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ESTUDIO Y DISEO OBRAS HIDRULICAS
DE LAS VAS MARSELLA EL TRBOL SECTOR PUENTE SAN FRANCISCO K2+000
AL
K4+000 Y EL TRBOL EL LAGO SECTOR LA ESTRELLA K0+000 AL
K2+000
DEPTO. DE CALDAS
DISEO
ING. JORGE ALONSO ARISTIZABAL
ESPECIALISTA EN MANEJO DE RECURSOS HIDRULICOS
ING. JAVIER ERNESTO DUSSN MEDINA
ING. LUIS GONZAGA MONTES GALVIS
MANIZALES, JULIO DE 2008
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TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIN.
2. OBJETIVOS Y ALCANCE.
2.1. OBJETIVO.
2.2. ALCANCE.
3. METODOLOGA.
3.1. BIBLIOGRAFA EXISTENTE.
3.2. TRABAJO DE CAMPO.
3.3. TRABAJO DE OFICINA.
4. HIDROLOGA E HIDRULICA.
4.1. HIDROLOGA.
4.1.1. Cuenca del Ro Cauca
4.1.2. Cuenca del Ro Pozo
4.1.3. Cuenca del Ro Pcora
4.1.4. Lneas de drenaje que cruzan la va.
4.2. PRECIPITACIN.
4.3. INVENTARIO DE OBRAS
4.4. DISEO DE OBRAS HIDRAULICAS PARA LA VA
4.4.1 Obras Transversales tipo alcantarilla.
4.4.2 Filtros.
4.4.3 Cunetas.4.4.4 Box Culverts.
4.4.5 Descoles.
4.5. OBRAS PROPUESTAS.
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
ANEXOS
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1. INTRODUCCIN.
El agua se considera como el principal causante de desastres en
vas a media
ladera, caracterstica intrnseca en las va del departamento de
Caldas, y no es
la excepcin la va entre El Lago con El Trbol, objeto de este
estudio, ms
precisamente entre los sectores puente de san francisco K2+000
al K4+000 y la
Estrella K0+000 al K2+000, de tal manera el estudio hidrolgico e
hidrulico del
corredor representa una condicin inherente en la construccin
y
pavimentacin de una va, donde el manejo del agua permitir que
la
estructura implementada sobre la ella alcance una mayor
durabilidad.
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2. OBJETIVOS Y ALCANCE.
2.1. OBJETIVO.
Proyectar y dar una solucin plausible para el diseo de obras y
el manejo de
aguas de escorrenta sobre el corredor vial entre El Lago y El
Trbol en los
sectores puente de san francisco K2+000 al K4+000 y la Estrella
K0+000 al
K2+000, con capacidades hidrulicas satisfactorias que evitar el
deterioro de
la estructura de pavimento y los taludes a su alrededor.
2.2. ALCANCE.
Continuar con la intervencin de la va que comunica los el sector
del El Lago
y El Trbol, con lo cual se busca mejorar las condiciones de la
regin tanto en
sus actividades comerciales como en las condiciones de vida de
la
poblacin, y la posibilidad de interactuar con otras regiones de
manera ms
rpida y segura.
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3. METODOLOGA.
3.1.BIBLIOGRAFA EXISTENTE.
Se consult la bibliografa relacionada de manera directa y
existente de la
zona, con el fin de obtener una primera aproximacin de la misma.
Para tal fin
se consult; la Agenda para la Gestin Ambiental del Municipio de
Chinchina,
Corpocaldas y la pagina web del municipio de Chinchina.
3.2. TRABAJO DE CAMPO.
Se realiz un recorrido sobre el tramo en cuestin, y se
identificaron las obras de
drenaje existentes con su abscisa exacta, mediante el
levantamiento
topogrfico realizado con anterioridad.
3.3. TRABAJO DE OFICINA.
Mediante planos del municipio de Chinchina, se realiz la
delimitacin de las
microcuencas, definiendo las lneas de drenaje que cruzan la
va.
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4. HIDROLOGA E HIDRULICA.
4.1. HIDROLOGA.
El rea de estudio se localiza en una zona rural del municipio de
Chinchina,
destinada para el cultivo de caf, pltano y la ceba de ganado. La
zona
corresponde a laderas de pendiente media a baja.
Hace parte de la cuenca del ri San Francisco que a su vez hace
parte de la
cuenca del ri Cauca.
A nivel local, se tiene que los drenajes que inciden en el
sector, son los que lo
atraviesa el carreteable, los cuales han sido intervenidos y
llenados, sobresale
como drenaje principal la quebrada la Estrella a la altura del
sector del Trbol.
4.1.1. Cuenca del Ro Cauca
Es la segunda fuente hdrica ms representativa del pas; nace en
el macizo
Colombiano y desemboca en el ro Magdalena en el departamento de
Bolvar.
En el departamento de Caldas colecta las aguas de la vertiente
occidental de
la cordillera central y de la vertiente oriental de la
cordillera occidental. Efecta
su recorrido por un can profundo que sirve de lmite entre
losmunicipios de Manizales y Anserma; en su trayecto por Manizales
recorre la
vereda Kilmetro 41, donde recibe las aguas del ro Chinchin y la
quebrada
Llano Grande.
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4.1.2. Cuenca del ri San Francisco
Nace en la parte norte del departamento de Risaralda, sirve de
lmite
occidental del municipio de Chinchina con el departamento de
Risaralda,
desemboca en el rio Cauca en la vereda la Esmeralda.
4.1.3. Microcuenca de la quebrada la Estrella.
Nace en la vereda Alto del grito, en una zona donde predominan
los cultivos de caf y
pltano. Despus de recorrer cinco kilmetros desemboca en el rio
Campoalegre.
4.2. CLIMA.
La zona de estudio se encuentra localizada en el flanco
occidental de la
cordillera central y se ubica en la clasificacin del clima de
Kppen (1918),
como H, que corresponde a clima vertical o de montaa, cuya
temperatura
desciende con la altitud y lluvias mayores en barlovento, la
vegetacin es
bosque hmedo montano bajo y bosque muy hmedo montano bajo.
Segn
su altura sobre el nivel del mar, el rea de estudio se encuentra
entre los 1000 y
los 2000 msnm Histricamente el clima de la zona presenta dos
perodos secos:
El primero se manifiesta entre los meses de Diciembre-Febrero y
el segundo
entre J unio-Agosto. De igual forma existen dos perodos
lluviosos bien
diferenciados, producindose altas precipitaciones de Abril a
Mayo y de
Octubre a Noviembre; segn datos suministrados por diferentes
estaciones
meteorolgicas de la zona. La prec ipitacin anual oscila entre
los 1500 y 2800
mm/ao.
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4.3. PRECIPITACIN.
Para el clculo de la precipitac in media y su intensidad se
utiliz el histograma
de una estac in Pluviomtrica cercana a la zona de estudio y las
curvas de
intensidad duracin frecuencia para el municipio de Chinchina
(Obtencin de
curvas Intensidad Duracin Frecuencia para el departamento de
Caldas).
ECUACIN CURVAS IDF PARA EL MUNICIPIO DE CHINCHINA.
48.0
12.0
)4(
312
+=
T
Tr
I
Donde: I intensidad en mm/hora
Tr periodo de retorno en aos
T tiempo en minutos
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El clculo de los caudales que se muestra en el captulo anterior
para cada una
de las lneas de drenaje se desarroll de la manera que sigue,
implementando
la ecuac in de intensidad ya descrita
4.4. INVENTARIO DE OBRAS
Realizado el recorrido sobre la va se elabor el inventario de
obras hidrulicas,
en el cuadro anexo se presenta la clasificacin y localizacin de
las obras
existentes.
Tramo 1.VA EL TRBOL - SAN FRANCISCO
ABSCISA OBRA ESTADO RECOMENDACIN
K 2+000 K 2+250 NO HAY OBRAS
K 2+350 TRASVERSAL 24" BUENO Limpieza
K 2+350 CANAL ESCALONADO 1.0*1.0 M BUENO Construir enrocado en
eldescole
K 2+490 BOX CULVERT 1.2*1.2 M REGULARRecalce piso box y
construir
enrocado en el descole
K 2+535 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 2+950 BOX CULVERT 1.2*1.2 M REGULARRecalce piso box y
construir
enrocado en el descole
K 3+170 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 3+190 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 3+205 TRASVERSAL 24" COLMATADALimpieza, construir enrocado
en
el descole
K 3+315 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
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ABSCISA OBRA ESTADO RECOMENDACIN
K 3+430 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 3+500 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 3+596 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 3+708 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 3+780 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
TRAMO 2. VA LA ESTRELLA - LA FLORESTA
ABSCISA OBRA ESTADO RECOMENDACIN
K 0+000 K 0+250 NO HAY OBRAS
K 0+255 TRASVERSAL 36" BUENO Limpieza
K 0+255 CANAL ESCALONADO 1.0*1.0 M BUENOConstruir enrocado en
el
descole
K 0+470 TRASVERSAL 24" COLMATADA Limpieza, construir enrocado
enel descole
K 0+500 TRASVERSAL 24" COLMATADALimpieza, construir enrocado
en
el descole
K 0+750 k 1+250 NO HAY OBRAS
K 1+370 TRASVERSAL 24" BUENOLimpieza, construir enrocado en
el descole
K 1+620 TRASVERSAL 24" COLMATADALimpieza, construir enrocado
en
el descole
K 1+900 BOX CULVERT 1.5*1.5 M BUENO Limpieza, construir enrocado
enel descole
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4.5. DISEO DE OBRAS HIDRULICAS PARA LA VA
Para el diseo de las obras hidrulicas de la va se consideraron
los siguientes
parmetros:
Periodo de retorno para el clculo de las estructuras 50 aos.
Duracin de la lluvia Segn zona evaluada.
El clculo del caudal de diseo se realiz bajo el mtodo racional
para lo cual,
se tuvo en cuenta el agua de escorrenta sobre el pavimento y el
agua de
escorrenta proveniente del talud aledao a la va.
4.5.1 Obras Transversales tipo alcantarilla.
Inicialmente se propone que la longitud ms amplia entre dos de
estas
estructuras es de 192 m, y se comparar con la capacidad
hidrulica para una
tubera de 24, pues la totalidad de las obras encontradas en la
va representan
este dimetro, y si su capacidad es mayor que el caudal que
escurre hacia ella
se considerar apta, de lo contrario se propondrn obras
intermedias del mismo
tipo hasta lograr que la capacidad de la alcantarilla cumpla.
Tambin puede
ocurrir el taponamiento de alguna estructura lo que incurrir en
la acumulacin
de agua y basuras hac ia la siguiente, pero se comprob mediante
clculos quela estructura adyacente puede controlar las aguas si se
conserva como
longitud ms amplia entre estructuras 192.0 m.
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Ancho de la Banca 7.60 m
Ancho del Talud (General) 50.0 m
Coeficiente de escorrenta pavimento 1.0
Coeficiente de escorrenta ladera 0.5
Pendiente 2 % - 5%
El caudal de diseo se calcular teniendo en cuenta tanto el rea
aferente de
la ladera adyacente al talud, como la media banca en el
pavimento, que se
supone escurre por el bombeo hacia la cuneta y posteriormente a
la
alcantarilla u obra transversal. De tal manera que para el tramo
ms critico con
una longitud de 192 m, el caudal de diseo es de aproximadamente
de 249
l/seg.
Figura 1. Algunas de las alcantarilla han perdido su
funcionalidad debido al
taponamiento y a la falta de mantenimiento peridico, dichas
obras deben ser
recuperadas y adaptadas nuevamente, para servir en la
construccin del
nuevo pavimento.
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En todos los casos ya sea por reposicin o construccin de una
nueva, el
dimetro mnimo de alcantarilla es de 36. La capacidad para
estas
alcantarillas es de 2600 l/seg. Superior al caudal de diseo
producido por el
rea aferente.
Figura 2. Detalle Descole tubera de 24 de dimetro
4.5.2 Filtros.
Este tipo de obra debe plantearse a toda la longitud de la va,
bajo los taludes
superiores, para poder controlar las aguas de infiltracin y las
aguas freticas,
con lo que se lograr evitar la entrada de humedad daina en el
pavimento. Se
plantea en una seccin de 0.5 m de ancho por 1.2 m de profundidad
y tubera
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de 4, el cual generar una capacidad hidrulica igual a 28 lt/seg.
(ver
memorias de clculo).
4.5.3 Cunetas.
La va cuenta en gran parte del trayecto con cunetas en tierra y
concreto que
debido a los intensos inviernos y a la acumulacin de basura han
ido perdiendo
su forma y su capacidad hidrulica, zonas donde existe pavimento
se pueden
encontrar tambin cunetas en concreto, sin embargo igualmente
deterioradas
y en longitudes cortas, como se puede observar en el inventario
anteriormente
enlistado.
Figura 3.Se observa el estado general de la va y en general el
estado de lascunetas, la cuales se encuentran invadidas por los
rastrojos y pastos.
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La importancia de construir cunetas, radica en el manejo y
direccionamiento
de las aguas de escorrenta, dainas para el pavimento. El tipo de
cuneta a
disponer ser vehicular en concreto. La capacidad para la cuneta
vehicular es
de 257 l/seg, para una pendiente del 4%, con lo que se demuestra
que su
capacidad es apta, debido que el caudal de diseo es de 149.4
l/seg, con los
parmetros establec idos para el diseo de las alcantarillas.
Las cunetas se realizarn en toda la longitud de la va, salvo
donde se requieran
obras especiales, pero nunca con una capacidad inferior a la de
este tipo de
cuneta.
4.5.4 Box Culverts.
Sobre los 4 Km de va que competen al presente informe se
encuentran
diferentes alcantarillas de cajn o box culverts, con secciones
variadas, de las
cuales nos interesa evaluar las ms crticas, definidas ellas como
las que
evac uan lneas de drenaje establecidas.
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Figura 4.Panormica de uno de los Box Culvert que pasan por la
va
4.5.5 Descoles.
En las zonas de mayor escarpe, zonas deforestadas o con
pendientes altas y
que el agua descole directamente al talud se deben construir
enrocados con
ligante de aproximadamente de 20 ml para evitar la erosin del
terreno.
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4.6. OBRAS PROPUESTAS.
Para el manejo de las aguas de escorrenta y de infiltracin
generadas sobre la
va se propone la construccin de las siguientes obras:
- Cunetas tipo vehicular.
- Alcantarillas.
- Descoles.
- Filtros.
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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
La estimacin de la intensidad de lluvias, para las vas de
estudio, se realiz,
mediante la ecuacin general para el clculo de la intensidad para
el
municipio de Chinchina, buscando con ello representar de manera
ms real
las condiciones de cada sector.
Las alcantarillas cuentan con un dimetro mnimo de 24, Para la
longitud
entre transversales se tom como distancia mxima 200 m que se
considera
conservadora, y que en caso de taponamientos de la obra, sus
obras
contiguas puedan evacuar sin riesgo las aguas acumuladas en el
trayecto,
de tal forma que todas las alcantarillas existentes deben ser
recuperadas.
Las obras de drenaje y obras de arte que van a permanecer en la
nueva va
deben someterse a limpiezas y revisiones peridicas, para que
puedan
perdurar con la estructura de pavimento y se deben construir
descoles tales
como enrocados con ligante para proteger el terreno sobre el
cual
desembocan sus aguas, del efecto daino de la erosin
Se propone en todas las alcantarillas de cajn, construir un
recalce en
concreto en el fondo, para mejorar el estado de las estructuras,
para el caso
que requieran una mayor intervencin, se detallan en el anexo de
accionesa desarrollar.
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ANEXOS
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MEMORIAS DE CLCULO
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DETALLE DE OBRAS
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ANLISIS HIDRULICO OBRAS EXISTENTES Y OBRAS PROPUESTAS
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![Quecantenlosni Os 1 2 1 1 [1][1][1][1][1]. J.L.Perales](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5583ffd7d8b42a79268b47a7/quecantenlosni-os-1-2-1-1-11111-jlperales.jpg)
