INTRODUCCION

En un proyecto de reubicación de cauces y escorrentías, la parte que comprende el diseño de los canales, si bien es cierto que son de vital importancia los caudales factor clave en el diseño y el más importante en un proyecto de estos, es un parámetro que se obtiene sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante la conjunción de la relación agua – suelo y la hidrología, de manera que cuando se trata de una planificación de canales, el diseñador tendrá una visión más amplia y será más eficiente, motivo por lo cual el ingeniero Civil destaca y predomina en un proyecto de diseño de canales.

La problemática que embarga este proyecto es que debido a las precipitaciones pluviales muy intensas y permanentes en la temporada de invierno y parte del verano se producen inundaciones de las viviendas aledañas al cauce de la cuenca sobre la zona, tornándose intransitable y dañando las construcciones existentes. Producto del arrastre de residuos se genera también olores nauseabundo siendo un grave riesgo con peligro de focos infecciosos.

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OBJETIVOS

Objetivo General

El Objetivo del presente proyecto es mejorar las condiciones de vida de los

pobladores del sector en estudio.

Objetivos específicos

Construcción de una infraestructura para la canalización de las aguas

provenientes del drenaje pluvial.

Determinar el caudal máximo o caudal de diseño para el cauce dado en el

sector EL BAJO DON JUAN – COLOSO, SUCRE

Crear de las curvas de intensidad- duración frecuencia con los datos

recopilados de la estación meteorológica de la universidad de sucre.

Mejorar el ornato de esta parte de la ciudad, puesto que con el funcionamiento

del sistema de drenaje las aguas provenientes de las precipitaciones pluviales

ya no discurrirán por las calles, más bien por un canal y que será evacuado al

drenaje perteneciente a su cauce natural.

Mitigar el riesgo de generación de enfermedades infecto contagioso.

JUSTIFICACION

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Es muy relevante realizar estudios de este tipo, permiten conocer mejor las condiciones del terreno, las variaciones geográficas, el comportamiento de las aguas lluvias al formar vertientes, y los puntos en donde se encuentran los caudales más críticos.

Este estudio complementa con las precipitaciones, para con este valor diseñar todas las infraestructuras correspondientes o necesarias para garantizar una buena movilidad, al circular por la zona en estudio.

Es necesario evaluar la funcionalidad del canal o canales ya existentes, de acuerdo a las precipitaciones promedios, y así considerar si estamos frente a un diseño aceptable que garantice buen comportamiento ante eventos de lluvia que alcance este valor critico, de no ser así presentar las recomendaciones necesarias para mejorar el diseño. El estudio se enfoca básicamente, a la de canalización, ya que encontramos en la zona un gran porcentaje de la longitud del caudal principal sin canalizar, y mediante este estudio poder determinar la sección de canal correspondiente para los volúmenes de agua a conducir.

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LOCALIZACION

El estudio hidrológico para la construcción de un canal en el proyecto MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO DE LA VIA EL BAJO DON JUAN – LAS PIEDRAS COLOSO, fue realizado en el sector del bajo don juan corregimiento del municipio de coloso del departamento de sucre, ubicado a 459546,17m E y 1045797,96Mm N .

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1. METODO RACIONAL

Descripción Cobertura Textura Pendiente Área (Ha)Zona rural Pasto Arcillosa pesada 6% 3

Árboles – Bosque Arcillosa pesada 10% 2.5

Zona Urbana

Casas individuales Franco Arenoso 3% 2.5Zonas verdes (parques) Franco Arenoso 1% 1.

Vías internas Pavimento 2% 0.5Patios Arcillosa pesada 0.5% 0.5

1.1. Cálculo del Coeficiente de Escorrentía

Se hallan los valores del los coeficientes de escorrentías, teniendo en cuenta la cobertura, textura y/o pendiente.

C1=0.55

C2=0.50

C3=0.50

C4=0.25

C5=0.95

C6=0.25

El coeficiente de escorrentía ponderado estará dado por:

C=C1 A1+C2 A2+C3 A3+C4 A4+C5 A5+C6 A6

A1+A2+A3+A4+A5+A6

C=(0.55×3 )+(0.50×2.5 )+(0.50×2.5 )+ (0.25×1 )+(0.95×0.5 )+(0.25×0.5)

3+2.5+2.5+1+0.5+0.5

C=0.5

1.2. Cálculo del Tiempo de Concentración

T c=0.0195[ L3∆ H ]0.385

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Teniendo en cuenta que el cauce principal del arroyo en la cuenca tiene una longitud de 2500 metros (2.5 km) con una pendiente promedio de 0.04 m/m, lo cual nos permite determinar la diferencia de nivel del cauce principal ∆ H .

0.04= 2. 2924°

Entonces:

∆ H=2500×sen2.2924 °

∆ H=100m

Luego, reemplazando en la anterior ecuación:

T c=0.0195[ 25003100 ]0.385

T c=27Minutos

1.3. Cálculo de la Intensidad máxima de precipitación

A continuación se presentan las máximas precipitaciones diarias de la estación de la Universidad de Sucre:

VALORES MAXIMOS MENSUALES DE PRECIPITACION (mms) EN 24 HORASAño Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic PMA2007 0.0 36.0 5.5 57.5 78.0 53.0 37.0 39.0 38.0 41.0 30.5 53.5 78.02008 1.5 9.4 24.5 29.5 46.0 55.0 32.5 52.5 54.5 31.0 46.5 3.6 55.02009 33.0 3.5 18.0 133.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 133.02010 0.0 17.0 32.5 29.0 37.0 29.0 40.0 61.5 50.0 35.5 18.5 83.0 83.02011 5.8 21.0 56.0 50.0 36.0 0.0 37.5 62.0 0.0 0.0 0.0 0.0 62.0

La intensidad de la lluvia se calcula seleccionando un tiempo de retorno (10 años) en las curvas de Intensidad-Frecuencia-Duración, haciendo esta última igual al T c

1.3.1. Cálculo de la curva de Intensidad – Frecuencia – Duración

Para el cálculo de las curvas se usa la siguiente ecuación dada por el ministerio de vías y transporte.

I=∝×Tr b×Pd

( t60 )c

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Donde a = 24.85; b = 0.22; c=0.5; d= 0.1

P = Precipitación máxima promedio anual

La Precipitación máxima promedio anual corresponde a:

P=78.0+55.0+133.0+83.0+62.05

=82.2

Con la ecuación de Intensidad calculamos las respectivas intensidades para un tiempo de retorno, variando el t en minutos y así obtenemos la curva para ese tiempo de retorno. Luego, hacemos lo mismo, para otro tiempo de retorno.

Es decir, para un Tiempo de retorno Tr = 5 años, se tiene:

I=∝×Tr b×Pd

( t60 )c

Variando t, para 10, 30, 40, 50…. 390

I=24.85×50.22×82.20.1

( 1060 )0.5 =134.8mm /hora

I=24.85×50.22×82.20.1

( 2060 )0.5 =95.3mm /hora

I=24.85×50.22×82.20.1

( 3060 )0.5 =77.8mm /hora

I=24.85×50.22×82.20.1

( 4060 )0.5 =67.4mm/hora

I=24.85×50.22×82.20.1

( 5060 )0.5 =60.3mm /hora

I=24.85×50.22×82.20.1

( 39060 )0.5 =21.6mm /hora

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Los cálculos se encuentra en el archivo Excel adjunto: “curvas I-D-F”, aquí la tabla de resultados y las curvas:

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Tr 5 Tr 10 Tr 15 Tr 20 Tr 25 Tr 30 Tr 35 Tr 40 Tr 45 Tr 50 Tr 60 Tr 65 Tr 75 Tr 80 Tr 90 Tr 100t(min) Intensidad Intensidad Intensidad Intensidad IntensidadIntensidadIntensidadIntensidad Intensidad Intensidad Intensidad Intensidad Intensidad Intensidad Intensidad Intensidad

10 134.8 157.0 171.6 182.9 192.1 199.9 206.8 213.0 218.6 223.7 232.9 237.0 244.6 248.1 254.6 260.520 95.3 111.0 121.4 129.3 135.8 141.4 146.2 150.6 154.6 158.2 164.7 167.6 172.9 175.4 180.0 184.230 77.8 90.6 99.1 105.6 110.9 115.4 119.4 123.0 126.2 129.2 134.4 136.8 141.2 143.2 147.0 150.440 67.4 78.5 85.8 91.4 96.0 100.0 103.4 106.5 109.3 111.8 116.4 118.5 122.3 124.0 127.3 130.350 60.3 70.2 76.8 81.8 85.9 89.4 92.5 95.2 97.7 100.0 104.1 106.0 109.4 110.9 113.9 116.560 55.0 64.1 70.1 74.7 78.4 81.6 84.4 86.9 89.2 91.3 95.1 96.8 99.8 101.3 103.9 106.470 50.9 59.3 64.9 69.1 72.6 75.6 78.2 80.5 82.6 84.5 88.0 89.6 92.4 93.8 96.2 98.580 47.7 55.5 60.7 64.7 67.9 70.7 73.1 75.3 77.3 79.1 82.3 83.8 86.5 87.7 90.0 92.190 44.9 52.3 57.2 61.0 64.0 66.6 68.9 71.0 72.9 74.6 77.6 79.0 81.5 82.7 84.9 86.8

100 42.6 49.6 54.3 57.8 60.7 63.2 65.4 67.4 69.1 70.7 73.6 74.9 77.3 78.4 80.5 82.4110 40.6 47.3 51.8 55.1 57.9 60.3 62.4 64.2 65.9 67.4 70.2 71.5 73.7 74.8 76.8 78.6120 38.9 45.3 49.5 52.8 55.4 57.7 59.7 61.5 63.1 64.6 67.2 68.4 70.6 71.6 73.5 75.2130 37.4 43.5 47.6 50.7 53.3 55.4 57.4 59.1 60.6 62.0 64.6 65.7 67.8 68.8 70.6 72.3140 36.0 42.0 45.9 48.9 51.3 53.4 55.3 56.9 58.4 59.8 62.2 63.3 65.4 66.3 68.0 69.6150 34.8 40.5 44.3 47.2 49.6 51.6 53.4 55.0 56.4 57.8 60.1 61.2 63.1 64.1 65.7 67.3160 33.7 39.2 42.9 45.7 48.0 50.0 51.7 53.2 54.6 55.9 58.2 59.2 61.1 62.0 63.6 65.1170 32.7 38.1 41.6 44.3 46.6 48.5 50.2 51.7 53.0 54.3 56.5 57.5 59.3 60.2 61.7 63.2180 31.8 37.0 40.5 43.1 45.3 47.1 48.7 50.2 51.5 52.7 54.9 55.9 57.6 58.5 60.0 61.4190 30.9 36.0 39.4 42.0 44.1 45.9 47.4 48.9 50.1 51.3 53.4 54.4 56.1 56.9 58.4 59.8200 30.1 35.1 38.4 40.9 42.9 44.7 46.2 47.6 48.9 50.0 52.1 53.0 54.7 55.5 56.9 58.3210 29.4 34.3 37.5 39.9 41.9 43.6 45.1 46.5 47.7 48.8 50.8 51.7 53.4 54.1 55.6 56.9220 28.7 33.5 36.6 39.0 40.9 42.6 44.1 45.4 46.6 47.7 49.6 50.5 52.1 52.9 54.3 55.5230 28.1 32.7 35.8 38.1 40.0 41.7 43.1 44.4 45.6 46.6 48.6 49.4 51.0 51.7 53.1 54.3240 27.5 32.0 35.0 37.3 39.2 40.8 42.2 43.5 44.6 45.7 47.5 48.4 49.9 50.6 52.0 53.2250 27.0 31.4 34.3 36.6 38.4 40.0 41.4 42.6 43.7 44.7 46.6 47.4 48.9 49.6 50.9 52.1260 26.4 30.8 33.7 35.9 37.7 39.2 40.6 41.8 42.9 43.9 45.7 46.5 48.0 48.6 49.9 51.1270 25.9 30.2 33.0 35.2 37.0 38.5 39.8 41.0 42.1 43.1 44.8 45.6 47.1 47.7 49.0 50.1280 25.5 29.7 32.4 34.6 36.3 37.8 39.1 40.2 41.3 42.3 44.0 44.8 46.2 46.9 48.1 49.2290 25.0 29.2 31.9 34.0 35.7 37.1 38.4 39.5 40.6 41.5 43.2 44.0 45.4 46.1 47.3 48.4300 24.6 28.7 31.3 33.4 35.1 36.5 37.8 38.9 39.9 40.8 42.5 43.3 44.7 45.3 46.5 47.6310 24.2 28.2 30.8 32.8 34.5 35.9 37.1 38.3 39.3 40.2 41.8 42.6 43.9 44.6 45.7 46.8320 23.8 27.8 30.3 32.3 34.0 35.3 36.6 37.7 38.6 39.5 41.2 41.9 43.2 43.9 45.0 46.1330 23.5 27.3 29.9 31.8 33.4 34.8 36.0 37.1 38.0 38.9 40.5 41.3 42.6 43.2 44.3 45.4340 23.1 26.9 29.4 31.4 32.9 34.3 35.5 36.5 37.5 38.4 39.9 40.6 41.9 42.5 43.7 44.7350 22.8 26.5 29.0 30.9 32.5 33.8 35.0 36.0 36.9 37.8 39.4 40.1 41.3 41.9 43.0 44.0360 22.5 26.2 28.6 30.5 32.0 33.3 34.5 35.5 36.4 37.3 38.8 39.5 40.8 41.3 42.4 43.4370 22.2 25.8 28.2 30.1 31.6 32.9 34.0 35.0 35.9 36.8 38.3 39.0 40.2 40.8 41.9 42.8380 21.9 25.5 27.8 29.7 31.2 32.4 33.5 34.6 35.5 36.3 37.8 38.4 39.7 40.2 41.3 42.3390 21.6 25.1 27.5 29.3 30.8 32.0 33.1 34.1 35.0 35.8 37.3 37.9 39.2 39.7 40.8 41.7

CURVAS INTENSIDAD-DURACION-FRECUENCIA

CANALIZACION BAJO DON JUAN COLOSO

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 42020.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

200.0

220.0

240.0

260.0

Tr 10Tr 20Tr 30Tr 40Tr 50Tr 60Tr 80Tr 100

TIEMPO (minutos)

IINTE

NSI

DAD

(mm

/hor

a)

CANALIZACION BAJO DON JUAN COLOSO

Se tiene entonces que para un tiempo de retorno de 10 años y un tiempo de concentración de 27 minutos, la intensidad corresponde a 96.7 mm/hora.

Pero este valor de intensidad se debe corregir y se hace a través de la siguiente tabla:

Área drenaje (Ha) Factor Reducción

50 – 100 0.99

100 – 200 0.95200 – 400 0.93400 - 700 0.90

Como nuestra área de la cuenca es de 20 Has, entonces el Factor Reducción a utilizar será de 0.99:

I correg=96.7mm/hora×0.99

I correg=95.7mm/hora

1.4. Cálculo del Caudal de Diseño

Por el método racional se tiene que:

Q=C×I correg× A

360(en m

3

seg)

Reemplazando los anteriores valores:

Q=0.5×95.7mm /hora×10Has360

Q=1.3m3/ seg

3. Cálculo de la Sección del Canal

CANALIZACION BAJO DON JUAN COLOSO

A continuación, procedemos a calcular una sección de un canal que cumpla con transportar el caudal de diseño calculado anteriormente.

Calcularemos una sección para el caso más crítico, escogiendo un tiempo de retorno de 10 años, entonces el caudal es: 1.3 m3/s

Para calcular la sección del canal utilizaremos la formula de Robert Manning:

V=1n×R

23 ×S

12

Donde:

V= velocidad media del agua

R= es el radio hidráulico

S= la pendiente de la línea de agua

n= coeficiente de rugosidad

V=QA

=1n×[ AP ]

23×S

12

A53

P23

=Q×n

S12

(1)

Entonces para un canal rectangular se tiene que:

P=2d+d+d Q=1.3 m3

s S=0.04

mm

A=2d2 P=4d n=0.013

CANALIZACION BAJO DON JUAN COLOSO

Reemplazando en la ecuación 1:

[2d2 ]53

[4d ]23

=1.3×0.013

0.0412

Despejando d de la ecuación se tiene que:

d=0.24m

Por lo tanto para mejorar la eficiencia del canal y permitir su limpieza cambiaremos sus dimensiones, estas serán del canal son:

Ancho=0.6m

Altura=0.35m

DISEÑO HIDROLODICO

____________________ING. RICHARD ISAAC BUELVAS SALAZARINGENIERO CIVILC.C 92.536.084 DE SINCELEJOTP. 22202 146478 COR