Estudio de Hidraulica, Hidrologia y Socavación – Carreteras Colombianas

7/26/2019 Estudio de Hidraulica, Hidrologia y Socavacin Carreteras Colombianas

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REPBLICADECOLOMBIA

FONDOFINANCIERODEPROYECTOSDEDESARROLLOFONADE

4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE

ContratoNo2121825

VOLUMEN III

ESTUDIODE

HIDRULICA,

HIDROLOGA

YSOCAVACIN

CORREDOR:SANTANDERDEQ.CHACHAGIYPASTORUMICHACA

CONSULTORA

ESPECIALIZADA

PARA

LA

ESTRUCTURACIN DE CONCESIONES VIALES

PARA EL GRUPO DE CARRETERAS 2 CENTRO

OCCIDENTE.CORREDORES:

(1)DOBLECALZADAIBAGUELAPAILA.

(2)DOBLECALZADABUGABUENAVENTURA.

(3)

SANTANDER

DE

QUILICHAO

CHACHAGI.

PASTORUMICHACA


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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE CORREDOR:PASTO RUMICHACATramo:PedregalPasto

VOLUMENIII

ESTUDIODEHIDRULICA,HIDROLOGAYSOCAVACIN

1 INTRODUCCINYDESCRIPCIN

DEL

PROYECTO

...........................................

1

1.1 LOCALIZACINDELPROYECTO..................................................................................... 1

1.2 OBJETODELPROYECTO................................................................................................ 3

1.3 DESCRIPCINDELPROYECTO....................................................................................... 3

2

OBJETIVO

Y

ALCANCE

...................................................................................

7

2.1 OBJETIVO...................................................................................................................... 7

2.2 ALCANCE....................................................................................................................... 7

3 ESTUDIOSHIDROLGICOS............................................................................ 9

3.1 RECOPILACINYANLISIS

DE

INFORMACIN

EXISTENTE

...........................................

9

3.2 METODOLOGA............................................................................................................. 9

3.3 CARTOGRAFA.IDENTIFICACINYCARACTERSTICASDECUENCAS.........................10

3.4 ANLISISDELLUVIASYCLIMATOLGICO.................................................................. 11

3.4.1CurvasIntensidadFrecuencia(IDF).................................................................. 11

3.5 ANLISISDE

CAUDALES

..............................................................................................

17

3.6 JUSTIFICACINDEFRMULASEMPLEADAS..............................................................18

3.6.1MtodoRacional............................................................................................... 18

3.6.2MtododelNRCS(SCS)..................................................................................... 23


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4 ESTUDIOSHIDRULICOS..............................................................................38

4.1 GEOMORFOLOGADINMICAFLUVIAL................................................................... 38

4.2 OBRASMENORES....................................................................................................... 39

4.2.1Hidrulicadealcantarillas................................................................................. 39

4.2.1.1 Criteriosdediseo.............................................................................. 39

4.2.1.2 Metodologa........................................................................................40

4.2.1.3 Resultadosdelestudio........................................................................ 41

4.2.2Cunetasyotroselementosdedrenajemenor.................................................41

4.2.2.1 Cunetasexternas................................................................................ 41

4.2.2.2 Cazenseparador................................................................................ 43

4.2.2.3 Bordilloen

coronacin

de

terrapln.

..................................................

44

4.2.2.4 Cunetasenpiedeterrapln...............................................................44

4.2.2.5 Zanja de coronacin, bajantes y cunetas en bermas de taludes de

corte. 45

4.2.2.6 Pasosdecunetas................................................................................ 47

4.2.2.7 Sumideros,pozos

ytuberas

colectoras.

............................................

47

4.2.3Subdrenaje........................................................................................................ 48

4.3 OBRASMAYORES........................................................................................................ 49

4.3.1Metodologa...................................................................................................... 50

4.3.2 Informacinutilizada........................................................................................ 50

4.3.3Modelizacinhidrulica.

...................................................................................

51

4.3.4Resultadosdelestudio...................................................................................... 52

5 ESTUDIOSDESOCAVACIN.........................................................................53


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6 CONCLUSIONESYRECOMENDACIONES.......................................................56

7 BIBLIOGRAFA..............................................................................................60

LISTADEFIGURAS

FIGURA1.LOCALIZACINGENERALDELCORREDOR.FUENTE:ELABORACINPROPIA........................................................................1

FIGURA2.LOCALIZACINGENERALDELTRAMO.FUENTE:INVIASREDVIAL.................................................................................2

FIGURA3.CURVASIDFESTACINSTA.ROSAPOTOS..............................................................................................................14

FIGURA4.CURVASIDFESTACINAPTO.SANLUIS..................................................................................................................14

FIGURA5.CURVASIDFESTACINPUERRES...........................................................................................................................15

FIGURA6.CURVASIDFESTACINIMUES...............................................................................................................................15

FIGURA7.CURVASIDFESTACINSINDAGUA.........................................................................................................................16

FIGURA8.CURVASIDFESTACINOBONUCO.........................................................................................................................16

FIGURA9.EJEMPLODEHIDROGRAMADERESPUESTAAHIETOGRAMADELLUVIA,GENERADOPORELHECHMSPARALACUENCANMERO

14.................................................................................................................................................................................25

FIGURA10.ESQUEMADECONFIGURACINDECONEXIONESENHECHMSPARALACUENCADELROGUAITARA

................................

26

FIGURA11.ESQUEMADECONFIGURACINDECONEXIONESENHECHMSPARALACUENCADELAQUEBRADAMAGDALENA................26

FIGURA12.ESTACINSINDAGUA.HIETOGRAMAPARAT=20AOS...........................................................................................31

FIGURA13.ESTACINSINDAGUA.HIETOGRAMAPARAT=50AOS...........................................................................................32

FIGURA14.ESTACINOBONUCO.HIETOGRAMAPARAT=20AOS...........................................................................................32


FIGURA16.ESTACINSTAROSAPOTOS.HIETOGRAMAPARAT=100AOS...............................................................................34

FIGURA17.ESTACINAPTO.SANLUIS.HIETOGRAMAPARAT=100AOS..................................................................................34


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FIGURA22.ESTACINOBONUCO.HIETOGRAMAPARAT=100AOS.........................................................................................37


FIGURA24.SECCINDELOSFILTROS....................................................................................................................................49

FIGURA25.VISTATRIDIMENSIONALDELMODELOHIDRULICODELACUENCADELROGUAITARA.....................................................51

FIGURA26.VISTATRIDIMENSIONALDELMODELOHIDRULICODELACUENCADELAQUEBRADAMAGDALENA.....................................51

LISTADETABLAS

TABLA1.ESTACIONESANALIZADAS.......................................................................................................................................11

TABLA2.PRECIPITACIONESMXIMASPROMEDIOANUALEN24HPARALASESTACIONESSELECCIONADAS..........................................12

TABLA3.VALORESDELOSCOEFICIENTESA,B,CYDPARAELCLCULODELACURVASINTENSIDADDURACINFRECUENCIA,IDF,PARA

COLOMBIA.......................................................................................................................................................................

12

TABLA4.CAUDALESOBTENIDOSPARACUENCASCONUNASUPERFICIEENTRE2.5Y20KM2............................................................17

TABLA5.CAUDALESOBTENIDOSPARACUENCASCONUNASUPERFICIESUPERIORA20KM2.............................................................18

TABLA6.VALORESDEPDPARACADAESTACINCONSIDERADAENFUNCINDELPERIODODERETORNO.............................................19

TABLA7.VALORESDECNPARACADATIPODEUSODELSUELOCONSIDERADO...............................................................................20

TABLA8.VALORESDELFACTORDERUGOSIDADNPARALAECUACINDEHATHAWAY(FUENTE:MANUALDEDRENAJEPARACARRETERAS

DELINSTITUTONACIONALDEVAS)......................................................................................................................................21

TABLA9.DATOSDEENTRADAALMODELODELHECHMSPARAELROGUAITARA........................................................................29

TABLA10.DATOSDEENTRADAALMODELODELHECHMSPARALAQUEBRADAMAGDALENA........................................................29

TABLA

11.

VALORES

DEL

COEFICIENTE

DE

RUGOSIDAD

DE

MANNING

...........................................................................................

39

TABLA12.LISTADODEOBRASDEDRENAJEINSUFICIENTESHIDRULICAMENTE..............................................................................41

TABLA13.CAPACIDADHIDRULICACUNETAEXTERNA..............................................................................................................42

TABLA14.CAPACIDADHIDRULICACAZENSEPARADOR...........................................................................................................43


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TABLA19.GLIBOSDELOSPUENTESPROYECTADOSANALIZADOS...............................................................................................52

TABLA20.RESULTADOSDECLCULODEPROFUNDIDADDESOCAVACIN.....................................................................................55

LISTADEANEXOS

ANEXO1. DATOSPLUVIOMTRICOSIDEAM

ANEXO2. AJUSTEESTADSITICODEDATOSPLUVIOMTRICOS

ANEXO3. TABLARESUMENDECAUDALES

ANEXO4. VALORESDENMERODECURVADEESCORRENTA

ANEXO5. TABLARESUMENDERESULTADOSDEOBRASHIDRULICASEXISTENTESYREQUERIDAS

ANEXO6. LISTADOSDECLCULODEALCANTARILLAS

ANEXO7.

INVENTARIO

DE

OBRAS

HIDRULICAS

EXISTENTES

YOBRAS

HIDRULICAS

PROYECTADAS

ANEXO8. COMPROBACINDECAPACIDADHIDRULICADECUNETASYCOLECTORPVC400mm

ANEXO9. COMPROBRACINHIDRULICADELAZANJADRENANTE

ANEXO10. LISTADOSDECLCULODEOBRASMAYORES

ANEXO11. CLCULOSDESOCAVACIN

ANEXO12. LISTADODECUNETASYSUBDRENAJE


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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE CORREDOR:PASTORUMICHACATramo:PedregalPasto

1 INTRODUCCINYDESCRIPCINDELPROYECTO1.1 LOCALIZACINDELPROYECTO

LaduplicacindelcorredorPastoRumichacaseplanteaconelfindemejorarlainfraestructuravialyde

transportedeestaregindelpas,disminuyendoconsiderablementelostiemposderecorrido.

Eltrazadodelavasedesarrollasobreunterrenoescarpado.

Figura1.Localizacingeneraldelcorredor.Fuente:elaboracinpropia

ElproyectodelCorredorPastoRumichacapertenecealGrupo2CentroOccidentedeactuaciones.Este

corredorseencuentraalsurdelpas,discurriendodesde lafronteraconEcuadorhastalapoblacinde

P t Ti l it d t t l d 83 k i d l i i l bl i t i P t


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Catambuco.Supuntode inicioestubicadoaproximadamenteenelPR48+000;ysupunto finalen la

Calle12

de

Pasto

justo

ala

entrada

de

la

poblacin,

aproximadamente

en

el

PR

82+900

de

la

Ruta

2501.

AdemsdelaconexinconlaVariantedePasto,destacalaconexinconlaruta10enPedregal,quecon

sentidooesteconducehastalacosterapoblacindeTumaco,pasandopordiversaspoblacionesentrelas

quedestacaTuquerres.

LalocalizacinGeneraldelTramoPastoRumichacasepresentaenlaFigura2.

Figura2.LocalizacinGeneraldelTramo.Fuente:INVIASRedVial

Setratadeunacarreteraconpendientesmuypronunciadasycurvasderadiosmuypequeosenlasque

lavelocidaddelosvehculospesadossevesensiblementeafectada.


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La acusada pendiente transversalde las laderas en las que est implantada la carreterahace que se

debanconstruir,

en

algunas

ocasiones,

desmontes

de

gran

altura,

muros

de

sostenimiento

de

tierras

y

viaductos,porloqueeldesdoblamientodeestacarreterasuponeunretoimportante.

1.2 OBJETODELPROYECTO

ElPlande IntervencionesCorroborado indicaqueelalcancede la intervencinenel tramoPedregal

Pastoser:

CalzadaExistente:Mejoramiento

CalzadaNueva:ConstruccindeSegundaCalzada(hastaelenlacedelaVariantedePasto).

Laactuacindiseadaseajustaaestealcance.Elobjetivodelproyectoes:

Generarunanuevacalzadacontinuaconparmetroscorrespondientesaunavelocidadde

diseode

60

km/h,

siguiendo

sensiblemente

la

ruta

marcada

por

la

actual

carretera

2501,

hastaelenlacede laVariantedePasto.Enestecaso,unasvecesser lacalzadaderechay

otras veces la calzada izquierda la que en determinados tramos aprovechar parte de la

carreteraexistente.

Mejorar la calzada existente, adaptndola para la circulacin en un solo sentido en los

tramosenque laduplicacintranscurrasobreellay,garantizandoparmetrosgeomtricos

correspondientesauna

velocidad

de

60

km/h.

Encuantoa la seccin transversal, seplanteade formagenricaunaseccindedoscalzadascondos

carrilesde3.65mdeancho,bermainteriorde0.5myexteriorde1.8m,yseparadorde2.0m.

En laszonasurbanasconelevadapresenciadeedificacionesaunooaambos ladosde lacarretera,se

hanproyectadoandenesparafacilitarlosmovimientospeatonales.

1.3 DESCRIPCINDELPROYECTO

LaactuacinseiniciaenelPR43+200delacarreteraactual(Ruta2501)yfinalizaentornoalPR82+900

delacarreteraactual,justoaliniciodelncleourbanodePasto.


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La calzadaderecha finalizaendichoenlace,desembocandounode sus carrilesen la carreteraactual

haciaPasto

yel

otro

hacia

el

ramal

del

enlace

que

se

dirige

ala

variante

de

Pasto.

Calzada

Derecha

P.R.Inicial 0+000

P.R.Final 32+836,603

Calzada

Izquierda

P.R.Inicial 0+000

P.R.Final 37+959,322

Laactuacinsedivideendosunidadesfuncionales:(losP.R.estnreferidosalacalzadaizquierda)

UF1Pedregal TanguaP.R.Inicial 0+000

P.R.Final 15+760

UF2Tangua PastoP.R.Inicial 15+760

P.R.Final

37+959,322

Talycomosecomentanteriormente,seha intentadocomocriteriogeneraldisear lanuevacalzada

adosadaa lacarreteraactual,minimizandoafectacionesde tipoambientalysociopredial.Enalgunas

zonasconcretashasidoprecisoproyectareltrazadoenvariante,esdecir,disearunaoambascalzadas

alejadasdelacarreteraactual:

ZonaurbanadePedregal(PR1+900PR2+350):lacalzadaderechaeizquierdaseproyectan

bordeandoelncleodepoblacinporelsudeste;ampliarlacarreteraexistenteaamboslados

paraconseguirdoblecalzada,generaraafectacionesanumerosasedificacionesademsdeno

ceirsealageometraenplantamnimarequeridaparaunavelocidadde60km/h.Seaprovecha

estavarianteparadisearunintercambiadorquedaconexinaPedregalyconsecuentementea

lacarreteraPedregalTquerres.

Zonavariante(PR6+400PR9+580):Debidoalacomplejidadorogrfica,laruta2501presenta

parmetrosde

trazado

de

baja

calidad,

principalmente

curvas

de

radio

muy

bajo

(60

m.).

En

consecuencia,sehadescartadoaprovecharlacarreteraexistentecomounadelascalzadasyse

hanproyectandoambasconuntrazadonuevoalejadodelarutaactual.

ZonavariantecercanaaAlbertoQuijano(PR22+780 PR24+440):Debidoalacomplejidad

fi t l t 2501 t t d t d d b j lid d


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Eneldiseosepresentanlassiguientessituaciones:

Desdoblamiento por la derecha: Construccin de la segunda calzada por la derecha de lacarreteraactual (sentidoPedregalPasto).Lacarreteraactualseaprovecha totalmentecomo

calzadaizquierda.

Desdoblamiento por la izquierda: Construccin de la segunda calzada por la izquierda de la

carreteraactual (sentidoPedregalPasto).Lacarreteraactualseaprovecha totalmentecomo

calzadaderecha.

Ampliacin a ambos lados: Construccin de la seccin completa (doble calzada) mediante laampliacinde lacarreteraactualaambos lados.Lacarreteraactualseaprovechaparcialmente

comocalzadaderechaycomocalzadaizquierda.

Una calzada en variante (como par vial): Construccin de la segunda calzada alejada de la

carreteraactual,aprovechandolamismacomoprimeracalzada.

Seccin completa en variante: Construccin de la doble calzada en variante de la carretera

actual,sin

aprovechar

la

misma.

Como zonas singulares, destacan las reas de cobro de peaje. Dada la importante pendiente

transversalexistenteenlaladeradondeseencuentralaactualreadecobrodepeaje,sehaoptadopor

disponerdosreasseparadasparaevitarimportantsimasobrasdeterraplenajeconmurosodisposicin

deestructurassisedecidieraampliarelreaactual.Cadareadepeajefiscalizaunodelossentidosde

circulacin.

EnelK11+740seamplalaactualreadecobrodepeajeysedestinaalosvehculosqueprovienendePastoconsentidoaPedregal.Sehadiseadodeformaqueseaprovechealmximolasuperficieactual

sinprovocargrandesdesmontes.Enesta zona seha tenidoqueemplear concatenacindecurvasde

radioamplioen lageometraenplantade lacalzadaderechapara,sincrear lanecesidaddeconstruir

unos muros de contencin muy grandes, habilitar el espacio necesario al rea de cobro. Los radios

utilizados son 1000 y 3000 m. Esta circunstancia hace que en esta zona de la calzada derecha se

incumplanalgunos criteriosdediseo,peroquedanjustificadosporelahorroeconmicoyporqueal

utilizarparmetros

de

diseo

grandes,

la

percepcin

por

parte

de

los

usuarios

es

ms

que

suficiente

comoparadiscurrirporestazonasinningnpeligro.

EnelK10+400sedisponeunanuevareaquesedestinanicamentealosvehculosqueprovienende

PedregalconsentidoaPasto.


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PR2+200IntercambiadordePedregal

Comoresultadodeldiseogeomtricosederiva lanecesidadde laconstruccindeonce (11)puentes

nuevos.La listadeestasobrasconsusabscisasde inicioy finysu longitudsemuestraenelsiguiente

cuadro:

PUENTES

NombreAbscisa

Longitud(m) TipologaInicio Fin

2,08(I)

2+063

2+108

45

Vigas

1,95(D) 1+880 1+995 115 Vigas

2,63(I) 2+605 2+635 30 Vigas

2,50(D) 2+380 2+595 215 Vigas

2,95(I) 2+840 3+100 260 AvanceVoladizo

2,90(D)

2+775

3+040

265

Avance

Voladizo

7,05(I) 6+960 7+120 160 AvanceVoladizo

7,00(D) 6+925 7+115 190 AvanceVoladizo

CONEXIN6,8

0+200 0+235 35 Vigas

12,05(D)

11+980

12+100

120

Vigas

15,90(D) 15+825 15+980 155 Vigas

LONGITUDTOTAL(m) 1590

Otrasestructurasmenoresquepresentaeltramoson:

Nombre

Puentepeatonal31.76

Puentepeatonal34.42


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2 OBJETIVOYALCANCE

2.1 OBJETIVO

Elobjetodelosdiseoshidrulicosejecutadoscomprendeprincipalmentelossiguientesaspectos:

Identificarlascaractersticasfsicasyelestadodelasobrasdepasoexistentesenlavaobjetode

esteestudio.

Definir las cuencasaferentespara cada una de las corrientesprincipales interceptadas porel

tramode

va

objeto

del

presente

proyecto.

Determinar los caudales a evacuar a travs de las estructuras de paso correspondientes,

teniendoencuentaperodosderetornode100aospara lospuentesypontones,de50aos

paralasalcantarillasentuberaycajonesconseccionessuperioresa1.5m,yde20aosparalas

alcantarillasentuberaycajonesconseccionesigualesoinferioresa1.5m.

Conbasealoscaudalescalculadosyalascaractersticasgeomtricasdelasobrasexistentesen

la actualidad, determinar si la seccin hidrulica de las mismas es suficiente, todo ello con

mrgenesde

seguridad

confiables.

Definir las caractersticas geomtricas tanto de las nuevas obras de paso necesarias por el

desdoblamientodelavaexistente,comodeaquellasquesubstituirnalasexistentes,bienpor

incumplimientodelosumbraleshidrolgicosestablecidos,comoporconsiderarqueeldeterioro

de lasmismashaceprecisosureemplazo.Aesterespectocaberesaltarquetodaobradefinida

bajo la nueva calzada tendr como mnimo un dimetro de 900 mm, lo que supone la

substitucindetodaslasalcantarillasexistentesconseccininferior.

Determinar

la

socavacin

general

y

local

en

condiciones

naturales

y

la

producida

por

las

pilas

y

estribos(siexisten)delospuentesyprincipalesestructuraspropuestas.

Dimensionamientodetodoslosrestanteselementosqueconformaneldrenajemenor,comoson

cunetas,bajantesescalonadas,zanjasdrenantesytuberascolectoras.

2.2 ALCANCE

El alcance del estudio comprende primordialmente la obtencin de la informacin cartogrfica,

geotcnica,hidrolgica

ehidrulica

necesaria

para

llevar

acabo

el

diseo

hidrulico

definitivo

de

los

drenajes,delasalcantarillasentuberaocajn(box),delospuentesrequeridos,ydelascunetasyfiltros

necesarios para asegurar el trnsito vial durante los eventos hidrolgicos de mxima intensidad y

perododeretorno,ascomo laelaboracinde losplanosrespectivos.Ladescripcinde lasprincipales

actividadesdesarrolladasenestesector,ensugranmayoramultidisciplinarias,eslasiguiente:


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Diseodeestructurasmenoresymayoresquepuedanrequerirse,realizandolacorrespondiente

revisin

de

su

capacidad

hidrulica.

Estudiodesocavacindeloscaucesprincipales.

Determinacindelasespecificaciones particularesdeconstruccin.

Recomendacionesparaeldesarrollodelostrabajosdeconstruccin.


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3 ESTUDIOSHIDROLGICOS

3.1 RECOPILACINYANLISISDEINFORMACINEXISTENTE

Durante lafase inicialde losdiseosdeltrayectoserecopilyactualiz la informacinexistenteen las

reas de hidrologa, hidrogeologa, sedimentologa, meteorologa y cartografa. Se efectuaron labores

complementarias, incluyendo laejecucindeexhaustivostrabajosyvisitasdecampo,y laobservacin

de los sitiosdeentregaa lascorrientes receptoras.Se relacionamsadelante la informacinque fue

recopiladayaquellanuevaqueseobtuvo.

3.2 METODOLOGA

Lospasosadoptadosparaobtener loscaudalesdediseo,lasvelocidadesdeflujoen lascorrientes, las

socavaciones predecibles y en general los parmetros requeridos para organizar el drenaje vial se

ajustaronalsiguienteordenymetodologa:

Anlisis

de

la

informacin

existente

yadquisicin

de

nueva

informacin

en

particular

en

el

IDEAMyenelIGAC.

Anlisisdelosusosdelsuelomediantelarevisindefotografasareasyelinventariodecampo

efectuado.

Elaboracindelacartografadediseo.

Insercindeltrazadovialenlacartografa.

Definicin,enformatodigital,delascuencas,yestimacindelasreasaferentesdecadacauce

interceptado.

Definicindezonasdedrenajeycoberturavegetal.Serefierealadescripcindelospatronesde

drenaje del suelo, la cobertura boscosa, la existencia de zonas duras, zonas de cultivo,

pendientes, indispensables para estimar el nmero de curva NC requerido para determinar

tantoelcoeficientedeescorrentaempleadoenelMtodoRacional,comolaescorrentadirecta

porelMtododelNaturalResourcesConservationService (NRCS)conocidotambincomoSoil

ConservationService(SCS).

Clculos meteorolgicos. Comprende la identificacin de las estaciones meteorolgicas de

utilidad,especialmente

las

de

aforo

yprecipitacin,

para,

apartir

de

los

registros

disponibles,

determinar lasprecipitacionesdediseo, lascurvas IDF (IntensidadDuracinFrecuencia)y los

hietogramas de diseo para los diferentes periodos de retorno considerados. La distribucin

temporaldelalluviaseasumiconstantedadoelreducidotamaodelascuencasanalizadas.

Clculodecaudales.Enbasea lasespecificaciones delManualdeDrenajeparaCarreterasdel


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tuberaycajonesconseccionessuperioresa1.5m,yde20aosparalasalcantarillasentubera

y

cajones

con

secciones

iguales

o

inferiores

a

1.5

m.

Clculo de parmetros hidrulicos de las secciones de los cauces en las zonas de cruce, de

utilidadparaeldiseode lasestructuras:alturasde lmina,anchos,velocidades, rugosidades,

pendientes,etc.

Comprobacinhidrulicadeestructuras,incluyendoladefinicindeanchosyglibosdepuentes

y pontones, estructuras de paso en cajn (boxculverts), en tubera (alcantarillas), drenes

laterales,cunetasydrenesdefondodecunetas.Propuestadeobrashidrulicasaejecutarpara

ladefinicindelageometradefinitivadelasnuevasalcantarillasycajones.

Clculodesocavacionesconnfasisenlascuencasconposibilidaddeafectacindeestructuras. Adicionalmenteseestimaron los flujoscorrespondientesa lasreas laterales,secalcularon las

cunetas tpicas para esos tramos y los elementos tpicos de drenaje superficial. Para el

dimensionamiento de estos elementos, se han utilizado los caudales correspondientes a un

perododeretornode10aos.

Parailustrarelestudioseanexanalinformeunplanodeplantageneralyplanosdedetalledelavacon

lascuencas

aferentes

de

los

cauces

interceptados

ylas

estaciones

meteorolgicas

empleadas.

Asimismo,

paracadaunadelascuencasenlasquesehaaplicadoelMtododeTrnsitodeAvenidassepresentaun

planodedetalledondesemuestralafragmentacindelasmismasensubcuencasdemenorextensin.

Juntocon losplanosdecuencasconestacionessepresentan losplanosdeusosdelsuelo,siguiendo la

mismadistribucinanteriormentemencionada:unplanodeplantageneralytresdedetallecon lava,

lascuencasy losusosdel suelo identificadosydosplanosdedetallede las cuencasen lasque seha

aplicadoel

Mtodo

de

Trnsito

de

Avenidas

donde

se

refleja

la

va,

los

usos

del

suelo

yla

cuenca

con

la

subdivisionesefectuadas.

Adicionalmente,paracompletar losplanoshidrulicos,sepresentan losplanosdeplantasydetallesde

drenaje.

3.3 CARTOGRAFA.IDENTIFICACINYCARACTERSTICASDECUENCAS

Laidentificacin

de

los

cauces

interceptados

por

la

va

yla

representacin

de

las

cuencas

aferentes

de

cadaunodeellos se realiz,enbasea la informacinaportadaporel inventariodecampo realizado,

sobre las planchas 1:25000 del IGAC, emplendose para las de mayor tamao las planchas a escala

1:100000.


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destacndose por su importancia regional, especialmente, el ro Guaitara, con un rea aferente de

2,464.378

km

2

.

3.4 ANLISISDELLUVIASYCLIMATOLGICO

La zona en estudio est ubicada en el margen suroccidental de Colombia, siendo la distancia por

carreteraentrePedregalyPastode38km,aproximadamente.

Los datos histricos de precipitaciones, recogidos en el Anexo 1 del presente documento, fueron

obtenidosapartir

de

los

registros

IDEAM

actualizados

para

las

estaciones

de

influencia

en

la

zona.

Las

siguientes, son las estaciones analizadas a partir de datos existentes de precipitacin. Se relacionan

igualmentelosperodosanalizados:

ESTACINRO LATITUD LONGITUD DEPARTAMENTO PERIODO

StaRosaPotos 0048N 7734W Nario 19952012

AptoSan

Luis

0051

N

7740

W

Nario

1993

2013

Puerres 0053N 7730W Nario 19932013

Imues 0103N 7729W Nario 19932013

Sindagua 0106N 7723W Nario 19932012

Obonuco 0111N 7718W Nario 19932012

Tabla1.

Estaciones

analizadas

3.4.1 CURVASINTENSIDADFRECUENCIA(IDF).

Estas curvas han sido deducidas para calcular los caudales pico de hoyas hidrogrficas con reas de

drenajeinferiores2.5km2,yparalosclculosdelluviatotalparareasdedrenajeigualesosuperioresa

2.5km2.

Lascurvas

IDF

de

las

estaciones

con

influencia

en

el

proyecto

han

sido

obtenidas

apartir

del

mtodo

simplificadodefinidoenelManualdeDrenajeparaCarreterasdelInstitutoNacionaldeVas,conbaseen

elMtododeVargasyDazGranados,segnelcual:

db MTaI


18/541


en tuberaycajonesconseccionessuperioresa1.5m,yde20aospara lasalcantarillasentuberay

cajones

con

secciones

iguales

o

inferiores

a

1.5

m.

M= precipitacinmximapromedioanualen24horasanivelmultianual(mm).Deacuerdocon los

datoshistricos deprecipitaciones, recogidos en elAnexo 1del presente documento, el valor de las

precipitacionesmximaspromedioanualen lasestaciones seleccionadas son las recogidasen la tabla

adjunta.Caberesaltarque losdatosprovenientesdeaos incompletos,oconregistrosanormalmente

altosobajos,nosehantomadoencuentaparaelclculodelaprecipitacinmximapromedioanualen

24horas.

ESTACIN PRECIPITACINMX.24h(mm)

StaRosaPotos 46.35

AptoSanLuis 36.11

Puerres 44.89

Imues 50.86

Sindagua 38.10

Obonuco 35.44

Tabla2.Precipitacionesmximaspromedioanualen24hparalasestacionesseleccionadas

t=

duracin

de

la

lluvia

(min).

a,b,c,d parmetros de ajuste de la regresin. De acuerdo con la divisin efectuada en el Manual de

Drenaje para Carreteras del Instituto Nacional de Vas, el mbito del proyecto se ubica en la regin

andina(R1),siendolosvaloresparacadaunadelasregioneslosrecogidosenlatablaadjunta.

REGIN a b c d

Andina(R1)

0.94

0.18

0.66

0.83

Caribe(R2) 24.85 0.22 0.50 0.10

Pacfico(R3) 13.92 0.19 0.58 0.20

Orinoquia(R4) 5.53 0.17 0.63 0.42


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Con estos valores se han calculado las curvas intensidadduracinfrecuencia para las mencionadas

estaciones.


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Figura3.CurvasIDFestacinSta.RosaPotos


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Figura5.CurvasIDFestacinPuerres


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Figura7.CurvasIDFestacinSindagua


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CORRIENTE CUENCA CAUDAL(m3/s)

RoGuaitara

3

441.600

QuebradaMagdalena 4 32.100

Tabla5.Caudalesobtenidosparacuencasconunasuperficiesuperiora20km2

3.6 JUSTIFICACINDEFRMULASEMPLEADAS

3.6.1 MTODO

RACIONAL.

EnelpresenteestudioelMtodoRacionalsehaaplicadoparaladeterminacindeloscaudalesmximos

instantneosdelascorrientesconreasdedrenajeinferioresa2.5km2enlospuntosdecruceconlava

objetodeestudio,talycomorecogeensusespecificaciones elManualdeDrenajeparaCarreteras.

ElMtodoRacionalsuponequeelcaudalmximoeselgeneradoporlalluviadeduracinigualaltiempo

deconcentracindelacuenca,definindoseuncoeficientedeescorrentaestimadoconbaseeneluso

delsuelo

ylos

materiales

de

la

zona

donde

se

genera

la

escorrenta.

Este

mtodo

parte

de

dos

hiptesis,

queporno ser totalmentevlidas limitan suexactitud:a)elmximo caudalocurre cuando todos los

sectoresdeunacuencaenestudioaportanescorrentaalcaudalpicoenlaestaciny,b)elaguaceroque

genera lacrecientedebeserconstanteeneltiempoydistribuirseuniformementesobreelrea.Enel

mbitodeestudioungrannmerode lasreasaferentesestudiadassonpequeasyestndentrodel

campodeaplicacindelmtodo.LaecuacingeneraldelMtodoRacionales:

AICQp 278.0

donde:

Qp= caudal(m3/s).

C= coeficientedeescorrenta(adimensional).

I= intensidaddelalluvia(mm/h).

A= readelacuencahastaelcruceconlava(km2).

COEFICIENTE DE ESCORRENTA


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CORREDOR PASTO RUMICHACA


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1. FrmuladeKirpich

385.077.09780.3 SLTc

donde:

Tc= tiempodeconcentracindelahoyahidrogrfica(min).

L= longituddelcauceprincipal(km).

S= pendiente total del cauce principal, igual a la cada total entre la longitud del cauce

(m/m).

2. FrmuladeHathaway

234.0

467.0

36.36

S

nLTc

donde:

Tc= tiempodeconcentracindelahoyahidrogrfica(min).

L= longituddelcauceprincipal(km).

S=

pendiente

total

del

cauce

principal

(m/m).

n= factorderugosidadpromediode lossuelosde lacuencahidrogrfica(adimensional).El

factorderugosidadpromediohasidodeterminadoapartirde losdatosobtenidosencampoy

de los planos de cuencas con usos del suelo, definindose un tipo de superficie promedio

correspondiente con bosques maderables desarrollados. Por tanto, a la vista de los valores

recogidosenlasiguientetabla,sehaconsideradotomarunvalordelfactorderugosidadde0.6.


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4 G CONCESIONES GRUPO 2 CENTRO OCCIDENTE CORREDOR: PASTO RUMICHACA


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5.07.0

7.08.0

14104

86.222540

YCN

CNLtlag

donde:

tlag= tiempodedesfasedelahoyahidrogrfica(h).

L= longituddelcauceprincipal(m).

CN=

nmerode

curva

de

la

hoya

hidrogrfica

(adimensional).

Y= pendientetotaldelcauceprincipal(m/m).

Caberesaltarqueeltiempodedesfasedelhidrogramaunitarioascalculadosecorrespondeconel60%

delvalordeltiempodeconcentracinobtenidomediantelaFrmuladelSoilConservationService,SCS.

Unavezdeterminadostodos losparmetrosnecesarios,seha llevadoacabo lasimulacinhidrolgica

para ladeterminacindel caudaldediseoa travsdelempleodel softwareHECHMS.Elprograma,

desarrollado por el Centro de Ingeniera Hidrolgica del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos

(HydrologicEngineeringCenter),puedesimularlarespuestaquetendrunacuencaensuescurrimiento

superficialcomoproductodeunaprecipitacin,brindandocomoresultadoelcaudalmximoprobable.

En el Anexo 3 se recogen los parmetros fsicos de las cuencas estudiadas, los valores de CN y los

caudalesmximosobtenidosarazdelamodelizacinefectuada.

4 G CONCESIONES GRUPO 2 CENTRO OCCIDENTE CORREDOR:PASTO RUMICHACA


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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE CORREDOR: PASTO RUMICHACATramo:PedregalPasto

Figura9.Ejemplodehidrogramaderespuestaahietogramadelluvia,generadoporelHECHMSparalacuencanmero14

3.6.3 MTODODELNRCS(SCS)CONTRNSITODEHIDROGRAMAS.

Ladeterminacindeloscaudalesdediseodelascuencasconreasdedrenajesuperioresalos20km2

se ha llevado a cabo de forma anloga a cmo se ha realizado para las hoyas hidrogrficas con

superficies comprendidas entre los 2.5 y los 20 km2 (punto 3.6.2. del presente estudio), si bien la

diferenciaradicaenqueseharealizadounafragmentacinde lashoyasensubcuencas,talycomose

puedeobservarenlasplantasdedetalledelosplanoshidrulicos.

Una vez realizada la divisin de las cuencas hidrogrficas, se introducen los distintos elementos que

constituyen el modelo: subcuencas, nodos, tramos y sumideros (puntos finales de vertido de las

cuencas). Tras definir el esquema bsico de funcionamiento a partir de las interconexiones entre

elementos, se ha procedido a introducir en el modelo los parmetros fsicos de las subcuencas,


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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE CORREDOR:PASTORUMICHACA


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G CO C S O S G U O C O OCCTramo:PedregalPasto

cual X oscila entre 0.10 y 0.30 en funcin de las caractersticas del cauce, emplendose para cauces

naturaleselvalorpromediode0.20(verreferenciabibliogrfican12).

Despus de introducir en el HECHMS los parmetros necesarios para la aplicacin del Mtodo de

Muskingum, se introduceenelmodeloelhietogramadediseo correspondiente,obtenidopara cada

estacin siguiendo la metodologa especificada en el punto 3.7. del presente estudio, realizando

posteriormentelasimulacinhidrolgicaparaladeterminacindelcaudaldediseo.

En lastablasquesemuestranacontinuacinserecogentodoslosparmetrosanteriormentedefinidos

delas

sub

cuencas

ytramos

que

comprenden

la

hoya

hidrogrfica,

as

como

los

caudales

mximos

obtenidosenelpuntodecierrearazdelamodelizacinefectuada.


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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTRO

OCCIDENTE

CORREDOR:PASTORUMICHACATramo: PedregalPasto


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OCCIDENTE Tramo:PedregalPasto

para el periodo de retorno consideradoen cualquiera de las estaciones seleccionadas;por tanto, los

resultadosobtenidospuedenconsiderarsedelladodelaseguridad.

Dividindoseelaguaceroenbloquesconstantesde15min,ysiguiendo lametodologaexpuestaenel

apartado1.2.7.seobtienen,paracadaunadelasestacionesdeinfluencia,lossiguienteshietogramas:

Figura12.EstacinSindagua.HietogramaparaT=20aos


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OCCIDENTE

CORREDOR:PASTORUMICHACATramo:PedregalPasto


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Figura22.EstacinObonuco.HietogramaparaT=100aos


OCCIDENTE



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4 ESTUDIOS

HIDRULICOS

Losestudioshidrulicoscomprendeneldiseodelasestructurasmayoresymenoresconunacapacidad

apropiadautilizandoloscaudalesgeneradosenelestudiohidrolgico.

4.1 GEOMORFOLOGADINMICAFLUVIAL

Ladefinicindelcrucedecualquierobracivilsobreunacorrientedeaguadebeserllevadaacabodetal

maneraque

sea

efectuada

en

un

sitio

en

donde

se

conozca

de

manera

adecuada

su

estabilidad

geomorfolgica,tantodesdeelpuntodevistavertical,comodesualineamientohorizontal.

A tal efecto, en los cruces de todas las corrientes mayores con viaductos y puentes presentes en la

actualidadsobre lava,oenaquellospuntosen losquesepreveasucolocacinsobre laduplicacina

efectuar, seha llevadoacabo ladeterminacindelcoeficientede rugosidaddeManningmedianteel

mtododeCowan.

Dicha metodologa, recomendada por el Manual de Drenaje para Carreteras del INVIAS, establece el

coeficientederugosidadapartirdelascaractersticasdelcaucemediantelasiguienteformulacin:

543210

nnnnn nn

donde:

n=

valorfinal

del

coeficiente

de

rugosidad.

n0= rugosidaddelmaterialdelcauce.

n1= irregularidadesenlasuperficie.

n2= cambiosdeformaytamaodelaseccin.

n3= obstrucciones.

n4= vegetacinycondicionesdeflujo.

n5= estructura de los meandros.


OCCIDENTE



45/541

CORRIENTE

COEFICIENTEDERUGOSIDAD(n)

CANAL(MTODODECOWAN) LLANURAIZDA.

LLANURADCHA.n0 n1 n2 n3 n4 n5 n

Guaitara 0.025 0.005 0.005 0.010 0.005 1.00 0.050 0.06 0.06

Magdalena 0.025 0.005 0.005 0.010 0.005 1.00 0.050 0.06 0.06

Tabla11.ValoresdelcoeficientederugosidaddeManning

4.2 OBRASMENORESLas principales obras menores contempladas son las alcantarillas de cajn y de tubera, las cunetas

externasydrenes(subdrenaje),laszanjasdecoronacinycunetasenberma,losbordillosycunetasde

piedeterrapln,yelcaz.

4.2.1 HIDRULICADEALCANTARILLAS.

4.2.1.1 Criteriosdediseo.

Enprimerlugar,apartirdelosdatosdelasalcantarillasobtenidosdelinventariodecamporealizadoyde

la cartografa empleada (ubicacin geogrfica, seccin hidrulica, longitud y cotas a la entrada y a la

salida) y conbaseen los caudales calculadospara cada cuencaaferente (obtenidosdeacuerdoa los

criterios descritos en apartados anteriores del presente estudio), se ha determinado la validez de la

seccinhidrulicadelasobrasexistentes.Estacomprobacinseharealizadonicamenteparaaquellas

obrasmenores

que

permitan

el

paso

de

los

cauces

identificados

sobre

las

planchas

1:25000

del

IGAC

que

son interceptados por la va, verificndose su ubicacin a partir de la informacin aportada por el

inventariodecamporealizado.

Paradeterminar lavalidezde lasalcantarillasyboxculvertssehaconsideradounacondicindealtura

deaguamximaalaentrada/alturadelaobraiguala1.2(He/D=1.2).Porotraparte,sehacomprobado

quelasvelocidadesenelinteriordelasobrassoninferioresa6m/s.

Encasodenocumpliralgunode loscriteriosanteriormentedefinidossehaconsideradoque laseccin

hidrulicade laobraexistentees insuficiente,proponindosesudemolicinysusubstitucinporotra

obradepasodeseccinmayor.Aeste respectocabe resaltarque todas lasalcantarillasexistentesde

600 mm, an cumpliendo los criterios anteriormente definidos, sern substituidas como mnimo por


OCCIDENTE



46/541

Encasodeque laobramenorexistentenoseencuentrecomprendidaen lossupuestosanteriormente

mencionados,esdecir,quesudimetroseamayora600mm,que laseccinhidrulicaseasuficiente

paraelcaudalcalculado,yqueeldesdoblamientoproyectadopermitaquesigasiendooperativa,seha

propuestosuprolongacinbajolanuevacalzadadefinida.

Elinventariodecamporealizado,ademsdereflejarlaubicacingeogrficaylosdatosgeomtricosde

lasobrasmenoresexistentes,proporcionainformacinacercadelasobraspresentesalaentradayala

salida,ascomoelestadoestructuralydeservicioenqueseencuentran.Para lasobrasmenoresque

seansubstituidas

se

demolern

las

obras

ala

entrada

yala

salida,

respetndose

nicamente

en

caso

de

que se mantenga la alcantarilla existente en la va y stas se encuentre en un buen estado de

conservacin.

Porotraparte,enelproyectosehaincluidoeldiseodetodaslasnuevasalcantarillasyboxesaejecutar

entramosenlosquelasnuevascalzadasdiscurrenseparadasdelaantiguacarretera.Enestoscasos,se

haadoptadocomoseccinparalanuevaobraelqueresultadeldimensionamientohidrulicorealizado

parala

obra

existente

bajo

la

antigua

carretera.

Adems de la seccin de alcantarillas y boxes y las obras de entrada y salida (cajas o cabezote con

aletones),sehanpropuestobajantesdeconcretoen lasalcantarillasen lasqueseanecesariosalvarun

nivel importante para el descenso de las aguas hasta los puntos en los que se ubican los cauces

existentes.

4.2.1.2 Metodologa.

ParalacomprobacindelacapacidaddelasalcantarillasyboxculvertssehautilizadoelprogramaHY8

de laFederalHighwayAdministration(FHWA),quepartiendodeunosdatosinicialescomoelcaudalde

proyectoy losrelativosaltipode lapropiaobradedrenaje (longitud,pendiente,tipodeembocadura,

dimetro, etc.), determina, entre otros, el tipo de rgimen (crtico, supercrtico o subcrtico), la

profundidaddelescurrimiento, lavelocidaddecirculacindelagua,alturadelaguaa laentradade la

obradedrenaje,velocidadalasalidadelamismaytipodecontroldominante(entradaosalida).

ElprogramaresuelvedeformanumricalasecuacionesquefiguraneneldocumentoHydraulicDesign

SeriesNumber5 (HDS5),publicadopor laFederalHighwayAdministration (FHWA),proporcionando

unasolucinsimilaralaqueseobtendramediantelautilizacindelosnomogramas.Paraelclculode

l l d l d b i l l i l d d l d lid


OCCIDENTE



47/541

4.2.1.3 Resultadosdelestudio.

Delestudiorealizadoseconcluyeque laseccindeuntotalde7alcantarillasexistenteses insuficiente

hidrulicamente,porloqueseconsideranecesarialaejecucindeunanuevaobrahidrulicaconseccin

suficienteparapermitirelpasodeloscaudalesdeclculo.Enlasiguientetablasepresentaellistadode

lasobrashidrulicasquesernecesarioreemplazarenbaseaestecriterio:

CDIGOOBRASECCINHIDRULICA

OBRAEXISTENTESECCINHIDRULICA

OBRANUEVA

OH002 Alcantarilla600mm Cajn1.5x1.5


OH141 Alcantarilla600mm Alcantarilla900mm


OH183

Alcantarilla

600mm

Alcantarilla

900mm

OH295 Alcantarilla600mm Alcantarilla1200mmOH335 Alcantarilla600mm Cajn1.5x1.5

Tabla12.Listadodeobrasdedrenajeinsuficienteshidrulicamente

En la tabla resumen que sepresenta en elAnexo 5 se presentan los resultados de las velocidades y

elevacionesdeaguaa laentradaobtenidastantopara lasseccionesde lasobrashidrulicasexistentes,

comopara

las

que

resultan

de

la

substitucin

de

la

alcantarilla

obox

que

no

cumple

los

criterios

hidrulicosestablecidos.

Deformacomplementaria,enelAnexo6semuestranloslistadosdeclculodelHY8decadaunadelas

alcantarillasyboxculvertsestudiadas,tantoparaelcasodeobrasexistentescomopara laspropuestas

consunuevaseccinhidrulica.

En

la

tabla

resumen

que

se

presenta

en

el

Anexo

7

del

presente

documento

se

recogen

las

ubicaciones

detodaslasalcantarillasexistentesypropuestas,ascomosulongitudtotal(actual,yresultanteunavez

ejecutadalaobradelanuevacalzada).

4.2.2 CUNETASYOTROSELEMENTOSDEDRENAJEMENOR.


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OCCIDENTE



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Laszanjasdecoronacinirnrevestidasenconcreto,tendrnunabasede0.40m,unaalturade0.50m,

taludestransversales

1.0H:1.66V,

yun

ancho

de

boca

superior

de

1.0

m.

A

continuacin

se

presenta

la

capacidaddelascunetasaflujollenosinbordelibre:

Pendiente j(m/m)

Zanjadecoronacintrapecial

AnchoSuperior=1m

AnchoInferior=0.4m

Calado=0.5m.

0.005 0.65100.010 0.9206

0.015 1.1275

0.020 1.3020

0.025 1.4557

0.030 1.5946

0.035 1.7224

0.040 1.8413

0.045 1.9530

0.050 2.0586

0.055 2.15910.060 2.2551

0.065 2.3472

0.070 2.4358

0.075 2.5213

0.080 2.6040

0.085 2.6841

0.090 2.7619

n 0.014rea(m

2) 0.35

PermetroMojado(m) 1.5662

RadioHidrulico 0.2235

(1/n)*S*RH^(2/3) 9.2064

Datos decalculo

Tabla16.Capacidadhidrulicacunetaenzanjadecoronacin

EnelAnexo8seharealizadoelclculodelasdistanciasmximasdezanjadecoronacinqueesposible

ejecutarsin

necesidad

de

descole

intermedio.

Para

ello,

se

ha

realizado

el

clculo

de

la

aportacin

media

pormetrolinealdecuneta,aplicandoparaellolafrmulaRacional.Sehaconsideradoparaelclculoun

tiempodeconcentraciniguala10mincorrespondienteaunaintensidaddeprecipitaciniguala121.05

mm/h(estacinImues),yunreaaferentepormetrolinealiguala100m2deladera(conuncoeficiente


OCCIDENTE



53/541

Tendrn escalones de altura variable por longitudes de descanso de al menos 0.50 m. La energa se

disiparpor

el

golpe

(calor)

del

agua

contra

cada

descanso.

Estas

estructuras

entregarn

la

escorrenta

directamentealascajasdeentradadelasalcantarillasdecrucedelava.

Enlostaludesconbermasseejecutarncunetasrevestidasenconcreto,quetendrnunanchodeboca

superiorde1mytaludestransversales1.0H:5.0V,Estascunetasenbermasentregarna laszanjasde

coronacin,quebajarnlasaguasalosnivelesinferiores.

4.2.2.6 Pasosdecunetas.

Lospasosdecunetasbajolavaserealizarnentubadolacunetacontuberasdeconcretode300mmde

dimetro,queestarnreforzadasconunaenvueltadeconcretodealmenos15cmdeespesor.

4.2.2.7 Sumideros,pozosytuberascolectoras.

En laszonasurbanasen lasquesehaproyectado laejecucindeandenessecaptarn lasaguasenel

bordillomediante

sumideros

de

concreto

con

rejilla

de

fundicin.

La

conduccin

de

las

aguas

hasta

su

disposicin final se realizar mediante tuberas colectoras de PVC de 400 mm de dimetro. Para el

registroylimpiezaperidicadeestasconducciones seejecutarnacada50m comomaximopozosde

concretocontapaymarcodefundicin.

Acontinuacinsepresenta lacapacidadde loscolectoresdePVCaflujollenosinborde libre,teniendo

en cuenta las caractersticasde la seccinde la tubera, lapendiente longitudinalyuncoeficientede

rugosidadde

Manning

para

el

PVC

de

0.010:


OCCIDENTE



54/541

Pendiente

j

(m/m)

Colector

D

=

400

mm

0.005 0.1914

0.010 0.2707

0.015 0.3316

0.020 0.3829

0.025 0.4281

0.030 0.4689

0.035 0.5065

0.040 0.5415

0.045 0.57430.050 0.6054

0.055 0.6349

0.060 0.6632

0.065 0.6902

0.070 0.7163

0.075 0.7414

0.080 0.7657

0.085 0.7893

0.090 0.8122

n 0.01

rea(m2) 0.1257

PermetroMojado(m) 1.2566

RadioHidrulico 0.1

(1/n)*S*RH (2/3) 2.7073

Datos declculo

Tabla17.CapacidadhidrulicacolectorD=400mm

EnelAnexo8seharealizadoelclculodelasdistanciasmximasdecolectorqueesposibleejecutarsin

necesidaddedescoleintermedio.Paraello,sehautilizadolamismaaportacinunitariapormetrolineal

de colector empleadapara el clculo de cunetas externas. Dividiendo las capacidades mximasde la

colectorentreestaaportacinmedia, sehaobtenidoqueesposibleejecutar tramosde colector con

pendiente mnima del 0.5 % de hasta 235 m. Esta longitud es inferior a la distancia promedio entre

alcantarillas proyectadas, que es de aproximadamente 100 m, por lo que el colector se considera

adecuada

para

el

manejo

de

aguas

vertidas

por

los

sumideros

de

calzada.

4.2.3 SUBDRENAJE.

Debajodelascunetasylosbordesdevaquequedendentrodetaludesdecorteseconstruirunfiltro


OCCIDENTE



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Diseo Geosintticos sptima Edicin. 2006, por medio del programa Geosoft V2.0 los cuales se

presentanen

el

Anexo

9.

Figura24.Seccindelosfiltros

4.3 OBRASMAYORES

Elanlisishidrulicode lasobrasmayoresbuscadeterminarelperfilde la superficiedelaguapara la

crecientedediseo,informacinapartirdelacualsedetermina:

1. Lasuficienciadelglibodelaestructuraexistente/proyectada.

2. Elimpactoaguasarribaoremansogeneradoporelpuente.

3. Lasdistribucionesdelflujoylavelocidadparalaestimacindelasocavacinpotencialyconello

las medidas protectoras para los puentes existentes y las cotas de cimentacin de las

infraestructurasproyectadas.

Enlatablapresentadaacontinuacinserecogentodaslasobrasmayoresexistentesyproyectadaspara

lavaobjetodeestudio.


OCCIDENTE



56/541

ABSCISA NOMBREDELAOBRA

RO/QUEBRADA N

CUENCA

REA

CUENCA

(km2)

Q(m3/s) TIPOOBRA

N

DE

VANOSLONG.

VANO

MENOR

(m)LONG.

VANO

MAYOR

(m)LONG.

TOTAL

(m)

RUTA2501 GUAITARA 3 2,464.378 441.600 PUENTE 2 15 42 57

ABSCISA NOMBRE

DE

LA

OBRA RO/QUEBRADA N

CUENCA

REA

CUENCA

(km2)

Q

(m3/s) TIPOOBRA

NDE

VANOS

LONG.VANO

MENOR

(m)

LONG.VANO

MAYOR

(m)

LONG.TOTAL

(m)

2+0682+103(I) 2.08(I) PUENTENUEVOCI 1 34.5

1+8802+000(D) 1.95(D) PUENTENUEVOCD 4 30 30 120

2+6052+635(I) 2.63(I) PUENTENUEVOCI 1 30

2+3802+595

(D) 2.50

(D)

PUENTE

NUEVO

CD 7 30 35 215

2+8403+100(I) 2.95(I) GUAITARA 3 2,464.378 441.600 PUENTENUEVOCI 5 20 110 260

2+7753+040(D) 2.90( D) GUAITARA 3 2,464.378 441.600 PUENTENUEVOCD 5 20 110 265

6+9607+120(I) 7.05(I) MAGDALENA 4 36.432 32.100 PUENTENUEVOCI 4 20 70 160

6+9257+115(D) 7.00(D) MAGDALENA 4 36.432 32.100 PUENTENUEVOCD 5 25 70 190

0+2000+240 CONEXIN6.8 PUENTENUEVO 2 10 30 40

11+98012+000

(D) 12.05(D) PUENTENUEVOCD 5 20 30 120

15+82515+980

(D) 15.90(D) PUENTENUEVOCD 5 30 35 155

OBRAS

MAYORES

EXISTENTES

OBRAS

MAYORES

PROPUESTAS

EN

NUEVAS

CALZADAS

Tabla18.

Listado

de

obras

mayores

existentes

ypropuestas

En el presente estudio se hajustificadoeldimensionamiento de lospuentesproyectados, siendo los

enumeradosenlasiguientelista:

Ro Guaitara, modelizndose el puente existente en la actualidad y los proyectados,

correspondientesacadaunadelascalzadas.

QuebradaMagdalena,estudindoselospuentesproyectadosparacadaunadelascalzadas.

4.3.1 METODOLOGA.

Elprocedimientoseguidoparalarealizacindelestudiohidrulicodelasobrasmayorescomienzaconla

identificacindeltipodeflujodelcauce,paraposteriormenteobtener losnivelesde la lminadeagua

paraunperiododeretornode100aos.

Finalmentese

determina

el

glibo,

entendido

como

la

menor

distancia

entre

la

lmina

de

agua

correspondiente al caudal de diseo y el canto inferior de las vigas del puente. El criterio para

determinar el glibo mnimo ha sido tomado de Manual de Diseo Geomtrico para Carreteras del

INVIAS (referenciabibliogrfican6), segnel cualpara corrientesdeaguaqueenalgunosperodos

transportan desechos troncos y otros objetos voluminosos el glibo mnimo ser de dos metros con


OCCIDENTE



57/541

Asimismo, se cont con la informacin topogrficadisponible, realizando la revisindelglibo conel

caudalde

100

aos,

determinado

apartir

del

hietograma

de

precipitaciones

elaborado

aen

base

alas

intensidadesdelluviacalculadasmedianteelMtododeVargasyDazGranados.

4.3.3 MODELIZACINHIDRULICA.

Para la modelizacin hidrulica se ha utilizado el programa de clculo HECRAS vs. 4.1.0,

implementndoseenelmismounclculoenrgimenpermanentegradualmentevariado.

ElprogramaHECRAS,desarrolladoporelCuerpode IngenierosdelEjrcitode losEstadosUnidosde

Amrica,esunsistema integradode softwareparaanlisishidrulicode redesdecanalesnaturalesy

artificiales.

Para la realizacinde lamodelizacinhidrulica separtide las secciones transversalesde la cuenca

obtenidasmedianteelmodulode integracinHECGeoRasparaelArcGis10.1.Estemduloprocesade

maneraautomticalosperfilesdelterrenoapartirdeunmodelodigitalobtenidodelacartografaen3D.

Sehaprocedidoa lamodelizacinhidrulicadel roenel tramoenelque seubican lospuentes,con

objeto de evaluar las elevaciones de la lmina de agua, ocupacin de las llanuras de inundacin, y

velocidadesdepasodelaguabajolaestructura.

Paralaobtencindelosresultados,elprogramaestimalasprdidasdecargaqueseproducenenelpaso

bajolasestructurasmediantelarealizacindebalancesdeenerga.


OCCIDENTE



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Caberesaltar,queparaelcasodelasnuevasinfraestructuraspropuestas,sehallevadoacabounclculo

parala

obtencin

de

la

llanura

yperfil

del

ro

antes

de

la

construccin

del

nuevo

viaducto,

yun

segundo

clculopara lasituacinexistentedespusdeldesdoblamientodecalzadaprevisto,comparndose los

resultadosobtenidosenambosclculosyevaluandolasposiblessobreelevacionesdelalminadeagua

provocadasporlasobras.

4.3.4 RESULTADOSDELESTUDIO.

Semuestra

en

los

siguientes

cuadros

resumen

la

revisin

hidrulica

ylos

resultados

obtenidos

para

cada

cruce, considerando un periodo de retorno de 100 aos, recogindose en el Anexo 10 del presente

documentoloslistadosdeclculodelHECRASdecadaunadelasobrasdedrenajemayorestudiadas.

Caberesaltarquelosresultadosmostradosenelpresenteapartadosecorrespondenconlasmediciones

efectuadasenelperfilaguasarribadelpuenteproyectado.

PUENTE PERFILDEREFERENCIA

COTALMINA

DEAGUA(m)COTA

INFERIORPUENTE(m)

GLIBO(m)

Guaitara 170BRU 1645.83 1726.33 80.50

Magdalena 365BRU 1932.22 1975.00 42.78

Tabla19.Glibosdelospuentesproyectadosanalizados

Ala

vista

de

los

resultados

obtenidos

se

puede

concluir

que

los

viaductos

analizados

presentan

un

glibo

muysuperioraldefinidocomomnimoenelManualdeDiseoGeomtricoparaCarreterasdelINVIAS,

quesegnserecogeenelapartado4.3.1.delpresenteestudioesde2.5m.

Habida cuenta de los resultados obtenidos, se puede observar como la lmina libre del agua en la

avenidaconperiododeretornodeT=100aosnoresultainfluenciadadeningnmodoporlapresencia

de los puentes proyectados. En consecuencia, no existe sobreelevacin causada por la nueva

construccin,

considerndose

como

admisibles,

desde

el

punto

de

vista

hidrulico,

tanto

las

luces

como

lasubicacionesdelospuentesproyectados.


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OCCIDENTE



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La socavacin localocurre,engeneral,alrededorde losestribos,pilasdepuentesy cualquier tipode

obstruccinal

flujo.

Es

el

resultado

de

la

turbulencia

yde

los

cambios

locales

del

vector

velocidad

causadosporlasobstrucciones.

Paraelclculodeestetipodesocavacinenestribosseaplicarndosde lasformulacionespropuestas

eneldocumentoHEC18:laecuacinHIRE(Richardson,1990)ylaecuacindeFroelich(Froelich,1989).

Estas frmulas estn directamente implementadas en el programa HECRAS, que obtiene los datos

necesarios

para

su

aplicacin

del

modelo

hidrulico

de

la

avenida

de

T=100

aos.

El

programa

determina

de formaautomticacules laecuacinmsconvenienteparaevaluar lasocavacin local,yrealizael

clculodelaprofundidaddesocavacinmediantelaaplicacindelafrmulacorrespondiente.

ElclculodesocavacinenpilasdepuentesserealizarmedianteelMtododelaUniversidadEstatalde

Colorado,CSU,medianteelcualseestimalasocavacinlocaltantoencondicionesdeaugasclarascomo

enlechomvil.

5.2 DATOSINTRODUCIDOSPARAELCLCULODEPROFUNDIDADESDESOCAVACIN

Para la realizacinde losclculos,esnecesario introducirenelprograma losdatosdelD50yD95del

materialdellechoymrgenes.Apartirdelasobservacionesrealizadasencampo,sehaconstatadoque

losrosdiscurrensobresuspropiasllanurasaluviales,porloquesehanutilizadoparalosclculosunos

valoresD50yD95de2y1mmrespectivamente(materialesarenolimosos).

Enlo

que

respecta

alos

valores

de

constantes

adoptados

para

la

aplicacin

del

mtodo

de

CSU,

se

han

adoptado unos valores de K1 de 1.0 (correspondiente a pilas de nariz circular) K2 de 1.0

(correspondientearosrectilneos),yunvalormediodeK3de1.1(enfuncinde lascaractersticasdel

fondo de los cauces) y de K4 de 1.0 (dado que no existe acorazamiento en los lechos de los ros

estudiados).

5.3 CLCULODELASPROFUNDIDADESDESOCAVACIN

Acontinuacin sepresentaun resumende los resultadosde losclculosdeprofundidades totalesde

socavacinrealizados.EnelAnexo11sepresentanlosresultadoscompletosobtenidosconelprograma

HECRAS:


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OCCIDENTE



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Clculodesocavacionesconnfasisenlascuencasconposibilidaddeafectacindeestructuras.

Adicionalmentese

estimaron

los

flujos

correspondientes

alas

reas

laterales,

se

calcularon

las

cunetas tpicas para esos tramos y los elementos tpicos de drenaje superficial. Para el

dimensionamiento de estos elementos se han utilizado los caudales correspondientes a un

perododeretornode10aos.

La identificacinde loscauces interceptadospor lavay larepresentacinde lascuencasaferentesde

cadaunodeellos se realiz,enbasea la informacinaportadaporel inventariodecampo realizado,

sobre

las

planchas

1:25000

del

IGAC,

emplendose

para

las

de

mayor

tamao

las

planchas

a

escala

1:100000.

Sobrelarestitucindeltramoefectuada,ybasndoseenelinventario,seidentificlatotalidaddeobras

depasoexistentesactualmenteen lava.En laactualidad lavacuentaconun totalde393obrasde

paso,contabilizandoalcantarillas,boxculvertsypuentes.

Elnmerototaldeobrasdepasoexistentesparapermitirelcrucedelascorrientesdeaguaidentificadas

enlos

planos

1/25000

es

de

13,

incrementndose

su

nmero

hasta

17

con

la

duplicacin

de

va

definida

oporlamejoradeltrazado.Paraestasobrassehadelimitadolacorrespondientecuencavertientepara

obtenerposteriormenteloscaudalesdeclculo.Ensumayoracorrespondenacorrientesdemedianoy

pequeotamao,destacndoseporsuimportanciaregional,especialmente,elroGuaitara,conunrea

aferentede2,464.378km2.

En lo que respecta al estudio hidrulico de las obras, en primer lugar, a partir de los datos de las

alcantarillasobtenidos

en

el

inventario

de

campo

realizado

yde

la

cartografa

(ubicacin

geogrfica,

seccinhidrulica,longitudycotasalaentradayalasalida)yconbaseenloscaudalescalculadospara

cadacuencaaferente, sehadeterminado lavalidezde laseccinhidrulicade laobraexistente.Esta

comprobacinse realiznicamenteparaaquellasobrasmenoresquepermitenelpasode loscauces

interceptadospor lava identificados sobre lasplanchas1:25000del IGAC,apartirde la informacin

aportadaporelinventariodecamporealizado.

Paradeterminar

la

validez

de

las

alcantarillas

ybox

culverts

se

ha

considerado

una

condicin

de

altura

deaguamximaalaentrada/alturadelaobraiguala1.2(He/D=1.2).Porotraparte,sehacomprobado

quelasvelocidadesenelinteriordelasobrassoninferioresa6m/s.

En caso de no cumplir alguno de los criterios anteriormente definidos se ha considerado que la seccin


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OCCIDENTE



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Implementarunsistemaderecoleccinytratamientodeaguasresidualesparanocontaminarel

aguade

los

caos.

Sembrarespeciesadecuadasparapoblarlasuperficiedelostaludesdelterraplncuyopropsito

seaelcontroldeerosionesdebidasalascrecientes.

Se ejecutar subdrenaje en aquellas zonas no detectadas en que sea requerido, ya que es

necesario para evitar las fuerzas de empuje pasivo del agua subterrnea. Al momento

constructivo, se proceder con los tramos sealados y los tramos que se identifiquen en esa

etapa.


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4 G CONCESIONES. GRUPO 2 CENTRO

OCCIDENTE

COEDO: PAO MICHACA: PP


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ANEO 1 DAO PLIOMICO IDEAM


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71/541


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OCCIDENTE



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ANEO 3 ABLA EMEN DE CADALE


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OCCIDENTE



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ANEO 5. ABLA EMEN DE ELADO DE OBA HIDLICA

EIENE EEIDA


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OCCIDENTE



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ANEO 6. LIADO DE CLCLO DE ALCANAILLA


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103/541

Culvert Data Summary - OH-183

Barrel Shape: Circular

Barrel Diameter: 600.00 mm

Barrel Material: ConcreteEmbedment: 0.00 mm


104/541

Barrel Manning's n: 0.0140

Culvert Type: Straight

Inlet Configuration: Square Edge with Headwall

Inlet Depression: NONE

Table 6 - Culvert Summary Table: OH-183

CulvertDischarge

(cms)

HeadwaterElevation

(m)

InletControl

Depth (m)

OutletControl

Depth (m)

FlowType

NormalDepth (m)

CriticalDepth (m)

OutletDepth (m)

TailwaterDepth (m)

OutletVelocity

(m/s)

TailwaterVelocity

(m/s)

0.97 0.97 2689.93 1.927 0.776 5-S2n 0.381 0.545 0.399 0.204 4.862

********************************************************************************

Straight Culvert

Inlet Elevation (invert): 2688.00 m, Outlet Elevation (invert): 2686.50 m

Culvert Length: 27.94 m, Culvert Slope: 0.0538

********************************************************************************

Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-


105/541


106/541


107/541


108/541


Barrel Shape: Concrete Box

Barrel Span: 1500.00 mm

Barrel Rise: 1500.00 mm

Barrel Material: Concrete

Embedment: 0.00 mm


109/541



Inlet Configuration: Square Edge (90) Headwall



CulvertDischarge

(cms)

HeadwaterElevation

(m)

InletControl

Depth (m)

OutletControl

Depth (m)

FlowType

NormalDepth (m)

CriticalDepth (m)

OutletDepth (m)

TailwaterDepth (m)

OutletVelocity

(m/s)

TailwaterVelocity

(m/s)

2.99 2.99 2574.69 1.192 0.0* 1-S2n 0.282 0.740 0.353 0.272 5.641

********************************************************************************

Straight Culvert



********************************************************************************

Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-384


110/541


111/541




Barrel Rise: 1500.00 mmBarrel Material: Concrete

Embedment: 0 00 mm


112/541

Embedment: 0.00 mm






CulvertDischarge

(cms)

HeadwaterElevation

(m)

InletControl

Depth (m)

OutletControl

Depth (m)

FlowType

NormalDepth (m)

CriticalDepth (m)

OutletDepth (m)

TailwaterDepth (m)

OutletVelocity

(m/s)

TailwaterVelocity

(m/s)

3.68 3.68 1765.72 1.417 0.768 1-S2n 0.413 0.850 0.582 0.416 4.213

********************************************************************************

Straight Culvert



********************************************************************************



Barrel Shape: Circular

Barrel Diameter: 900.00 mm

Barrel Material: ConcreteEmbedment: 0.00 mm

Barrel Manning's n: 0 0140


113/541

Barrel Manning s n: 0.0140


Inlet Configuration: Square Edge with Headwall



CulvertDischarge

(cms)

HeadwaterElevation

(m)

InletControl

Depth (m)

OutletControl

Depth (m)

FlowType

NormalDepth (m)

CriticalDepth (m)

OutletDepth (m)

TailwaterDepth (m)

OutletVelocity

(m/s)

TailwaterVelocity

(m/s)

0.24 0.24 2374.38 0.382 0.0* 1-S2n 0.204 0.280 0.209 0.051 2.119

********************************************************************************

Straight Culvert



********************************************************************************



114/541


115/541


116/541





Embedment: 0.00 mm


117/541






CulvertDischarge

(cms)

HeadwaterElevation

(m)

InletControl

Depth (m)

OutletControl

Depth (m)

FlowType

NormalDepth (m)

CriticalDepth (m)

OutletDepth (m)

TailwaterDepth (m)

OutletVelocity

(m/s)

TailwaterVelocity

(m/s)

4.86 4.86 2697.11 1.408 0.0* 1-S2n 0.464 0.844 0.497 0.344 4.889

********************************************************************************

Straight Culvert



********************************************************************************



118/541

Culvert Data Summary - OH-238.1




Embedment: 0.00 mm


119/541





Table 9 - Culvert Summary Table: OH-238.1

CulvertDischarge

(cms)

HeadwaterElevation

(m)

InletControl

Depth (m)

OutletControl

Depth (m)

FlowType

NormalDepth (m)

CriticalDepth (m)

OutletDepth (m)

TailwaterDepth (m)

OutletVelocity

(m/s)

TailwaterVelocity

(m/s)

12.51 12.51 2979.18 2.280 0.728 1-S2n 0.722 1.366 0.858 0.814 5.834

********************************************************************************

Straight Culvert



********************************************************************************

Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-238.1






Embedment: 0.00 mm


120/541





Table 10 - Culvert Summary Table: OH-238.2

CulvertDischarge

(cms)

HeadwaterElevation

(m)

InletControl

Depth (m)

OutletControl

Depth (m)

FlowType

NormalDepth (m)

CriticalDepth (m)

OutletDepth (m)

TailwaterDepth (m)

OutletVelocity

(m/s)

TailwaterVelocity

(m/s)

12.51 12.51 2982.78 2.284 1.524 1-S2n 0.755 1.366 0.900 1.968 5.561

********************************************************************************

Straight Culvert



********************************************************************************

Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-238.2






Embedment: 0.00 mm

Estudio de Hidraulica, Hidrologia y Socavación – Carreteras Colombianas

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