,00
25
0,657894737
2,2594E-12
1
1,520000152
39,00
26
0,684210526
3,05451E-13
1
1,461535951
38,00
27
0,710526316
3,46918E-14
1
1,407372428
37,50
28
0,736842105
3,20192E-15
1
1,357249935
36,00
29
0,763157895
2,29865E-16
1
1,309782418
35,00
30
0,789473684
1,20965E-17
1
1
34,80
31
0,815789474
4,29399E-19
1
1
34,00
32
0,842105263
9,10314E-21
1
1
34,00
33
0,868421053
9,54246E-23
1
1
33,70
34
0,894736842
3,60504E-25
1
1
32,30
35
0,921052632
2,71295E-28
1
1
32,00
36
0,947368421
1,07439E-32
1
1
30,00
37
0,973684211
3,20192E-40
1
1
Tabla 5: Estimación periodo de retorno según serie histórica de datos estación Vizarron
Si se tiene en cuenta la precipitación máxima de la serie histórica de datos de la estación Vizarron, el periodo
de retorno debería ser de 38 años, sin embargo, para la estimación final del periodo de retorno, el cual será
aplicable a todas las cuencas del presente proyecto por el método racional, se emplea la siguiente información
del Manual de Drenaje para Carreteras del Instituto Nacional de Vías – Invias y del Libro del Ingeniero Bernardo
Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”:
Tabla 6: Periodos de retorno de diseño en obras de drenaje vial - Manual de Drenaje para Carreteras del
Instituto Nacional de Vías - Invias1
Periodos de retorno recomendados en el Libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, pagina 3812:




Cunetas= 10 años
Alcantarillas= 25 años
Box Coulvert y pontones= 50 años
Puentes= 100 años
De acuerdo con lo anterior, teniendo en cuenta que las obras a diseñar del presente proyecto, corresponden a
obras hidráulicas transversales a la vía, se establece como periodo de retorno para el presente proyecto 25
años.

Datos generales para el método racional:
Área de la Cuenca (A)= 0,23 Km2
Tiempo de Concentración (Tc)= 4,42 horas = 265,2 min
Periodo de retorno (Tr)= 25 años
 Calculo de coeficiente de escorrentía (C):
Teniendo en cuenta que la pendiente media del cauce es del 32 %, se identifica que la pendiente media de la
cuenca es mayor al 7%, por lo cual se emplean los siguientes valores para el cálculo de C en función del uso
del suelo del cuadro 3.15 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela “Drenaje Pluvial” :
1
Manual de Drenaje para Carreteras del Instituto Nacional de Vías – Invias – Tabla 2.8
2
Drenaje Pluvial - Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela pag. 3-81
ÁREA
A1
A2
A3
A4

USO DEL
SUELO
bosques
pastos
bosques
cultivos
pastos
residencial
pastos
calles
(%) DEL
ÁREA
C
C * ÁREA
EQUIVALENTE
SUMATORIA C
DEL ÁREA
EQUIVALENTE
50%
0,45
0,225
0,455
50%
0,46
0,23
30%
0,45
0,135
0,471
70%
0,48
0,336
30%
0,46
0,138
0,754
70%
0,88
0,616
50%
0,46
0,23
0,66
50%
0,86
0,43
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA DE LA CUENCA - C
Tabla 7: Calculo de C de la cuenca
(%) DEL ÁREA
TOTAL
CUENCA
C DE LA
CUENCA
0,28
0,13
0,27
0,13
0,16
0,12
0,29
0,19
Calculo de la Intensidad I: Con el valor de tiempo de concentración y el periodo de retorno de 25 años,
se determina la Intensidad con ayuda de la figura 3,8 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela:
I= 32 mm/h

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo del caudal de diseño por el método racional se emplea la siguiente ecuación:
Q=
Q=
𝐂+𝐈∗𝐀
𝟑,𝟔
𝐦𝐦
∗𝟎,𝟐𝟑𝐊𝐦𝟐
𝐡
𝟎,𝟓𝟕+𝟑𝟐
𝟑,𝟔
= 1,16 m3/s
Q= 1, 16 m3/s

Selección caudal de diseño para obra hidráulica transversal:
Una vez analizados los caudales obtenidos tanto por el método racional como por el método gráfico, con el
propósito de evitar incertidumbres y obtener las obras de drenaje transversal más adecuadas en condiciones
de un evento máximo de lluvias, se define como caudal de diseño el siguiente:
Q= 1,16 m3/s
DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS CUENCA No. 1

Dimensionamiento alcantarilla: El dimensionamiento de la alcantarilla se realiza con base en lo
establecido en el numeral 5.6.6 “Procedimiento para la seleccionar las dimensiones de la alcantarilla”
del libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela.
1. Datos de diseño:
Caudal de diseño: Q= 1,16 m3/s
Q25= 1,45 m3/s
0,57
Longitud aproximada de la alcantarilla: 11 metros, teniendo en cuenta que la vía es de calzada sencilla
bidireccional de 3,5 mts cada carril, berma-cuneta en cada de borde de 1,5 mts y se estima 1,0 mt para
seguridad en calculo y sobre ancho de la vía.
Pendiente de la alcantarilla: 2 %: se adopta esta valor de acuerdo con lo establecido en el Manual de drenaje
del Invias, Numeral 4.4. 6.3. = 0,02 m/m
Pridimensionamiento del diámetro de la alcantarilla circular:
A= Q/3 = A= 1,16 m3/s/3= 0,38 m2
0,38 𝑚2
𝜋
A= π*r^2 = 0,38 m2= π*r^2 = r= √
= 0,34 m = D= 0,68 m
D= 0,925 * Q^0,4 = 0,925* (1,16 m3/s)^0,4= 0,98 m
Altura de carga (H): 0,32 m: Se obtiene del grafico No. 5,10 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela, para
alcantarillas circulares de hormigón escurriendo llenas.
Profundidad crítica (Hc)= 0,52 m: se obtiene del grafico 5,17 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela, para
alcantarillas circulares.
n= 0,012
Calculo profundidad de entrada (He)= de la figura No. 5,3 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela se
calcula lo siguiente con tipo de conducto (3):
𝐻𝑒
= 0,94
𝐷
He= 0,94*0,98m = 0,92 m
Como He>Hc, se debe asumir un diámetro mayor u otra sección, para este caso asumimos un diámetro de 1,07
metros y se recalcula:
He= 0,59
Velocidad del flujo= Q= V*A
𝑄
V= 𝐴 =
1,16 𝑚3/𝑠
=
1,76 𝑚2
0,65 m/s
H= 1,75 * Hc = 1,75 * 0,52= 0,91 m
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 0,52∗1,5
= 2 =0,39=
2
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 0,52∗0,98
=
=0,25=
2
2
Hs2
Hs1
A continuación se presenta el resumen de los parámetros calculados para determinar el diámetro y sección de
la alcantarilla No. 1
DATOS HIDROLOGICOS Y DEL CAUCE
Q1 (m3/s)
Q2 (m3/s)
1,16
1,45
CONTROL DE
DESCRIPCIÓN DE LA
ALCANTARILLA
CONTROL DE SALIDA
Hc+D/2
he (m)
(m)
He= H+H1+LI
He
VELOCIDAD
LI He DETERMINANT DE SALIDA
E
m/s
(m) (m)
Q1 (m3/s)
DIAMETRO
(m)
He/D
He (m)
Ke
H(m)
Circular en concreto prefabricado
1,16
0,98
0,94
0,92
0,2
0,32
1,2
0,65
0,25
0,65 0,22 1,12
1,12
1,54
Circular en concreto prefabricado
1,45
1,07
0,8
0,86
0,2
1,02
0,56
1,08
0,39
0,70 0,22 1,31
1,31
1,60
Hs (m)
H1
OBSERVACIONES
He excesivo, se recomienda
un diametro de 1,4 metros
Recomendaciones: Para el caso de la cuenca No.1 se recomienda una alcantarilla circular con diámetro de 1,4 metros, sección con la cual se suplen todas las
características del flujo, el dimensionamiento y características de las alcantarillas es el siguiente:



Alcantarilla circular en concreto prefabricado
Diámetro recomendado 1,4 metros
Alcantarilla con control de entrada y de salida
4. CALCULO CAUDAL CUENCA No. 2
METODO GRAFICO

GEOMORFOLOGIA DE LA CUENCA Y EL CAUCE:
Área: 697.792,66 m2 = 0,6978 Km2
Longitud total del Cauce: 1.574,72 m
Pendiente del Cauce:
Para el cálculo de la pendiente del cauce se aplica la siguiente formula:
𝑆 = ( 𝐋𝟏
𝐿
𝐋𝟐
𝐋𝟑
𝐋𝐦
+ + +⋯…
√𝐒𝟏 √𝐒𝟐 √𝐒𝟑
√𝐒𝐦
)^2
LONGITUD TOTAL DEL CAUCE
(m)
1574,72
COTA
COTA SUPERIOR
INFERIOR
Li (m)
Si
3065
3010
185,89
0,30
3010
2970
117,02
0,34
2970
2920
95,58
0,52
2920
2880
174,93
0,23
2880
2830
235,33
0,21
2830
2780
278,58
0,18
2780
2750
206,18
0,15
2750
2707
281,21
0,15
SUMATORIA
S DEL CAUCE
Tabla No 8: Calculo de la pendiente de la Cuenca.
TRAMO
1
2
3
4
5
6
7
8
Li/√S
341,75
200,15
132,15
365,82
510,54
657,57
540,52
719,14
3467,63
0,21
DISTRIBUCION USOS DEL SUELO EN LA CUENCA NUMERO 2:
ZONA CUENCA
A
B
C
D
TIPO DE COBERTURA
(%) DE ÁREA EN ZONA
Bosque condición buena
40
Bosques condición mala
60
Cultivos condición buena
70
Hacienda
30
Tierra sin afirmar
15
Cereales - Terrazas a nivel
45
residencial > 0.40 Ha
40
Pradera
50
Bosques condición mala
50
Tabla No 9: Determinación usos del suelo
CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACION:
A continuación se realizara la distribución de la cuenca para determinar el tiempo de concentración.
Zona No Urbana (Tc1):
L= 723,51 m = 0.72 Km
K= 1.0
Tc1= 3,9756*(1.0)*(0.72 Km)^0.77*(0.21)^(-0.385)
Tc1= 5,63 h
Zona Urbana (Tc2):
L= 839,07 = 0.84 Km
K= 0.2
Tc2= 3,9756*(0.2)*(0.84 Km)^0.77*(0,21)^(-0.385)
Tc1= 1,27 h
Tiempo de concentración total (Tc)
Tc= Tc1+Tc2
Tc= 5,63+1,27= 6,90 h
CALCULO DE CAUDAL CUENCA No 2 DE DISEÑO POR EL METODO GRAFICO:
A continuación se determinara el Numero de Curva (CN): Datos de CN obtenidos del cuadro 3.9 del Libro del
Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial” para la cuenca No 2.
GRUPO
A
D
D
A
TIPO DE COBERTURA
(%) AREA
CN
CN (-)
CNF
Bosque condición buena
40
25
10
37
Bosques condición mala
60
45
27
Cultivos condición buena
70
89
62,3
88,1
Hacienda
30
86
25,8
Tierra sin afirmar
15
89
13,35
Cereales - Terrazas a nivel
45
81
36,45
83,4
residencial > 0.40 Ha
40
84
33,6
Pradera
50
30
15
37,5
Bosques condición mala
50
45
22,5
Tabla No 10: Calculo Número de Curva CN de acuerdo con distribución de la cuenca
AREA DEL
SECTOR EN
LA CUENCA
(m2)
107953,7
187753,62
292556,28
109529,05
Se calcula el CN de la cuenca No 2, siendo de 70,28
CNF
(%) AREA
CUENCA
CN CUENCA
37
0,15
5,72
88,1
0,27
23,70
83,4
0,42
34,97
37,5
0,16
5,89
SUMATORIA
1,00
70,28
Tabla No 11: cálculo del Número de Curva CN de la Cuenca
CN= 70.28 = 70 – Condición media de la Cuenca (condición II)
El CN de la cuenca debe ser llevado a la condición III, por lo tanto el CN de la cuenca es:
CN cuenca en condición (III)= 85

DETERMINACION VALOR PRECIPITACIÓN (P): Con el CN de la cuenca en condición (III), se ingresa
en la figura 3.13 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
P= 136 mm

CALCULO DE LA ESCORRENTIA (E):
El valor de E se calcula con la siguiente formula:
(𝑃 − 0.2𝑆)^2
(𝑃 + 0.8𝑆)
𝐸=
𝑆=
𝑆=
𝑬=
25400
-254
𝐶𝑁
25400
-254
85
= 44,82
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎−𝟎.𝟐(𝟒𝟒,𝟖𝟐))^𝟐
=
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎 +𝟎.𝟖 (𝟒𝟒,𝟖𝟐))
93,91
E= 93,91 mm

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo de diseño por el método grafico se emplea la siguiente ecuación:
Q= q´p * A * E
Q= 0.030 m3/s/km2/mm * 0,6978 Km2* 93,91 mm
Q= 1,97 m3/s
METODO RACIONAL
Para el cálculo del caudal por el método racional, se realizaron las siguientes estimaciones:
ÁREA
A1
A2
A3
A4

(%) DEL
ÁREA
USO DEL SUELO
C
C * ÁREA
EQUIVALENTE
SUMATORIA C
DEL ÁREA
EQUIVALENTE
Bosque
40%
0,45
0,18
0,456
Bosques
60%
0,46
0,28
Cultivos
70%
0,48
0,34
0,468
Hacienda
30%
0,44
0,13
Tierra sin afirmar
15%
0,49
0,07
Cereales - Terrazas a
45%
0,49
0,22
0,47
nivel
residencial > 0.40 Ha
40%
0,44
0,18
Pradera
50%
0,46
0,23
0,455
Bosques
50%
0,45
0,23
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA DE LA CUENCA - C
Tabla No 12: Calculo de C de la cuenca
(%) DEL
ÁREA
C DE LA
TOTAL CUENCA
CUENCA
0,15
0,07
0,27
0,13
0,42
0,20
0,16
0,07
Calculo de la Intensidad I: Con el valor de tiempo de concentración y el periodo de retorno de 25
años, se determina la Intensidad con ayuda de la figura 3,8 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz
Orjuela:
I= 10 mm/h
NOTA: En la gráfica de la curva I-D-F para calcular la intensidad con tiempo de retorno y tiempo de
concentración, en el cual este último es de 414 min. Se logra determinar por la tendencia de la curva ya que
dentro de la gráfica no se encuentra este valor.

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo del caudal de diseño por el método racional se emplea la siguiente ecuación:
Q=
Q=
𝐂+𝐈∗𝐀
𝟑,𝟔
𝐦𝐦
∗𝟎,𝟔𝟗𝟕𝟖 𝐊𝐦𝟐
𝐡
𝟎,𝟒𝟔+𝟏𝟎
𝟑,𝟔
= 2, 01 m3/s
Q= 2, 01 m3/s

Selección caudal de diseño para obra hidráulica transversal:
Una vez analizados los caudales obtenidos tanto por el método racional como por el método gráfico, con el
propósito de evitar incertidumbres y obtener las obras de drenaje transversal más adecuadas en condiciones
de un evento máximo de lluvias, se define como caudal de diseño el siguiente:
Q= 2, 01 m3/s
0,46
DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS CUENCA No. 2

Dimensionamiento alcantarilla: El dimensionamiento de la alcantarilla se realiza con base en lo
establecido en el numeral 5.6.6 “Procedimiento para la seleccionar las dimensiones de la alcantarilla”
del libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela.
1. Datos de diseño:
Caudal de diseño: Q= 2,01 m3/s
Q25= 2,4 m3/s
Longitud aproximada de la alcantarilla: 11 metros, teniendo en cuenta que la vía es de calzada sencilla
bidireccional de 3,5 mts cada carril, berma-cuneta en cada de borde de 1,5 mts y se estima 1,0 mt para
seguridad en calculo y sobre ancho de la vía.
Pendiente de la alcantarilla: 2 %: se adopta esta valor de acuerdo con lo establecido en el Manual de drenaje
del Invias, Numeral 4.4. 6.3. = 0,02 m/m
Pridimensionamiento del diámetro de la alcantarilla circular:
A= Q/3 = A= 2,01 m3/s/3= 0,67 m2
0,67 𝑚2
𝜋
A= π*r^2 = 0,67 m2= π*r^2 = r= √
= 0,46 m = D= 0,92 m
D= 0,925 * Q^0,4 = 0,925* (2,01 m3/s)^0,4= 1,22 m
Altura de carga (Ho): 1,01 m: Se obtiene del grafico No. 5,10 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela, para
alcantarillas circulares de hormigón escurriendo llenas.
Profundidad crítica (Hc)= 0,78 m: se obtiene del grafico 5,17 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela, para
alcantarillas circulares.
n= 0,012
Calculo profundidad de entrada (He)= de la figura No. 5,3 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela se
calcula lo siguiente con tipo de conducto (3):
𝐻𝑒
= 2
𝐷
He= 2*0,92 m = 1,84
Como He>Hc, se debe asumir un diámetro mayor u otra sección, para este caso asumimos un diámetro de 1,6
metros y se recalcula:
He=1,12
Velocidad del flujo= Q= V*A
𝑄
V= 𝐴 =
2,01 𝑚3/𝑠
=
1,76 𝑚2
3,02 m/s
H= 1,75 * Hc = 1,75 * 0,78= 1,36 m
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 0,78∗0,92
=
=0,35=
2
2
Hs1
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 0,78∗1,22
= 2 =0,47=
2
Hs2
Hs=1,0 *
𝑉2
=
2𝑔
1*
3,02
=
20
0,15
A continuación se presenta el resumen de los parámetros calculados para determinar el diámetro y sección de la alcantarilla No. 2
DATOS HIDROLOGICOS Y DEL CAUCE
Q1 (m3/s)
Q2 (m3/s)
2,01
2,4
CONTROL DE
DESCRIPCIÓN DE LA
ALCANTARILLA
Q1 (m3/s)
DIAMETRO
(m)
He/D
He (m)
CONTROL DE SALIDA
Ke
H(m)
Hc+D/2
he (m)
(m)
He= H+H1+LI
Hs (m)
H1
He
VELOCIDAD
LI He DETERMINANT DE SALIDA
E
m/s
(m) (m)
Circular en concreto prefabricado
2,01
0,92
2
1,84
0,2
1,36
0,46
1,70
0,35
0,62 0,22 1,19
1,84
3,02
Circular en concreto prefabricado
2,4
1,60
0,65
1,04
0,2
1,02
0,56
1,01
0,47
0,96 0,22 1,65
1,65
1,19
OBSERVACIONES
He elevado, se recomienda
una alcantarilla circular de
mínimo 1,7 metros, para
manejar incertidumbres, de
igual forma se recomienda
otra seccion, puede ser una
rectangular
Recomendaciones: Para el caso de la cuenca No.1 se recomienda una alcantarilla circular con diámetro de 1,4 metros, sección con la cual se suplen todas las
características del flujo, el dimensionamiento y características de las alcantarillas es el siguiente:



Alcantarilla circular en concreto prefabricado
Diámetro recomendado 1,6 metros
Alcantarilla con control de entrada y de salida
5. CALCULO CAUDAL CUENCA No. 3
METODO GRAFICO

GEOMORFOLOGIA DE LA CUENCA Y EL CAUCE:
Área: 641.370,75m2 = 0,64 Km2
Longitud total del Cauce: 1.376,45m
Pendiente del Cauce:
Para el cálculo de la pendiente del cauce se aplica la siguiente fórmula:
𝑆 = ( 𝐋𝟏
𝐿
𝐋𝟐
𝐋𝟑
𝐋𝐦
+ +⋯…
√𝐒𝟏 √𝐒𝟐 √𝐒𝟑
√𝐒𝐦
+
)^2
LONGITUD TOTAL DEL CAUCE
(m)
TRAMO
1
2
3
4
5
6
7
1376,45
COTA
COTA SUPERIOR
INFERIOR
Li (m)
Si
3019
2960
187,15
0,32
2960
2910
86,05
0,58
2910
2860
191,2
0,26
2860
2810
184,67
0,27
2810
2750
213,12
0,28
2750
2700
249,65
0,20
2700
2660
264,61
0,15
SUMATORIA
S DEL CUACE
Tabla No 13: Calculo de la pendiente de la Cuenca.
Li/√S
333,32
112,89
373,89
354,90
401,66
557,84
680,58
2815,09
0,24
DISTRIBUCION USOS DEL SUELO EN LA CUENCA NUMERO 3:
ZONA CUENCA
A
B
TIPO DE COBERTURA
(%) DE ÁREA EN ZONA
Parque - Malas condiciones
70
Pavimentadas con sardineles
30
y drenajes de aguas lluvias
zonas Industriales
80
Pastos condición mala
20
Tabla No 14: Determinación usos del suelo
CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACION:
A continuación se realizara la distribución de la cuenca para determinar el tiempo de concentración.
Zona No Urbana (Tc1):
L= 533,21 m = 0.53 Km
K= 1.0
Tc1= 3,9756*(1.0)*(0.53 Km)^0.77*(0.24)^(-0.385)
Tc1= 4,22 h
Zona Urbana (Tc2):
L= 1.175,35 = 1,17 Km
K= 0.2
Tc2= 3,9756*(0.2)*(1,17 Km)^0.77*(0,24)^(-0.385)
Tc1= 1,55 h
Tiempo de concentración total (Tc)
Tc= Tc1+Tc2
Tc= 4,24+1,55= 5,76 h
CALCULO DE CAUDAL CUENCA No 2 DE DISEÑO POR EL METODO GRAFICO:
A continuación se determinara el Numero de Curva (CN): Datos de CN obtenidos del cuadro 3.9 del Libro del
Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial” para la cuenca No 2.
GRUPO
D
D
TIPO DE COBERTURA
(%) AREA
CN
CN (-)
CNF
AREA
DEL
SECTOR
EN LA
CUENCA
(m2)
Parque - Malas condiciones
70
84
58,8
Pavimentadas con
88,2
420199,91
sardineles y drenajes de
30
98
29,4
aguas lluvias
zonas Industriales
80
93
74,4
92,2
221170,94
Pastos condición mala
20
89
17,8
Tabla No 15: Calculo Número de Curva CN de acuerdo con distribución de la cuenca
Se calcula el CN de la cuenca No 3, siendo de 89,58
CNF
(%) AREA
CUENCA
CN
CUENCA
88,2
0,66
57,79
92,2
0,34
31,79
SUMATORIA
1,00
89,58
Tabla No 16: cálculo del Número de Curva CN de la Cuenca
CN= 89,58= 90– Condición media de la Cuenca (condición II)
El CN de la cuenca debe ser llevado a la condición III, por lo tanto el CN de la cuenca es:
CN cuenca en condición (III)= 96

DETERMINACION VALOR PRECIPITACIÓN (P): Con el CN de la cuenca en condición (III), se ingresa
en la figura 3.13 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
P= 136 mm

CALCULO DE LA ESCORRENTIA (E):
El valor de E se calcula con la siguiente fórmula:
(𝑃 − 0.2𝑆)^2
(𝑃 + 0.8𝑆)
𝐸=
𝑆=
𝑆=
𝑬=
25400
-254
𝐶𝑁
25400
-254
96
= 10,58
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎−𝟎.𝟐(𝟒𝟒,𝟖𝟐))^𝟐
=
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎 +𝟎.𝟖 (𝟒𝟒,𝟖𝟐))
124,08
E= 124,08 mm

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo de diseño por el método grafico se emplea la siguiente ecuación:
Q= q´p * A * E
Q= 0.033 m3/s/km2/mm * 0, 64 Km2* 124, 08 mm
Q= 2,62 m3/s
METODO RACIONAL
Para el cálculo del caudal por el método racional, se realizaron las siguientes estimaciones:
ÁREA
A1
A2

(%) DEL
ÁREA
USO DEL SUELO
C
C * ÁREA
EQUIVALENTE
SUMATORIA C
DEL ÁREA
EQUIVALENTE
Parque - Malas condiciones
70
0,49
0,343
Pavimentadas con
sardineles y drenajes de
30
0,86
0,258
aguas lluvias
zonas Industriales
80
0,88
0,704
Pastos condición mala
20
0,46
0,092
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA DE LA CUENCA - C
Tabla No 17: Calculo de C de la cuenca
(%) DEL
ÁREA C DE LA
TOTAL CUENCA
CUENCA
0,601
0,66
0,39
0,796
0,34
0,27
Calculo de la Intensidad I: Con el valor de tiempo de concentración y el periodo de retorno de 25
años, se determina la Intensidad con ayuda de la figura 3,8 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz
Orjuela:
I= 12 mm/h
NOTA: En la gráfica de la curva I-D-F para calcular la intensidad con tiempo de retorno y tiempo de
concentración, en el cual este último es de 345.6 min. Se logra determinar por la tendencia de la curva ya que
dentro de la gráfica no se encuentra este valor.

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo del caudal de diseño por el método racional se emplea la siguiente ecuación:
Q=
Q=
𝐂+𝐈∗𝐀
𝟑,𝟔
𝐦𝐦
∗0,64 𝐊𝐦𝟐
𝐡
𝟎,𝟔𝟕+𝟏𝟐
𝟑,𝟔
= 2, 32 m3/s
Q= 2, 32 m3/s

Selección caudal de diseño para obra hidráulica transversal:
Una vez analizados los caudales obtenidos tanto por el método racional como por el método gráfico, con el
propósito de evitar incertidumbres y obtener las obras de drenaje transversal más adecuadas en condiciones
de un evento máximo de lluvias, se define como caudal de diseño el siguiente:
Q= 2,62 m3/s
0,67
DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS CUENCA No. 3

Dimensionamiento alcantarilla: El dimensionamiento de la alcantarilla se realiza con base en lo
establecido en el numeral 5.6.6 “Procedimiento para la seleccionar las dimensiones de la alcantarilla”
del libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela.
1. Datos de diseño:
Caudal de diseño: Q= 2,62 m3/s
Q25= 3,2 m3/s
Longitud aproximada de la alcantarilla: 11 metros, teniendo en cuenta que la vía es de calzada sencilla
bidireccional de 3,5 mts cada carril, berma-cuneta en cada de borde de 1,5 mts y se estima 1,0 mt para
seguridad en calculo y sobre ancho de la vía.
Pendiente de la alcantarilla: 2 %: se adopta esta valor de acuerdo con lo establecido en el Manual de drenaje
del Invias, Numeral 4.4. 6.3. = 0,02 m/m
Pridimensionamiento del diámetro de la alcantarilla circular:
A= Q/3 = A= 2,62 m3/s/3= 0,87 m2
0,87 𝑚2
𝜋
A= π*r^2 = 0,87 m2= π*r^2 = r= √
= 0,52 m = D= 1,47 m
D= 0,925 * Q^0,4 = 0,925* (2,62 m3/s)^0,4= 1,35 m
Altura de carga (Ho): 1,6 m: Se obtiene del grafico No. 5,10 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela, para
alcantarillas circulares de hormigón escurriendo llenas.
Profundidad crítica (Hc)= 0,92 m: se obtiene del grafico 5,17 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela, para
alcantarillas circulares.
n= 0,012
Calculo profundidad de entrada (He)= de la figura No. 5,3 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela se
calcula lo siguiente con tipo de conducto (3):
𝐻𝑒
= 1,6
𝐷
He= 1,6*1,05 m = 1,68
Como He>Hc, se debe asumir un diámetro mayor u otra sección, para este caso asumimos un diámetro de 2
metros y se recalcula:
𝐻𝑒
= 0,55
𝐷
He= 2*0,55 m = 0,81
Velocidad del flujo= Q= V*A
𝑄
V= 𝐴 =
2,62 𝑚3/𝑠
=
0,84 𝑚2
3,11 m/s
H=1,75*Hc=1,75*0,92=1,61m
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 0,92∗1,05
= 2 =0,96=
2
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 0,92∗1,47
= 2 =0,62
2
𝑉2
Hs=1,0 * 2𝑔= 1*
3,11
=
20
Hs1
Hs2
0,16
A continuación se presenta el resumen de los parámetros calculados para determinar el diámetro y sección de la alcantarilla No. 3
DATOS HIDROLOGICOS Y DEL CAUCE
Q1 (m3/s)
Q2 (m3/s)
2,62
3,2
CONTROL DE
DESCRIPCIÓN DE LA
ALCANTARILLA
Circular en concreto prefabricado
Circular en concreto prefabricado
CONTROL DE SALIDA
Q1 (m3/s)
DIAMETRO
(m)
He/D
He (m)
Ke
H(m)
2,62
1,05
1,6
1,68
0,2
1,6
3,2
1,47
0,55
0,81
0,2
0,21
Hc+D/2
he (m)
(m)
0,61
0,74
1,49
1,10
He= H+H1+LI
Hs (m)
0,96
0,62
H1
He
VELOCIDAD
LI He DETERMINANT DE SALIDA
E
m/s
(m) (m)
0,69 0,22 1,87
0,90 0,22 1,74
1,865
1,74
OBSERVACIONES
3,03
1,88
Con el fin de manejar la
velocidad del flujo a la salida,
se recomienda un diametro
de 2 metros, ya que con D=
1,47 se baja bastante la
velocidad, con D= 2 se
manejan los parametros
hidraulicos de alturas
minimas
Recomendaciones: Para el caso de la cuenca No.1 se recomienda una alcantarilla circular con diámetro de 1,4 metros, sección con la cual se suplen todas las
características del flujo, el dimensionamiento y características de las alcantarillas es el siguiente:



Alcantarilla circular en concreto prefabricado
Diámetro recomendado 2 metros
Alcantarilla con control de entrada y de salida
6. CALCULO DE CAUDAL CUENCA No. 4:
METODO GRAFICO

GEOMORFOLOGIA DE LA CUENCA Y EL CAUCE:
Área: 281574.60 m2 = 0.2815 Km2
Longitud total del Cauce: 759,34 m
Pendiente del Cauce:
Para el cálculo de la pendiente del cauce se aplica la siguiente formula:
𝑆 = ( 𝐋𝟏
𝐿
𝐋𝟐
𝐋𝟑
𝐋𝐦
+ +⋯…
√𝐒𝟏 √𝐒𝟐 √𝐒𝟑
√𝐒𝐦
LONGITUD TOTAL DEL CAUCE
(m)
TRAMO
COTA SUPERIOR
+
1035,8
COTA
INFERIOR
)^2
Li (m)
Si
Li/√S
1
2950
2900
68,02
0,74
79,34
2
2900
2850
96,23
0,52
133,50
3
2850
2800
72,46
0,69
87,23
4
2800
2750
89,22
0,56
119,18
5
2750
2700
168,08
0,30
308,17
6
2700
2650
241,63
0,21
531,18
7
2650
2615
300,16
SUMATORIA
S DEL CUACE
Tabla 18: Calculo de la pendiente del Cauce
0,12
879,01
2137,61
0,23
DISTRIBUCION USOS DEL SUELO EN LA CUENCA:
ZONA CUENCA
A
B
C
TIPO DE COBERTURA
Comerciales
(%) DE ÁREA EN ZONA
50
Pastos condición mala
50
Cultivos líneas condición buena
100
Bosque de Roble condición regular
50
Junípero condición mala
50
Tabla 19: Distribución uso del suelo en la cuenca
CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACION:
Para el cálculo del tiempo de concentración se empleó el método Kirpich (1940), en el cual se establece la
siguiente formula:
Tc= 3,9756*K*L^0.77*S^(-0.385)
Donde:
L= Longitud desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de interés en Km.
S= Pendiente ponderada del Cauce en (m/m)
K = factor en función del tipo del suelo de la superficie de la cueca, según los datos del tipo de cobertura, la
cueca, se realiza la siguiente distribución:
Nota: La estimación del factor “K” de la cuenca No. 4 se realizó de acuerdo con la distribución del uso del suelo
de la tabla X, en la cual se puede observar que la mayor área de la cuenca predomina la zona “No Urbana”, un
sector de la zonas A corresponde a zonas “Urbanas”; de la ecuación 3,5 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz
Orjuela “Drenaje Pluvial”, se tienen los siguientes valores de K de acuerdo con la anterior aclaración:



Concreto y superficies asfálticas: K= 0,4
Canales en Concreto: K=0,2
Suelos y canales naturales: K=1,0
Zona No Urbana (Tc1):
L= 698,87 = 0.698 Km
K= 1.0
Tc1= 3,9756*(1.0)*(0.53 Km)^0.77*(0.23)^(-0.385)
Tc1= 5.30 h
Zona Urbana (Tc2):
L= 640,94 = 0.64 Km
K= 0.2
Tc1= 3,9756*(0.2)*(0.43 Km)^0.77*(0.23)^(-0.385)
Tc1= 0.99 h
Tiempo de concentración total (Tc)
Tc= Tc1+Tc2
Tc= 5.30+0.99= 6.30 h
CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO POR EL METODO GRAFICO:

Determinación del caudal pico unitario (m3/s/km2/mm): Con el tiempo de concentración calculado, se
ingresa en la figura 3.38 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
q´p= 0,033 m3/s/km2/mm

Calculo del Numero de Curva (CN): Datos de CN obtenidos del cuadro 3.9 del Libro del Ingeniero
Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”
GRUPO
ZONA
DE
CUENCA
C
A
B
B
C
C
TIPO DE COBERTURA
(%)
AREA
CN
CN (-)
Comerciales
50%
94
47
Pastos condición mala
50%
86
43
Cultivos líneas condición
buena
100%
75
75
Bosque de Roble condición
regular
50%
73
36,5
CNF
AREA DEL
SECTOR EN LA
CUENCA (m2)
90
117315,91
75
67731,86
83
96526,83
Junípero condición mala
50%
93
46,5
Tabla 20: Calculo Número de Curva CN de acuerdo con distribución de la cuenca
CNF
(%) AREA
CUENCA
CN CUENCA
90
0,42
37,50
75
0,24
18,04
83
0,34
28,45
SUMATORIA
1,00
83,99
Tabla 21: cálculo del Número de Curva CN de la Cuenca
CN= 83.99 – Condición media de la Cuenca (condición II)
El CN de la cuenca debe ser llevado a la condición III, por lo tanto el CN de la cuenca es:
CN cuenca en condición (III)= 93

DETERMINACION VALOR PRECIPITACIÓN (P): Con el CN de la cuenca en condición (III), se ingresa
en la figura 3.13 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
P= 131 mm

CALCULO DE LA ESCORRENTIA (E):
El valor de E se calcula con la siguiente formula:
(𝑃 − 0.2𝑆)^2
(𝑃 + 0.8𝑆)
𝐸=
𝑆=
𝑆=
𝑬=
25400
-254
𝐶𝑁
25400
-254
93
= 19.11
(𝟏𝟑𝟏 𝒎𝒎−𝟎.𝟐(𝟏𝟗.𝟏𝟏))^𝟐
=
(𝟏𝟑𝟏 𝒎𝒎 +𝟎.𝟖 (𝟏𝟗.𝟏𝟏))
110.56
E= 110.56 mm

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo de diseño por el método grafico se emplea la siguiente ecuación:
Q= q´p * A * E
Q= 0.033 m3/s/km2/mm * 0.28 Km2 * 110.56 mm
Q= 1.02 m3/s
METODO RACIONAL

Datos generales para el método racional:
Área de la Cuenca (A)= 0,2815 Km2
Tiempo de Concentración (Tc)= 6.30 horas = 378 min
Periodo de retorno (Tr)= 25 años
 Calculo de coeficiente de escorrentía (C):
Teniendo en cuenta que la pendiente media del cauce es del 23 %, se identifica que la pendiente media de la
cuenca es mayor al 7%, por lo cual se emplean los siguientes valores para el cálculo de C en función del uso
del suelo del cuadro 3.15 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela “Drenaje Pluvial” :
ÁREA
USO DEL
SUELO
(%) DEL
ÁREA
C
C * ÁREA
EQUIVALENTE
SUMATORIA C
DEL ÁREA
EQUIVALENTE
(%) DEL ÁREA
TOTAL
CUENCA
C DE LA
CUENCA
A1
Comerciales
pastos
50%
50%
0,88
0,46
0,44
0,23
0,67
0,42
0,28
A2
cultivos
100%
0,48
0,48
0,48
0,24
0,12
A3
bosques
100%
0,45
0,45
0,45
0,34
0,15
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA DE LA CUENCA - C
Tabla 22: Calculo de C de la cuenca
0,55

Calculo de la Intensidad I: Con el valor de tiempo de concentración y el periodo de retorno de 25
años, se determina la Intensidad con ayuda de la figura 3,8 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz
Orjuela:
I= 15 mm/h

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo del caudal de diseño por el método racional se emplea la siguiente ecuación:
Q=
Q=
𝐂+𝐈∗𝐀
𝟑,𝟔
𝐦𝐦
∗𝟎,𝟐𝟖𝐊𝐦𝟐
𝐡
𝟎,𝟓𝟓+𝟏𝟓
𝟑,𝟔
= 0.64 m3/s
Q= 0.64 m3/s

Selección caudal de diseño para obra hidráulica transversal:
Una vez analizados los caudales obtenidos tanto por el método racional como por el método gráfico, con el
propósito de evitar incertidumbres y obtener las obras de drenaje transversal más adecuadas en condiciones
de un evento máximo de lluvias, se define como caudal de diseño el siguiente:
Q= 1,02 m3/s
DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS CUENCA No. 4

Dimensionamiento alcantarilla: El dimensionamiento de la alcantarilla se realiza con base en lo
establecido en el numeral 5.6.6 “Procedimiento para la seleccionar las dimensiones de la alcantarilla”
del libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela.
1. Datos de diseño:
Caudal de diseño: Q= 1,02 m3/s
Q25= 1,28 m3/s
Longitud aproximada de la alcantarilla: 11 metros, teniendo en cuenta que la vía es de calzada sencilla
bidireccional de 3,5 mts cada carril, berma-cuneta en cada de borde de 1,5 mts y se estima 1,0 mt para
seguridad en calculo y sobre ancho de la vía.
Pendiente de la alcantarilla: 2 %: se adopta esta valor de acuerdo con lo establecido en el Manual de drenaje
del Invias, Numeral 4.4. 6.3. = 0,02 m/m
Pridimensionamiento del diámetro de la alcantarilla circular:
A= Q/3 = A= 1,02 m3/s/3= 0,34 m2
0,34 𝑚2
𝜋
A= π*r^2 = 0,34 m2= π*r^2 = r= √
= 0,32 m = D= 0,65 m
D= 0,925 * Q^0,4 = 0,925* (1,02 m3/s)^0,4= 0,93 m
Altura de carga (Ho): 0,27 m: Se obtiene del grafico No. 5,10 del libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela, para
alcantarillas circulares de hormigón escurriendo llenas.
Profundidad crítica (Hc)= 0,56 m: se obtiene del grafico 5,17 del libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela, para
alcantarillas circulares.
n= 0,012
Calculo profundidad de entrada (He)= de la figura No. 5,3 del libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela se
calcula lo siguiente con tipo de conducto (3):
𝐻𝑒
= 0,85
𝐷
He= 0,85*0,65 m = 0,55
Como He>Hc, se debe asumir un diámetro mayor u otra sección, para este caso asumimos un diámetro de 1,2
metros y se recalcula:
𝐻𝑒
= 0,68
𝐷
He= 1,2*0,68 m = 0,81
Velocidad del flujo= Q= V*A
𝑄
V= 𝐴 =
1,02 𝑚3/𝑠
=
0,32 𝑚2
3,18 m/s
H=1,75*Hc=1,75*0,56=0,98m
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 056∗0,65
= 2 =0,18=
2
Hs= H1 =
𝐻𝑐∗𝐷 0,56∗0,93
= 2 =0,26
2
𝑉2
Hs=1,0 * 2𝑔= 1*
3,18
=
20
Hs1
Hs2
0,15
A continuación se presenta el resumen de los parámetros calculados para determinar el diámetro y sección de
la alcantarilla No. 4
DATOS HIDROLOGICOS Y DEL CAUCE
Q1 (m3/s)
Q2 (m3/s)
1,02
1,28
CONTROL DE
DESCRIPCIÓN DE LA
ALCANTARILLA
Circular en concreto prefabricado
Circular en concreto prefabricado
CONTROL DE SALIDA
Q1 (m3/s)
DIAMETRO
(m)
He/D
He (m)
Ke
H(m)
1,02
0,93
0,85
0,79
0,2
1,36
1,28
1,02
0,68
0,69
0,2
0,81
Hc+D/2
he (m)
(m)
0,23
0,29
1,20
1,10
He= H+H1+LI
Hs (m)
0,18
0,26
H1
He
VELOCIDAD
LI He DETERMINANT DE SALIDA
E
m/s
(m) (m)
0,63 0,22 1,03
0,67 0,22 1,15
1,025
1,15
OBSERVACIONES
1,50
1,56
Se recomienda una
alcantarilla de D= 1,2 metros,
con la cual se manejan las
características del flujo a la
entrada y la salida
Recomendaciones: Para el caso de la cuenca No.1 se recomienda una alcantarilla circular con diámetro de 1,4 metros, sección con la cual se suplen todas las
características del flujo, el dimensionamiento y características de las alcantarillas es el siguiente:



Alcantarilla circular en concreto prefabricado
Diámetro recomendado 1,2 metros
Alcantarilla con control de entrada y de salida
7. CALCULO DE CAUDAL CUENCA No. 5:
METODO GRAFICO

GEOMORFOLOGIA DE LA CUENCA Y EL CAUCE:
Área: 227044.12 m2 = 0.227 Km2
Longitud total del Cauce: 885.72 m
Pendiente del Cauce:
Para el cálculo de la pendiente del cauce se aplica la siguiente formula:
𝐿
𝑆 = ( 𝐋𝟏
𝐋𝟐
𝐋𝟑
𝐋𝐦
+ + +⋯…
√𝐒𝟏 √𝐒𝟐 √𝐒𝟑
√𝐒𝐦
LONGITUD TOTAL DEL CAUCE
(m)
1
COTA SUPERIOR
2804
885,72
COTA
INFERIOR
2750
2
2750
3
2700
4
2650
TRAMO
)^2
Li (m)
Si
Li/√S
174,07
0,31
312,53
2700
138,79
0,36
231,23
2650
179,87
0,28
341,16
2605
392,99
SUMATORIA
S DEL CUACE
Tabla 23: Calculo de la pendiente del Cauce
0,11
1161,36
2046,28
0,19
DISTRIBUCION USOS DEL SUELO EN LA CUENCA:
ZONA CUENCA
TIPO DE COBERTURA
(%) DE ÁREA EN ZONA
A
Hacienda
100
Zona industrial
70
Pastos condición mala
Tabla 24: Distribución uso del suelo en la cuenca
30
B
CALCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACION:
Para el cálculo del tiempo de concentración se empleó el método Kirpich (1940), en el cual se establece la
siguiente formula:
Tc= 3,9756*K*L^0.77*S^(-0.385)
Donde:
L= Longitud desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de interés en Km.
S= Pendiente ponderada del Cauce en (m/m)
K = factor en función del tipo del suelo de la superficie de la cueca, según los datos del tipo de cobertura, la
cueca, se realiza la siguiente distribución:
Nota: La estimación del factor “K” de la cuenca No. 4 se realizó de acuerdo con la distribución del uso del suelo
de la tabla X, en la cual se puede observar que la mayor área de la cuenca predomina la zona “Urbana”, un
sector de la zonas A y B corresponde a zonas “No Urbanas”; de la ecuación 3,5 del libro del Ingeniero Bernardo
Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, se tienen los siguientes valores de K de acuerdo con la anterior aclaración:



Concreto y superficies asfálticas: K= 0,4
Canales en Concreto: K=0,2
Suelos y canales naturales: K=1,0
Zona No Urbana (Tc1): En la hacienda existen canales revestidos con concreto.
L= 477.42 = 0.477 Km
K= 0.2
Tc1= 3,9756*(0.2)*(0.47 Km)^0.77*(0.19)^(-0.385)
Tc1= 0.84 h
Zona Urbana (Tc2):
L= 517.13 = 0.51 Km
K= 0.2
Tc1= 3,9756*(0.2)*(0.51 Km)^0.77*(0.19)^(-0.385)
Tc1= 0.89 h
Tiempo de concentración total (Tc)
Tc= Tc1+Tc2
Tc= 0.84+0.89= 1.73 h
CALCULO DE CAUDAL DE DISEÑO POR EL METODO GRAFICO:

Determinación del caudal pico unitario (m3/s/km2/mm): Con el tiempo de concentración calculado, se
ingresa en la figura 3.38 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
q´p= 0,095 m3/s/km2/mm

Calculo del Numero de Curva (CN): Datos de CN obtenidos del cuadro 3.9 del Libro del Ingeniero
Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”
ZONA
DE
TIPO DE COBERTURA
CUENCA
GRUPO
A
A
D
B
(%)
AREA
CN
CN (-)
CNF
AREA DEL
SECTOR EN LA
CUENCA (m2)
(%) AREA
CUENCA
Hacienda
100%
59
59
59
140028,41
0,62
Zona Industrial
70%
93
65,1
91,8
87015,51
Pastos condición mala
30%
89
26,7
Tabla 25: Calculo Número de Curva CN de acuerdo con distribución de la cuenca
0,38
CNF
(%) AREA
CUENCA
CN CUENCA
59
0,62
36,39
91,8
0,38
35,18
SUMATORIA
1,00
71,57
Tabla 26: cálculo del Número de Curva CN de la Cuenca
CN= 71.57 – Condición media de la Cuenca (condición II)
El CN de la cuenca debe ser llevado a la condición III, por lo tanto el CN de la cuenca es:
CN cuenca en condición (III)= 86

DETERMINACION VALOR PRECIPITACIÓN (P): Con el CN de la cuenca en condición (III), se ingresa
en la figura 3.13 del Libro del Ingeniero Bernardo Diaz Orjuela “Drenaje Pluvial”, con la cual se
determina el siguiente valor:
P= 136 mm

CALCULO DE LA ESCORRENTIA (E):
El valor de E se calcula con la siguiente formula:
(𝑃 − 0.2𝑆)^2
(𝑃 + 0.8𝑆)
𝐸=
𝑆=
𝑆=
𝑬=
25400
-254
𝐶𝑁
25400
-254
86
= 41.34
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎−𝟎.𝟐(𝟒𝟏.𝟑𝟒))^𝟐
=
(𝟏𝟑𝟔 𝒎𝒎 +𝟎.𝟖 (𝟒𝟏.𝟑𝟒))
96.50
E= 96.50 mm

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo de diseño por el método grafico se emplea la siguiente ecuación:
Q= q´p * A * E
Q= 0.095 m3/s/km2/mm * 0.227 Km2 * 96.50 mm
Q= 2.08 m3/s
METODO RACIONAL

Datos generales para el método racional:
Área de la Cuenca (A)= 0,227 Km2
Tiempo de Concentración (Tc)= 1.73 horas = 103.8 min
Periodo de retorno (Tr)= 25 años
 Calculo de coeficiente de escorrentía (C):
Teniendo en cuenta que la pendiente media del cauce es del 19 %, se identifica que la pendiente media de la
cuenca es mayor al 7%, por lo cual se emplean los siguientes valores para el cálculo de C en función del uso
del suelo del cuadro 3.15 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz Orjuela “Drenaje Pluvial” :
ÁREA
USO DEL
SUELO
(%) DEL
ÁREA
C
C * ÁREA
EQUIVALENTE
SUMATORIA C
DEL ÁREA
EQUIVALENTE
(%) DEL ÁREA
TOTAL
CUENCA
C DE LA
CUENCA
A1
Hacienda
100%
0,46
0,46
0,46
0,62
0,29
0,68
0,51
A2

Zona Industrial
Pastos
70%
0,88
0,616
0,754
30%
0,46
0,138
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA DE LA CUENCA - C
Tabla 27: Calculo de C de la cuenca
Calculo de la Intensidad I: Con el valor de tiempo de concentración y el periodo de retorno de 25
años, se determina la Intensidad con ayuda de la figura 3,8 del Libro del Ingeniero Bernardo Díaz
Orjuela:
I= 75 mm/h

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO:
Para el cálculo del caudal de diseño por el método racional se emplea la siguiente ecuación:
Q=
Q=
𝐂+𝐈∗𝐀
𝟑,𝟔
𝐦𝐦
∗𝟎,𝟐𝟐𝟕𝐊𝐦𝟐
𝐡
𝟎𝟖𝟎+𝟕𝟓
𝟑,𝟔
= 3.78 m3/s
Q= 3.78 m3/s

Selección caudal de diseño para obra hidráulica transversal:
Una vez analizados los caudales obtenidos tanto por el método racional como por el método gráfico, con el
propósito de evitar incertidumbres y obtener las obras de drenaje transversal más adecuadas en condiciones
de un evento máximo de lluvias, se define como caudal de diseño el siguiente:
Q= 3.78 m3/s
0,80
DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS CUENCA No. 5
Para el caso de la cuenca 3, por las características del flujo y debido a que el caudal aportado tiene una
velocidad de flujo bastante elevada debido a la superficie de la cuenca, se recomienda una sección rectangular
tipo Box Coulvert, bajo los siguientes parámetros:
Caudal de Diseño= 3,78 m3/s
𝑄2
3,782
Yc=√ 𝑔𝑏2= Yc=√ 10∗2𝑚 ^2= 0,43
𝑄2
3,78^2
H= 1,75*( 𝑔∗𝑏2)^(1/3)= H= 1,75* *( 10∗2^2)^(1/3)=1,24
H= 1,24
Teniendo en cuenta los procesos constructivos y secciones comerciales de las alcantarillas de cajón, en vista
del caudal calculado y las dimensiones de H, Yc y b, se recomienda una alcantarilla de cajón de las siguientes
especificaciones:



b= 2 metros
H= 1,5
Longitud= 11 metros
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES FINALES

Revisadas las obras de drenaje requeridas para los cruces con la vía de cada una de las cuencas, el
dimensionamiento requerido contempla todos los parámetros hidráulicos tanto del flujo, como de las
características de drenaje necesarias, sin embargo es indispensable realizar una revisión con los
diámetros comerciales de los principales productores; a continuación se hace un resumen de las obras
de drenaje superficial requeridas:
CUENCA APORTANTE
CAUDAL (m3/s)
Sección Hidráulica calculada
Sección comercial recomendada
1
1,16
Circular D= 1,4 m
Concreto D= 60 pulgadas
2
2,01
Circular D= 1,6 m
Concreto D= 72 pulgadas
3
2,62
Circular D= 2,0 m
Concreto D= 84 pulgadas
4
1,02
Circular D= 1,2 m
Concreto D= 48 pulgadas
5
3,78
Cajón de de 2 x 1,24 m
Cajón de 2 x 1,5 Box Coulvert
Tabla 28: Resumen obras hidráulicas requeridas

Revisadas las características hidrológicas y topográficas de las cuencas, se recomienda un manejo de
las áreas aferentes entre estas, es decir en donde ambas cuencas comparten aportes de caudal, el
diseño y construcción de cunetas, que tengan su descarga en otra cuenta revestida con concreto al
borde de la vía respectivo y a su vez están entreguen en alguna de las alcantarillas diseñadas en el
presenten informe.

Se realizó alguna revisión bibliográfica, en la cual se identificó que por lo general las alcantarillas
circulares son diseñadas y dimensionadas para caudales menores a 1 m3/s, cuando los caudales
superan dicho valor, lo mas recomendado es una sección rectángulas tipo Box Coulvert, esto se debe
a que la disponibilidad comercial de las tuberías de grandes diámetros es limitada en algunas zonas;
en el presente informe la mayoría de los caudales superan 1 m3/s, sin embargo en las 4 primeras
cuencas se manejaron alcantarillas circulares de grandes diámetros, los cuales comercialmente se
consiguen, pero en un ejercicio práctico y real, por economía y facilidad constructiva, las secciones
circulares deben ser cambiadas por rectangulares.

Para el cálculo de los caudales de diseño por los métodos de lluvia escorrentía consignados en el
presente informe, se tomaron arbitrariamente unas curvas IDF, que no corresponden precisamente a
la zona de Usaquén, razón por la cual es necesario aclarar por ser un ejercicio académico fue
calculado de dicha manera, para un ejercicio real, es fundamental emplear las curvas IDF de la zona
en donde se desarrolla el proyecto.