008 reh prmo viihh 1

VIAS DE LAS AMERICAS S.A.S.

VOLUMEN VII – ESTUDIO DE HIDROLOGÍA, HIDRÁULICA Y SOCAVACIÓN TRAMO PUERTO REY – MONTERÍA

OCTUBRE - 2012

AGENCIA NACIONAL DE INFRAESTRUCTURA

TRANSVERSAL DE LAS AMÉRICAS SECTOR 1 CONTRATO DE CONCESIÓN No. 008 de 2010

CONTROL DE MODIFICACIONES

Versión Nº

Fecha Numeral

Modificado Descripción de la

Modificación Elaboró Presentó

0 03/2012 Hidroconsulta

Ltda. Vías de Las

Américas S.A.S.

1 10/2012 Ajustes a

observaciones Hidroconsulta

S.A.S Vías de Las

Américas S.A.S

CONTRATO DE CONSULTORÍA No. 016 de 2011

VOLUMEN VII. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA, HIDRÁULICA Y SOCAVACIÓN. TRANSVERSAL DE LAS AMÉRICAS,

SECTOR 1

TRAMO PUERTO REY - MONTERÍA (REHABILITACIÓN 64 Km)

INFORME TÉCNICO (VERSIÓN 1.0)

Octubre de 2012

VÍAS DE LAS AMÉRICAS S.A.S. HIDROCONSULTA LTDA.

VOLUMEN VII. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA, HIDRÁULICA Y

SOCAVACIÓN. TRANSVERSAL DE LAS AMÉRICAS, SECTOR 1 TRAMO PUERTO REY - MONTERÍA

(REHABILITACIÓN 64 Km)

VERSIÓN 1.0. OCTUBRE DE 2012

GRUPO INTERDISCIPLINARIO DE TRABAJO

DIRECCIÓN Y COORDINACIÓN

Carlos Rodríguez Amaya, I.C., M.Sc., Ph.D. Santiago Duarte Méndez, I.C.

ESTUDIOS Y DISEÑOS José Moreno Calderón I.C. Juan González Parra I.C. M.Eng.

Yolis Guevara Cortés I.C. Sergio Redondo Tilano I.C. M.Eng.

Andrés Rojas Aguirre I.C. M.Eng.

AUXILIARES DE INGENIERÍA

Daniel Barbón Roa Nabith Calceto Trujillo Cristian Cruz Rangel

Nathalie Peña Morales Jhon Polanco Mendieta

Juan Rubiano Torres Holman Vargas Moreno Diana Barrero Gutiérrez

DIBUJO María Victoria Romero

i

TRAMO PUERTO REY - MONTERÍA

Oficinas: Carrera 13 No 60-29 B/La Castellana Montería, Colombia

Tel: 7911207 – 7917232 – 7917240 e-mail: [email protected]

TABLA DE CONTENIDO

CAPÍTULO 1. OBJETO Y ALCANCE 1

1.1 OBJETIVO 1

1.2 ALCANCE DE LOS ESTUDIOS 1

1.3 LOCALIZACIÓN 2

CAPÍTULO 2. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS 4

2.1 RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN EXISTENTE 4 2.1.1 Climatología. 4 2.1.2 Zonas agroecológicas homogéneas. 5

2.2 METODOLOGÍA 7 2.2.1 Cuencas Hidrográficas Menores. 8 2.2.2 Cuencas Hidrográficas Mayores. 10

2.3 CARTOGRAFÍA 12

2.4 ANÁLISIS DE VARIABLES CLIMATOLÓGICAS 13 2.4.1 Análisis de precipitación 13 2.4.2 Análisis de parámetros climatológicos 14 2.4.3 Regionalización de la precipitación 17

2.5 ANÁLISIS DE CAUDALES 18

2.6 JUSTIFICACIÓN DE LAS FÓRMULAS EMPLEADAS 20 2.6.1 Cuencas Menores 21 2.6.2 Cuencas Intermedias y Mayores 21

2.7 APLICACIÓN DE TEORÍAS Y MÉTODOS DE PREDICCIÓN 22 2.7.1 Funciones de Intensidad-Duración-Frecuencia 22 2.7.2 Ajustes de distribución extrema para caudales máximos 23 2.7.3 Hietogramas de diseño 24 2.7.4 Caudales de diseño 25

CAPÍTULO 3. ESTUDIOS HIDRÁULICOS 31

3.1 GEOMORFOLOGÍA Y DINÁMICA FLUVIAL 31 3.1.1 Río Córdoba abscisa K7+598 31 3.1.2 Cruce Río Canalete abscisa K19+037 31 3.1.3 Cruce quebrada Trementino abscisa K19+441 32 3.1.4 Cruce quebrada El Ébano abscisa K19+849 33 3.1.5 Cruce Caño Viejo abscisa 53+394 33 3.1.6 Cruce Arroyo Caimanera abscisa 56+147 a 56+187 34

ii




3.2 OBRAS MENORES 35 3.2.1 Inventario de obras 35 3.2.2 Evaluación de Obras Menores 41

3.3 SUBDRENAJE 49

3.4 OBRAS MAYORES 50

CAPÍTULO 4. ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN 59

4.1 ANÁLISIS DE INFORMACIÓN DE CAMPO 59 4.1.1 Puente Los Córdobas, río Córdoba 59 4.1.2 Puente río Canalete 60 4.1.3 Puente Quebrada Trementino 61 4.1.4 Puente Jalisco sobre la quebrada El Ébano 61 4.1.5 Cajón quíntuple sobre el Caño Viejo 62 4.1.6 Grupo de cajones sobre el arroyo La Caimanera 63

4.2 APLICACIÓN DE LAS TEORÍAS DE SOCAVACIÓN 64 4.2.1 Socavación general 64 4.2.1 Socavación local 65

4.3 OBRAS DE PROTECCIÓN CONTRA SOCAVACIÓN 69

CAPÍTULO 5. RESULTADOS Y MEMORIAS DE CÁLCULO 70

5.1 ESTUDIO DE HIDROLOGÍA: CAUDALES DE DISEÑO HIDROLÓGICO 70

5.2 ESTUDIOS HIDRÁULICOS: DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS 70

5.3 ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN 72

CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 74

6.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS 74 6.1.1 Conclusiones 74 6.1.2 Recomendaciones 74

6.2 ESTUDIOS HIDRÁULICOS 75 6.2.1 Conclusiones 75 6.2.2 Recomendaciones 76

6.3 ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN 76 6.3.1 Conclusiones 76 6.3.2 Recomendaciones 77

BIBLIOGRAFÍA 78

iii




LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1. INFORMACIÓN BASE

A1.1. Información hidrológica.

A1.2. Fotografías aéreas para el análisis de evolución de orillas.

ANEXO 2. ANÁLISIS Y DISEÑO

A2.1. Observaciones y recomendaciones de obras menores.

A2.2. Evaluación hidráulica de alcantarillas existentes.

A2.3. Análisis y diseño hidráulico de cunetas.

A2.4. Análisis, diseño y rediseño hidráulico de alcantarillas.

A2.5. Modelación hidráulica de obras mayores.

iv




LISTA DE PLANOS

HIDROGRAFÍA GENERAL DE LA ZONA DEL PROYECTO

008_REH_ARPR_HIG_PL_001_00

SISTEMA DE DRENAJE VIAL

008_REH_ARPR_ALC_PP_001_00



…




ESPECIFICACIONES DE OBRAS PARA EL SISTEMA DE DRENAJE

008_REH_ARPR_ESP_DT_001_00

008_REH_ARPR_ESP_DT_002_00

v




LISTA DE TABLAS

Tabla 1.1. Tramos de vía contratados con el tipo de intervención requerida. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________ 2 Tabla 2.1. Estaciones hidrometeorológicas recopiladas para procesamiento y análisis. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ___________________________________________________ 4 Tabla 2.2Precipitación máxima mensual en las estaciones base. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. __________________________________________________________________ 5 Tabla 2.3. Relación entre Coeficientes de Escorrentía (N) y zonas agroecológicas homogéneas. _ 6 Tabla 2.4. Cartografía utilizada por Hidroconsulta para los análisis hidrológicos e hidráulicos. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________ 12 Tabla 2.5. Caudales de diseño de cuencas menores e intermedias para distintos periodos de retorno en el tramo Arboletes-Puerto Rey-Montería de la zona en estudio. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 25 Tabla 2.6. Caudales de diseño de cuencas intermedias y mayores para distintos periodos de retorno en el tramo Puerto Rey-Montería de la zona en estudio. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________ 26 Tabla 2.7. Obras que componen cada cuenca e identificación de la estructura de drenaje principal. Puerto Rey-Montería de la zona en estudio. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____ 29 Tabla 3.1. Obras Con Problemas De Socavación a Continuación del Solado. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 36 Tabla 3.2. Obras con problemas de socavación por detrás de aletas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________ 37 Tabla 3.3. Obras con problemas de desgaste en estructuras complementarias del ducto. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________ 37 Tabla 3.4. Obras con aletas deterioradas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ______ 37 Tabla 3.5.Obras con problemas en solado. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ______ 38 Tabla 3.6.Obras sin bordillos. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________ 38 Tabla 3.7.Obras con desgaste en bateas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _______ 39 Tabla 3.8. Obras con desgaste en el cuerpo de la estructura. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _______________________________________________________________________ 39 Tabla 3.9.Obras con solado deteriorado en ducto. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. 39 Tabla 3.10.Obras con pérdida de emboquillado en juntas .Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________________ 40 Tabla 3.11.Demolición de estructuras muy deterioradas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________________ 40 Tabla 3.12 Demolición de estructuras de encole y descole. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________________ 40 Tabla 3.13.Construcción de tubería nueva. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ______ 40 Tabla 3.14.Construcción de cajón nuevo. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _______ 41 Tabla 3.15.Construcción de estructuras de encole y descole nueva Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________ 41 Tabla 3.16.Construcción de estructuras de disipación. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________________ 41 Tabla 3.17. Periodos de Retorno adoptados según el tipo de obra. ________________________ 45 Tabla 3.18. Descripción de las obras de alcantarillado que conforman el proyecto. Planeta Rica - Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________ 48 Tabla 4.1. Resultados de socavación general por contracción para los puentes del tramo Puerto Rey-Montería __________________________________________________________________ 65 Tabla 4.2. Estimación de la profundidad de socavación en los estribos delos puentes y pontones del tramo Puerto Rey - Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____________ 68

vi




Tabla 4.3. Profundidades máximas de socavación probable. Puerto Rey - Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____________________________________________________ 68 Tabla 5.1. Resumen de evaluación de cunetas en el tramo Puerto Rey - Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____________________________________________________ 71 Tabla 5.2. Resumen evaluación de alcantarillas en el tramo Puerto Rey - Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____________________________________________________ 71 Tabla 5.3. Secciones óptimas para estructuras de cauces mayores en Puerto Rey – Montería (Su implementación implicaría un mejoramiento de la vía). Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________________ 72 Tabla 5.4. Estimación de la profundidad de socavación en los estribos de los puentes del tramo. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________ 73

vii




LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1. Localización del tramo de vía concesionado. Transversal de Las Américas - Sector 1. 2012. (Fotografía de Google Earth). _________________________________________________ 2 Figura 1.2. Detalle de la localización del tramo estudiado en el presente informe. Transversal de Las Américas - Sector 1. (Fotografía de Google Earth). __________________________________ 3 Figura 2.1. Factor de Reducción del Pico Z Transversal de Las Américas, Sector 1, 2011. ______ 9 Figura 2.2 Valores promedio de precipitación mensual en la estación de Arboletes según el régimen hidrológico anual. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ___________________ 14 Figura 2.3. Histograma de humedad relativa porcentual en la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____________________________________________________ 15 Figura 2.4. Histograma de temperatura media en la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 15 Figura 2.5.Histograma de número de días de precipitación en la estación Turbo. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 16 Figura 2.6. Histograma de número de días de precipitación en la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____________________________________________________ 16 Figura 2.7. Mapa de curvas isoyetas de precipitación máxima en 24 horas para un periodo de retorno de 10 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. 2012. ________________________ 18 Figura 2.8. Histograma de caudales máximos mensuales, estación La Candelaria, río San Juan de Urabá. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. __________________________________ 19 Figura 2.9. Histograma de caudales máximos mensuales, estación Montería Automática, río Sinú. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________ 20 Figura2.10. Curva IDF para la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. 22 Figura 2.11. Ajuste de distribución de probabilidad para los caudales máximos mensuales de la estación La Candelaria, río San Juan De Urabá. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _ 23 Figura 2.12. Ajuste de distribución de probabilidad para los caudales máximos mensuales de la estación Montería Automática, río Sinú. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________ 24 Figura 2.13. Hietogramas de precipitación total en la estación Turbo. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________ 24 Figura 2.14. Hietogramas de precipitación efectiva en la estación Arboletes, para la cuenca del río Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________ 25 Figura 2.15. Relación entre el área y los caudales de diseño de las cuencas asociadas al tramo Arboletes-Puerto Rey-Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ______________ 27 Figura 2.16.Relación entre el área y los caudales base de las cuencas asociadas al tramo Arboletes-Puerto Rey-Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ______________ 27 Figura 2.17. Esquema explicativo acerca del proceso de delimitación de cuencas. ___________ 28 Figura 3.1. Cruce del río Córdoba sobre sedimentos arcillo-limosos de baja resistencia. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. __________________________________________________ 31 Figura 3.2. Cruce del río Canalete sobre sedimentos arcillosos. Suelos expansivos. Transversal de Las Américas, Sector 1. 2012. _____________________________________________________ 32 Figura 3.3. Cruce de la quebrada Trementino sobre sedimentos arcillosos compactos. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. __________________________________________________ 32 Figura 3.4. Cruce de la quebrada El Ébano sobre sedimentos arcillosos con buena compactación. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________ 33 Figura 3.5. Cruce del Caño Viejo en el sitio de la alcantarilla cajón múltiple. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 34 Figura 3.6. Cruce del arroyo La Caimanera en el sitio de las alcantarillas cajón continuas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________ 34 Figura 3.7. Sección vial destruida por la ocurrencia de un flujo de lodos en la abscisa K10+750, del tramo Puerto Rey – Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________ 49

viii




Figura 3.8. Modelación hidráulica del río Córdoba (7+598) en la sección del puente para un caudal con periodo de retorno de 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. ________________ 51 Figura 3.9. Modelación hidráulica del río Canalete (19+037) en la sección del puente para un caudal con periodo de retorno de 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. __________ 52 Figura 3.10. Modelación hidráulica de la quebrada El Ébano (19+849) en la sección del puente para un caudal con periodo de retorno de 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. ___ 53 Figura 3.11. Modelación hidráulica de la quebrada Seca (31+969) en la sección del pontón para un caudal con periodo de retorno de 100 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. __________ 54 Figura 3.12. Modelación hidráulica de la quebrada Aguas Vivas (33+786) en la sección del pontón para un caudal con periodo de retorno de 100 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. ___ 55 Figura 3.13. Modelación hidráulica del Caño Viejo (53+394) en la sección del cajón múltiple para un caudal con periodo de retorno de 100 y 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. _____ 55 Figura 3.14. Modelación hidráulica del cauce ubicado en la abscisa 54+287 en la sección de la alcantarilla cajón para un caudal con periodo de retorno de 100 y 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. _____________________________________________________________ 56 Figura 3.15. Modelación hidráulica del arroyo La Caimanera (56+147 a 56+187) en la sección de las alcantarillas cajón para un caudal con TR 100 y 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1. ____________________________________________________________________________ 57 Figura 3.16. Sección hidráulica del pontón ubicado en la abscisa 57+663. Transversal de Las Américas, Sector 1. _____________________________________________________________ 58 Figura 4.1. Vista del Puente Los Córdobas desde aguas arriba. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _________________________________________________________________ 59 Figura 4.2. Vista desde aguas abajo del puente sobre el río Canalete, durante los eventos de creciente de noviembre de 2012. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. _____________ 60 Figura 4.3. Vista desde aguas arriba del puente sobre la quebrada Trementino. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 61 Figura 4.4. Vista desde aguas arriba del puente sobre la quebrada El Ébano. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 62 Figura 4.5. Vista desde aguas arriba de la estructura sobre el Caño Viejo. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. ________________________________________________________ 62 Figura 4.6. Vista desde aguas arriba de las estructuras sobre el arroyo La Caimanera. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. __________________________________________________ 63 Figura 4.7. Esquema de contracción para determinar socavación general. __________________ 65

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VÍAS DE LAS AMÉRICAS S.A.S. HIDROCONSULTA LTDA.

VOLUMEN VII. ESTUDIO DE HIDROLOGÍA, HIDRÁULICA Y SOCAVACIÓN.

TRANSVERSAL DE LAS AMÉRICAS, SECTOR 1 TRAMO PUERTO REY - MONTERÍA

(REHABILITACIÓN 64 Km)

VERSIÓN 1.0. OCTUBRE DE 2012

CAPÍTULO 1. OBJETO Y ALCANCE

1.1 OBJETIVO El objeto del proyecto es la realización de los estudios de hidrología, selección de obras para el sistema de drenaje vial, diseños hidráulicos y estudios de socavación para los tramos que hacen parte del Proyecto Vial Transversal de las Américas, Sector 1: Turbo-Necoclí, Necoclí-Mulatos, Arboletes-Puerto Rey, Puerto Rey-Montería y Montería-Planeta Rica. Dichos estudios, que realiza Hidroconsulta. para Vías de Las Américas S.A.S., consisten en el dimensionamiento y diseño de las obras menores, transversales y longitudinales: alcantarillas, cunetas y filtros, y obras mayores: puentes y pontones, entre otros, requeridas para dar un correcto drenaje al sistema vial. 1.2 ALCANCE DE LOS ESTUDIOS En este informe se presenta el estudio de hidrología, hidráulica Y socavación de las obras que componen el sistema de drenaje en el tramo Puerto Rey - Montería de la vía Transversal de Las Américas, Sector 1. Se presentan los resultados del estudio hidrológico, en cuanto a caudales de diseño de los cauces que cruzan la vía; el Inventario de obras, que consiste en el levantamiento en campo de las características físicas, espaciales y operativas de las estructuras que componen el sistema de drenaje; la evaluación de capacidad hidráulica de las obras inventariadas, en la que se contrastan las condiciones de operación actuales contra los caudales de diseño obtenidos del Estudio de Hidrología Regional; las recomendaciones dirigidas a la rehabilitación del sistema, por lo cual no se realiza un rediseño de detalle de obras; el estudio y análisis de obras mayores; y las cantidades de obra y presupuesto requerido para el desarrollo del proyecto.

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TRAMO PUERTO REY – MONTERÍA


Tel: 7911207 – 7917232 – 7917240 e-mail: [email protected] Página 2 de 72

1.3 LOCALIZACIÓN El proyecto se localiza en la zona occidental de la Costa Caribe de Colombia. Los tramos de vía del Sector 1 concesionados son intermitentes y van desde la costa oriental del Golfo de Urabá, en un tramo que comunica al municipio de Turbo con Necoclí, hasta el valle medio del departamento de Córdoba, en el municipio de Planeta Rica. En la Tabla 1.1 se presentan los tramos de vía correspondientes al proyecto, caracterizados por tipo y longitud de intervención a ejecutar.En la Figura 1.1 se muestra la localización espacial en el territorio colombiano de los diferentes tramos que conforman el proyecto, mientras que en la se presenta la ubicación específica del tramo al que hace referencia el presente informe.

Tabla 1.1. Tramos de vía contratados con el tipo de intervención requerida. Transversal de Las

Américas, Sector 1, 2012.

TRAMO TIPO DE INTERVENCIÓN LONGITUD (Km)

Turbo – Necoclí Mejoramiento 5,5

Necoclí – Mulatos Mejoramiento 32

Arboletes – Puerto Rey Rehabilitación 5

Puerto Rey – Montería Rehabilitación 64

Montería– Planeta Rica Mejoramiento 49

Figura 1.1. Localización del tramo de vía concesionado. Transversal de Las Américas - Sector 1. 2012.

(Fotografía de Google Earth).

3




Figura 1.2. Detalle de la localización del tramo estudiado en el presente informe. Transversal de Las

Américas - Sector 1. (Fotografía de Google Earth).

4




CAPÍTULO 2. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS

2.1 RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN EXISTENTE

2.1.1 Climatología.

Para la caracterización del clima y del régimen de lluvias se recopiló la información hidroclimatológica de las estaciones localizadas en el área de intervención e influencia del proyecto. Entre las estaciones consultadas se tienen de diferentes tipos: climatológicas, pluviométricas, pluviográficas, limnimétricas, limnigráficas, sinópticas y agro-climatológicas; todas las cuales son operadas por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). En la Tabla 2.1 se presentan las estaciones consultadas, caracterizadas por código, tipo, nombre, corriente asociada, coordenadas geográficas y elevación con respecto al nivel del mar. Para el procesamiento de información se identificaron tres estaciones base, ubicadas en los que se consideran como vértices principales del tramo de vía en estudio; las cuales son: Turbo, Arboletes, y Planeta Rica, todas de tipo climatológico ordinario. De ellas se ha recopilado la información de precipitación, precipitación máxima en 24 horas, evapotranspiración, número de días mensuales de precipitación, humedad relativa y temperatura media mensual. Se consideran como estaciones base debido a su ubicación geográfica en la zona y, además, por su disponibilidad de información y relativa cercanía con el eje vial.

Tabla 2.1. Estaciones hidrometeorológicas recopiladas para procesamiento y análisis. Transversal de

Las Américas, Sector 1, 2012.

CÓDIGO TIPO* NOMBRE CORRIENTE COORDENADAS ELEVACIÓN

MEDICIÓN DE CAUDAL

1203701 LG LA CANDELARIA SAN JUAN DE URABÁ 0840N 7627W 5m.s.n.m

1202706 LM EL DOS TURBO 0808N 7642W 25m.s.n.m

1306702 LG MONTERÍA SINÚ 0846N 7552W 17m.s.n.m

1202705 LG PUEBLO NUEVO MULATOS 0825N 7638W 60m.s.n.m

MEDICIÓN DE PRECIPITACIÓN

1307045 PM AGUAS MOHOSAS LAGO AGUAS MOHOS 915N 7530W 75m.s.n.m

1308504 PM APTO. LOS GARZONES CAÑO BUGRE 849N 7549W 20m.s.n.m

1201003 PM BARRANQUILLITA LEÓN 0735N 7643W 20m.s.n.m

1307016 PM BERASTEGUI CAÑO AGUAS PRIETA 0853N 7542W 20m.s.n.m

1307007 PM BOCA DE LA CEIBA SINÚ 0850N 7552W 20m.s.n.m

1306002 PM BUENOS AIRES CAÑO BETANCI 0828N 7546W 55m.s.n.m

1307017 PM BUENOS AIRES N 1 CAÑO AGUAS PRIETA 0846N 7546W 9m.s.n.m

1203002 PM CARMELO SAN JUAN DE URABÁ 0837N 7623W 50m.s.n.m

1307018 PM CARRILLO SINÚ 0859N 7549W 20m.s.n.m

1307501 PM CHIMA AY AGUAS PRIETAS 0909N 7537W 20m.s.n.m

2502073 PM CHINÚ ARROYO CANOAS 0907N 7523W 125m.s.n.m

26220050 PG LA CUMBRE Q. LAS CUATRO 0702N 7556W 2440m.s.n.m

5




CÓDIGO TIPO* NOMBRE CORRIENTE COORDENADAS ELEVACIÓN

2502099 PM HATO NUEVO ARROYO GRANDE COROZA 0910N 7511W 80m.s.n.m

1204001 PM JARAMAGAL QUEBRADA SESA 0854N 7613W 90m.s.n.m

1307002 PM MOMIL CIÉNAGA GRANDE 0914N 7541W 20m.s.n.m

1307027 PM MONTERÍA SINÚ 0845N 7554W 17m.s.n.m

1202001 PM PUEBLO BELLO MULATOS 0816N 7626W 80m.s.n.m

1307028 PM SABANAL SINÚ 0847N 7548W 10m.s.n.m

2502145 PM SAJONIA HDA ARROYO ARENA 0828N 7534W 100m.s.n.m

1308001 PM SAN ANTONIO SINÚ 0856N 7557W 50m.s.n.m

1307009 PM SAN CARLOS CAÑO AGUAS PRIETA 0848N 7542W 60m.s.n.m

1203001 PM SAN JUAN DE URABÁ SAN JUAN DE URABÁ 0846N 7632W 4m.s.n.m

1303001 PM TIERRALTA SINÚ 0811N 7604W 100m.s.n.m

1307505 AM UNIV DE CÓRDOBA SINÚ 0848N 7552W 15m.s.n.m

2502527 AM UNIV DE SUCRE ARROYO CANOAS 0912N 7524W 160m.s.n.m

1307043 PM VENECIA ARROYO MAPURINCE 0911N 7532W 50m.s.n.m

MEDICIÓN DE VARIABLES METEOROLÓGICAS

1204501 CO ARBOLETES QUEBRADA SECA 0851N 7625W 4m.s.n.m

1305503 CO GALÁN SINÚ 0840N 7559W 30m.s.n.m

1202503 CO EL MELLITO MULATOS 0832N 7640W 10m.s.n.m

2502519 CO PLANETA RICA ARROYO EL DESORDEN 0824N 7536W 90m.s.n.m

1202504 CO TURBO TURBO 0805N 7642W 2m.s.n.m

Las estaciones tachadas corresponden a las que son descartadas con base en el análisis de precipitación regional y las que se encuentran en cursiva corresponden a las estaciones base para el estudio. * LG: Limnigráfica, LM: Limnimétrica, PG: Pluviográfica, PM: Pluviométrica, AM: Agrometeorológica, CO: Climatológica Ordinaria.

En el caso del presente informe se ha adoptado la estación Arboletes como base para las cuencas comprendidas en el tramo. En la Tabla 2.2 se presenta la precipitación máxima en las diferentes estaciones base.

Tabla 2.2Precipitación máxima mensual en las estaciones base. Transversal

de Las Américas, Sector 1, 2012.

ESTACIÓN BASE Precipitación máxima mensual (mm)

Periodo de retorno P5 P10 P25 P50

Turbo 452,94 495,23 549,55 590,11

Arboletes 487,68 549,07 626,65 684,20

Planeta Rica 366,80 392,63 425,27 449,48

2.1.2 Zonas agroecológicas homogéneas.

Para obtener la distribución espacial de las zonas agroecológicas homogéneas, relacionadas con el uso actual y potencial de los suelos, se utiliza el estudio de zonificación agroecológica de Colombia, que incluye los mapas regionales de este tipo de zonas (Cortés, et al.1985). Mediante la identificación de las zonas agroecológicas homogéneas, la cual se presenta en el plano anexo 008_REH_PRMO_HIG_PL_001_00, es posible establecer una relación con los parámetros de escorrentía, al igual que con otras

6




variables hidrológicamente relevantes en el estudio. En la Tabla 2.3 se presentan los valores de cada coeficiente de escorrentía según las zonas agroecológicas homogéneas.

Tabla 2.3. Relación entre Coeficientes de Escorrentía (N) y zonas agroecológicas homogéneas.

ZONA NÚMERO

ESCORRENTÍA (N)

DESCRIPCIÓN

CU 86

Tierras de las colinas en la llanura del Caribe, Alto y Medio Magdalena, de relieve ondulado a quebrado, con pendientes hasta del 25%. Sus suelos (Tropepts, Orthents), desarrollados de materiales sedimentarios, presentan de baja a moderada evolución, son superficiales a moderadamente profundos, bien drenados, de moderada fertilidad y susceptibles a la erosión; localmente están afectados por sales y/o sodio. Tierras aptas para ganadería extensiva; en algunas áreas, con adecuadas prácticas de manejo, pueden establecer ganadería semi-intensiva y cultivos transitorios y permanentes (maíz, tabaco negro, ñame, frutales).

KB 71

Tierras aluviales y de planicies coluvio-aluviales en la Región del Caribe, Valle del Cauca, de relieve plano, con pendientes hasta del 3%. Sus suelos (Fluvents, Udolls, Trpepts, Uderts), derivados en general de materiales sedimentarios, tienen baja a moderada evolución, son bien drenados, moderadamente profundo a profundos y de fertilidad moderada a alta. áreas altas para agricultura comercial con cultivos transitorios y permanentes (yuca, sorgo, caña, plátano, ajonjolí, maíz, banano, frutales) y ganadería intensiva con prácticas de manejo adecuado

CJ 73

Tierras de las planicies aluviales y coluvión aluviales de la Región Caribe y Valles Interandinos, de relieve plano ligeramente ondulado con pendientes menores al 7%. Sus suelos (Fluvents, Orthents, Tropepts, Usterts, Ustalfs, Ustolls), desarrollados a partir de materiales sedimentarios, son superficiales a profundos, generalmente bien drenados y de fertilidad moderada a alta; están localmente limitados por pedregosidad o nivel freático. Tierras aptas para cultivos transitorios (arroz, yuca, ñame, sorgo, algodón, maíz), permanentes (plátano, palma africana) de tipo comercial y para ganadería semi-intensiva. Para su utilización intensiva se requiere riego complementario.

W 60

Tierras de las planicies aluviales sujetas a inundaciones periódicas, ubicadas en todos los climas, de relieve plano, con pendientes hasta del 3%. Sus suelos (Aquents, Aquepts), formados a partir de materiales sedimentarios, presentan poca evolución y mal drenaje. En épocas secas son aptas para ganadería. Con obras de adecuación pueden establecer cultivos (arroz). Incluye áreas pantanosas que se deben proteger para mantener el equilibrio ecológico.

CV 70

Tierras de las cordilleras que rodean los cañones de los ríos Cauca y Suárez, Fosa del Patía, Regiones de Dagua (valle), Dabeiba (Antioquia) y Zulia (Norte de Santander) y serranías de la llanura del Caribe, Alto y Medio Magdalena, de relieve complejo. Los suelos (Orthents, Tropepts), derivados de materiales heterogéneos, tienen muy baja evolución, son muy superficiales, bien drenados, de baja fertilidad, susceptibles a la erosión y localmente pedregosos o rocosos. Constituyen áreas que deben dedicarse a la protección y regeneración del medio; en algunos sitios de Dagua y Patía pueden cultivarse caña y frutales.

C 60

Tierras de la planicie marina (costaneras) en clima cálido húmedo y seco, de relieve plano, con pendientes menores del 3%. Son áreas cuyos suelos han evolucionado a partir de depósitos marinos, en las cuales la salinidad y el mal drenaje constituyen limitantes severos para el desarrollo de actividades agrícolas o pecuarias. Estas áreas deben conservarse en su estado natural; sectores seleccionados pueden dedicarse al desarrollo turístico.

KU 72

Tierras de las cordilleras, serranías y piedemonte, en las regiones del Caribe, Andén Pacífico y Andina, de relieve quebrado a fuertemente quebrado, con pendientes 25-50%. Los suelos (Tropepts, Orthents), derivados de los materiales heterogéneos presentan baja a muy baja evolución, son generalmente superficiales, bien drenados, de fertilidad baja y susceptibles a procesos erosivos. Áreas aptas para bosque protector-productor; algunas áreas admiten cultivos transitorios y permanentes (cacao, Maíz) y ganadería extensiva.

KP 70 Colinas con pendientes moderadas, alta fertilidad, Región Caribe y Valles Interandinos.

7




2.2 METODOLOGÍA Para estimar los caudales de diseño en los sitios de interés de la zona del estudio se realizó el análisis de las condiciones hidrológicas de las cuencas correspondientes, relacionadas con las corrientes que tienen influencia directa sobre la vía. Durante el análisis se procesó la información hidrometeorológica de las estaciones recopiladas, realizando, entre otros, las actividades que se presentan a continuación.

Clasificación por régimen climático en función del ENSO, indicando los años influenciados por el fenómeno de El Niño o La Niña.

Llenado de datos faltantes implementando funciones estocásticas con base en las relaciones propuestas por Monte Carlo y teniendo en cuenta en las estaciones hidrometeorológicas consultadas de manera independiente, la estación presentada cada mes y las condiciones climatológicas respectivas (año Niño, Niña o Normal). En seguida se procede a realizar un análisis de homogeneidad y consistencia de acuerdo con la metodología presentada por Salas (1980) solo para los años con régimen hidrológico normal, con el fin de evitar la inclusión de eventos extremos (Niño o Niña) que podrían sesgar la distribución de la muestra y definirla como una serie no homogénea. Teniendo la información completa se realiza un ajuste de distribución probabilística utilizando las distribuciones de valores extremos tipo Gumbel y Pearson tipo III. Con este ajuste se obtienen predicciones de eventos máximos con periodos de retorno de 2, 3, 5, 10, 25, 50, 100 y 200 años. Los resultados de este análisis se presentan en el Anexo 1.3.

Generación de funciones de Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF) aplicando el método de Vargas (1998), el cual se encuentra formulado específicamente para el ámbito colombiano. En este método se utilizan los registros de precipitaciones máximas en 24 horas y se aplica la siguiente ecuación:

bd e f g

c

TrI a M ND PT ELEV

t

I =

Intensidad (mm/h)

Tr =

Período de retorno, (años) T =

Duración de la precipitación, (horas)

M =

Promedio del valor máximo anual de precipitación diaria (mm),

de la estación respectiva. ND =

Promedio de número de días anuales con precipitación, de la

estación respectiva. PT =

Promedio de precipitación media anual (mm), de la estación

8




respectiva.

ELEV =

Elevación de la estación meteorológica de medición (msnm).

a, b, c, d, e, f, y g =

Son coeficientes propios de la ecuación que varían según la ubicación regional de la estación y de la cantidad de variables disponibles. Para el caso se utilizaron los recomendados por el autor del método.

Éste procedimiento se realizó utilizando hojas de cálculo, cuyos resultados se presentan en el Anexo A1.1.1. Luego se realiza el cálculo de caudales de diseño aplicando tres métodos diferentes en función del área de la cuenca, los cuales se describen a continuación.

2.2.1 Cuencas Hidrográficas Menores.

Los caudales de escorrentía de las cuencas menores están influenciados principalmente por las condiciones físicas del suelo y por la cobertura vegetal, más que por las características hidrológicas e hidráulicas del cauce principal; como tal, este tipo de cuencas son muy sensibles tanto a lluvias intensas de corta duración, como al uso y manejo del suelo, los cuales son independientes de las características del cauce principal. Debido a esto y a la existencia de la zonificación de áreas agroecológicas homogéneas, se utiliza el método de Ven Te Chow (1962) para determinar el hidrograma de crecientes y calcular el caudal de diseño para estructuras de drenaje utilizando las siguientes ecuaciones:

QD = caudal de diseño (m3/s)

QG = caudal generado por escorrentía (m3/s)

QB = caudal base (m3/s) A = área de la cuenca (m2)

X = factor de escorrentía (m/s) Y = factor climático (adimensional)

Z = factor de reducción del pico del hidrograma (adimensional)

En seguida se expondrá una breve descripción de las variables utilizadas para el cálculo del Caudal de Diseño en Cuencas Menores:

- Caudal base, QB. Usado para cuencas menores y mayores. El Caudal Base se define como el caudal medio producido por la hidrógrafa de respuesta a una precipitación con periodo de retorno de 2,33 años, es decir,

9




el volumen total de la hidrógrafa (área bajo la curva) dividido en el tiempo base de la misma.

- Factor de escorrentía, X. Factor que depende del valor de la precipitación efectiva en la estación base, que para las subregiones establecidas son Turbo, Arboletes y Planeta Rica. La precipitación efectiva está en función de las condiciones hidrológicas de los suelos y un número de escorrentía N (Tabla 2.3). Luego, el factor de escorrentía X se determina como la relación entre la precipitación efectiva y su duración; su aplicación para el cálculo de caudal de diseño debe realizarse convirtiendo el valor obtenido a m/s.

- Factor climático, Y. Éste factor se calcula utilizando la zonificación definida por las líneas isoyetas de precipitación máxima mensual para un período de recurrencia de 10 años. Mediante la aplicación de la siguiente ecuación se definen los valores del factor climático.

0,278b

PY

P

Dónde: P = Precipitación máxima mensual en cada cuenca (mm).

Pb = Precipitación máxima mensual en la estación de referencia respectiva (mm).

- Factor de reducción, Z. Factor que relaciona el valor del pico del hidrograma unitario y la máxima ordenada del hidrograma tipo S (Chow, 1964), está representado en la Figura 2.1 para valores adimensionales en función de la duración de la lluvia t. Se adoptó como función de reducción del pico la obtenida mediante la combinación de las curvas teóricas para cuencas triangulares y cuencas experimentales pequeñas.

Figura 2.1. Factor de Reducción del Pico Z Transversal de Las Américas, Sector 1, 2011.

10




- Tiempos de concentración. Los tiempos de concentración para las cuencas pequeñas de la zona del proyecto, considerados iguales a los tiempos al pico del hidrograma unitario en razón al área de las mismas, se calcularon siguiendo el método de Tulsa (Sheaffer, 1982) para cuencas naturales:

0,39

0,1842 cp

L Lt

S

Dónde: L = longitud del cauce principal, (Km)

Lc = longitud al centro de gravedad de la cuenca, (Km) S = pendiente media en (m/m) tp = tiempo al pico, (hr)

2.2.2 Cuencas Hidrográficas Mayores.

Debido a los diversos tamaños de cuenca encontrados, las cuencas hidrográficas mayores fueron divididas en dos subgrupos: aquellas con áreas entre 50 y 100 Km2, identificadas en este informe como cuencas intermedias y aquellas con áreas mayores a 100 Km2. La estimación de caudales se realizó teniendo en cuenta el área de las cuencas delimitadas. El método del hidrograma unitario se implementó para el caso de cuencas medianas y para las cuencas con un área mayor a 100 Km2 se realizó una modelación hidrológica con el software HEC-HMS (USACE, 2010). Para la aplicación de cualquiera de los métodos mencionados anteriormente (HUS y HEC-HMS) es necesario estimar el hietograma de diseño de la zona del estudio para cada una de las estaciones de referencia con la obtención de la intensidad de la lluvia y por ende de las curvas IDF. Los hietogramas se generaron para periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50, 100 y 200, por su requerimiento en el diseño de obras de drenaje. Hietograma de diseño. Para construir el hietograma de precipitación se empleó el método del bloque alterno y posteriormente el método de número de curva (CN) del SCS para determinar el hietograma de precipitación efectiva (Pe). La representación matemática de este modelo se define mediante la siguiente ecuación:

Donde Pe es la precipitación efectiva; P la precipitación acumulada y S es la sorptividad del suelo, que se calcula aplicando la siguiente expresión (en milímetros):

11




Donde CN es el número de curva ponderado para la zona de interés, que es equivalente al número de escorrentía N. Hidrograma Unitario Sintético. Para determinar los caudales máximos instantáneos se aplica el método del hidrograma unitario sintético de escorrentía directa, con el fin de obtener el caudal pico producido para una precipitación determinada. El hidrograma unitario sintético del SCS se construye conociendo el tiempo al pico y el caudal pico, al igual que el tiempo base de precipitación. Para determinar el tiempo al pico, debe calcularse el tiempo de concentración de la cuenca y el tiempo base se asume como 2.67 veces el tiempo al pico según el método SCS. El caudal pico es calculado en función del hietograma de diseño, determinado mediante el bloque alterno, y para los distintos periodos de retorno. Con este valor, el tiempo al pico y el tiempo base se construye el hidrograma triangular que responde a cada delta de precipitación. El hidrograma triangular unitario de diseño se calcula de manera individual para cada precipitación y su ocurrencia se genera inmediatamente después de finalizada la precipitación que lo produce. La hidrógrafa de diseño resulta de sumar los deltas de caudal individuales de cada hidrograma triangular.

Modelación en HEC-HMS (2010). Éste método se implementó para la modelación de cuencas que cuentan con un área mayor a 100 Km2. Su aplicación se realizó con el software HEC-HMS 3.5, dando como resultado una hidrógrafa de respuesta en el punto de salida. La información de entrada del modelo comprende: el hietograma de precipitación total, la morfometría de las subcuencas y los parámetros hidrológicos de Muskingum, que varían según el tipo de almacenamiento en un cauce e intervienen en el tránsito de crecientes. En el caso del hidrograma unitario adimensional, es necesario determinar el tiempo de retraso de la hidrógrafa. Para la aplicación del modelo inicialmente se subdividen las cuencas en sectores principales, y se calculan los parámetros necesarios para cada subcuenca, lo cual es posteriormente interpretado por el modelo para realizar el tránsito de la hidrógrafa. En el caso de éste tramo se identificaron como cuencas con áreas mayores a 100 Km2, las correspondientes al río Córdoba, el río Canalete, la quebrada El Ébano y el arroyo Caño Viejo. De estos, los tres primeros corresponden a estructuras de

12




puente o pontón, mientras que el arroyo Caño Viejo corresponde a un complejo de 6 estructuras de cajón. De igual manera las tablas de cálculo de caudales de diseño se presentan en el Anexo 1.1.3 y Anexo 1.1.4. 2.3 CARTOGRAFÍA Para la ejecución del proyecto vial por parte de Hidroconsulta Ltda., se utiliza el material cartográfico obtenido de planos publicados por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) correspondientes a la zona de estudio, al igual que fotografías aéreas relacionadas. En la Tabla 2.4 se resume la información cartográfica y las fotografías aéreas consultadas. Tabla 2.4. Cartografía utilizada por Hidroconsulta para los análisis hidrológicos e hidráulicos. Transversal de


TIPO NUMERO ESCALA ENTIDAD AÑO

Plancha 72 I - D 1:25.000 IGAC 1991

Plancha 71 II - A 1:25.000 IGAC 1991

Plancha 71 II - C 1:25.000 IGAC 1991

Plancha 61 I - A 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 61 I - C 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 61 III - A 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 61 III - B 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 61 III - C 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 61 III - D 1:25.000 IGAC 1961

Plancha 61 IV - C 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 60 I - C 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 60 II - A 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 60 II - B 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 60 II - C 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 60 II - D 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 60 III - A 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 59 IV - B 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 59 IV - C 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 59 IV - D 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 69 II - A 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 69 II - C 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 69 IV - A 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 69 IV - C 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 79 II - A 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 79 II - C 1:25.000 IGAC 1972

Plancha 50 III - D 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 50 IV - C 1:25.000 IGAC 1990

Plancha 60 I - B 1:25.000 IGAC 1990

13




TIPO NUMERO ESCALA ENTIDAD AÑO

Fotos 395 – Vuelo M - 104 IGAC 1959

Fotos 179 – Vuelo C - 2030 IGAC 1981


Fotos 031 – Vuelo R - 683 IGAC 1974



En la revisión también se analiza la cartografía general de la zona del proyecto en escala 1:100.000 del IGAC, correspondiente a las planchas72, 71, 61, 60, 59, 69,79. Como información complementaria se contó con cartografía regional de escala 1:100.000, preparada y publicada por la Agencia Cartográfica de Defensa (Defense Mapping Agency) del Centro Aeroespacial de San Luis, Estados Unidos; y con la información cartográfica descargable del Sistema de Información Geográfica para la Planeación y Ordenamiento Territorial (SIG-OT) del IGAC (sigotn.igac.gov.co). El resumen de información recopilada se presenta en el plano 008_REH_PRMO_HIG_PL_001_00, anexo. 2.4 ANÁLISIS DE VARIABLES CLIMATOLÓGICAS

2.4.1 Análisis de precipitación

En la estación Arboletes, tal como se observa en la Figura 2.2 durante un evento Niño las precipitaciones disminuyen de manera importante con respecto a un año normal en cada mes (hasta 50 mm), mientras que durante un evento Niña aumentan los valores extremos localizados hacia los meses de abril (120 mm), mayo (70 mm) y agosto (330 mm). Del régimen de precipitación para años normales es posible observar también que, en promedio, se tiene una precipitación anual en la zona de entre 1.500 y 2.200 mm, sin embargo, pueden existir periodos de precipitaciones muy bajas llegando casi hasta 0 mm mensuales y periodos de eventos máximos extremos, hasta 300 mm mensuales.

14




Figura 2.2 Valores promedio de precipitación mensual en la estación de Arboletes según el

régimen hidrológico anual. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

2.4.2 Análisis de parámetros climatológicos

El análisis de los diferentes parámetros climatológicos se realizó a partir de la información disponible en la estación Arboletes, escogida como referencia. Se analizan los parámetros de humedad relativa (Figura 2.3), temperatura media (Figura 2.4), evapotranspiración potencial (Figura 2.5) y número de días mensuales de precipitación (Figura 2.6. Histograma de número de días de precipitación en la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.) en la estación. En Arboletes las condiciones medias de humedad relativa oscilan entre 79 y 84%, con un mínimo extremo de 70% y un máximo de 93%, también se observa que la menor humedad relativa se presenta hacia los tres primeros meses del año. En lo referente a temperatura es claro que, por ubicarse el Sector 1 de la vía Transversal de Las Américas en la región caribe, se tendrán temperaturas medias relativamente altas, en Arboletes la temperatura media se mantiene similarmente alrededor de 27,5°C, y los mínimos interanuales ocurren de hasta 26°C, mientras que los máximos ocurren de 29°C, con un régimen igualmente casi constante. Otro parámetro analizado es la ETP que varía en condiciones medias entre 100 y 150 mm mensuales, ocurriendo los valores máximos hacia principios del año y los valores mínimos hacia finales, mientras que en condiciones mínimas extremas la

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Pre

cip

itació

n T

ota

l (m

m)

Arboletes

PROM NIÑO PROM NIÑA PROM NORM

15




ETP puede descender hasta 50 mm mensuales y no superar en ningún caso los 100 mm, y en condiciones máximas extremas aumenta hasta 200 mm mensuales.

Figura 2.3. Histograma de humedad relativa porcentual en la estación Arboletes. Transversal de Las


Figura 2.4. Histograma de temperatura media en la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector

1, 2012.

60

65

70

75

80

85

90

95

100

ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE

Hu

med

ad

Rela

tiva (

%)

Arboletes. Humedad Relativa (%)

MEDIO

MAXIM

MINIM

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30


Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Arboletes. Temperatura

MEDIO

MAXIM

MINIM

16




Figura 2.5.Histograma de número de días de precipitación en la estación Arboletes. Transversal de Las


Figura 2.6. Histograma de número de días de precipitación en la estación Arboletes. Transversal


0

50

100

150

200


Evap

otr

an

sp

iració

n (

mm

)

Arboletes. Evapotranspiración Potencial

MEDIO

MAXIM

MINIM

0

5

10

15

20

25

30


Nú

mero

de

día

s d

e p

recip

itació

n m

en

su

ale

s

Arboletes. Número de días de precipitación

MEDIO

MAXIM

MINIM

17




Finalmente, en lo referente al número de días de precipitación, se observa las condiciones de días de precipitación presentan un régimen casi igual y valores muy similares, con un intervalo promedio de entre 2 y 14 días mensuales de precipitación, valores máximos extremos de hasta 24 días con precipitación en octubre, y mínimos de 0 días de precipitación de diciembre a marzo. De acuerdo con lo observado se evidencia que el régimen climatológico de la región es monomodal, ocurriendo las condiciones climatológicas extremas durante un periodo bastante extenso del año: entre mayo y noviembre, que tiene su pico en el mes de mayo; y las condiciones mínimas extremas hacia finales e inicio de año: diciembre, enero, febrero y marzo. Las condiciones máximas extremas pueden dificultar y retrasar procesos constructivos de alta complejidad, mientras que en condiciones mínimas es posible ejecutar estos procesos con mayor facilidad, por lo que se recomienda su aprovechamiento.

2.4.3 Regionalización de la precipitación

Para realizar un análisis de las distintas cuencas que componen e influyen sobre el área de estudio se recopiló la información de distintas estaciones de medición de precipitación en la región. Esta información ha sido analizada en cuanto a cantidad de datos, para lo cual ha sido complementada, y en cuanto a homogeneidad. Una vez definidas las estaciones de uso apropiado para la elaboración del estudio se procede a realizar la regionalización de la precipitación máxima mensual para un periodo de retorno definido, que en el caso ha sido de 10 años, por considerarse este periodo representativo para el diseño de las obras de drenaje menores. Para el proceso de regionalización se ha utilizado el método de mapa de isoyetas, las cuales son líneas de igual precipitación que se utilizan para representar su variación espacial. Las isoyetas son líneas de contorno que representan la profundidad de lámina de precipitación en una región de la cuenca. Finalmente se generaron las curvas isoyetas para la región con base en las estaciones que mostraron ser representativas en la hidroclimatología de la región; estas curvas se presentan en la Figura 2.7. Es claro que en el tramo Puerto Rey-Montería se tiene un rápido descenso de la magnitud de la precipitación máxima diaria, iniciando en valores altos en Puerto Rey y disminuyendo hacia Montería. Esto es debido a la acción convergente del océano, que es una zona de presión baja, la cual normalmente genera lluvias de tipo tormentoso.

18




Figura 2.7. Mapa de curvas isoyetas de precipitación máxima en 24 horas para un periodo de retorno de 10

años. Transversal de Las Américas, Sector 1. 2012.

2.5 ANÁLISIS DE CAUDALES Para las cuencas de algunos de los ríos principales de la región, específicamente el Turbo, Mulatos, San Juan de Urabá y Sinú, se cuenta con información hidrométrica de caudales extremos; en algunos casos las estaciones se encuentran muy cerca del cruce de vía y en otros, unos cuantos kilómetros aguas arriba. Aunque los cruces con los ríos Turbo, San Juan de Urabá y Sinú no forman parte de los tramos de la vía concesionada, se estudia su hidrometría por considerarse relevante y de gran influencia a escala regional. En este informe se analiza la información del río San Juan de Urabá, en el cual se cuenta con la estación limnigráfica La Candelaria, y la información del río Sinú en la estación Montería La Automática, debido a su cercanía con el tramo en estudio. En la Figura 2.8 se presenta el histograma de caudales máximos mensuales de esta estación.

19




Figura 2.8. Histograma de caudales máximos mensuales, estación La Candelaria, río San Juan de Urabá.

Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Es posible inferir que el régimen de caudales es correspondiente con régimen de precipitaciones. De esta manera, los eventos mínimos extremos en general ocurren hacia los tres primeros meses del año, mientras que los eventos máximos ocurren en mitad de año. Es claro observar que en el río San Juan de Urabá, en la estación La Candelaria se tienen caudales máximos medios de entre 8 y 78 m3/s, y es posible la ocurrencia de eventos de más de 300 m3/s o de menos de 1 m3/s. En la Figura 2.9 se presenta el histograma de caudales máximos mensuales en la estación Montería Automática. De ésta figura es posible inferir que el régimen de caudales es correspondiente con régimen de precipitaciones. De esta manera, los eventos mínimos extremos en general ocurren hacia los tres primeros meses del año, mientras que los eventos máximos ocurren en mitad de año. Es claro observar que en el río Sinú, a la altura de la estación Montería Automática, los caudales máximos medios se encuentran entre 280 y 760 m3/s y pueden llegar a ser, en condiciones de años influenciados por eventos macroclimáticos extremos, tan grandes como 1200 m3/s, o tan pequeños como 60 m3/s, lo que indica un intervalo muy amplio de ocurrencia de eventos máximos extremos en este río.

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00


Cau

da

l M

áxim

o M

en

su

al (m

^3/s

) La Candelaria. Río San Juan de Urabá

MÍNIMO PROMEDIO MÁXIMO

20




Figura 2.9. Histograma de caudales máximos mensuales, estación Montería Automática, río Sinú. Transversal


También se observa en la figura que la ocurrencia de eventos extremos durante meses atípicos es probable y por ende, no necesariamente todos los años corresponderán al mismo régimen de caudales. 2.6 JUSTIFICACIÓN DE LAS FÓRMULAS EMPLEADAS Existe una gran variedad de métodos para estimar los caudales extremos para el diseño de obras de drenaje, la gran mayoría de los cuales requieren, esencialmente, de información hidrométrica e hidrológica confiable. En la selección de las ecuaciones utilizadas en el presente estudio hidrológico para el análisis hidrológico e hidrométrico de las distintas subcuencas y microcuencas se consideraron, entre otros, los siguientes criterios:

1. La inexistencia de registros y mediciones de caudal en algunos de los casos.

2. La inexistencia de relaciones lluvia-caudal o lluvia-escorrentía aplicables. 3. La óptima utilización de la información disponible. 4. La conveniencia de adoptar métodos prácticos de fácil aplicación en etapas

posteriores, para los requerimientos del estudio hidrológico con fines de diseño.

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00


Cau

da

l M

áxim

o M

en

su

al (m

^3/s

) Montería La Automática. Río Sinú

MÍNIMO PROMEDIO MÁXIMO

21




5. El reducido tamaño de las microcuencas hidrográficas en la zona de estudio.

6. La variedad de tamaños de cuencas hidrográficas en la región.

2.6.1 Cuencas Menores

Como se mencionó previamente, las cuencas y subcuencas hidrográficas que tienen una extensión inferior a 50 Km2, se clasifican como cuencas pequeñas, para las cuales los caudales generados por escorrentía se encuentran influenciados principalmente por las condiciones físicas del suelo y la cobertura vegetal, más que por las condiciones hidráulicas y morfológicas del cauce principal. Debido a esto, una cuenca pequeña es muy sensible tanto a lluvias intensas de corta duración como a las condiciones de uso y manejo de los suelos, las cuales son independientes de las características del cauce. Además, de principio es conocida la dificultad en la disposición de información sobre los caudales en cuencas pequeñas, por lo cual se requiere del empleo de información pluviométrica y de la generación de caudales mediante distintas metodologías, como por ejemplo hidrogramas sintéticos. Con las consideraciones anteriores se seleccionó el método de Ven Te Chow (1962) de estimación de caudales en cuencas pequeñas, el cual fue adaptado a las condiciones y características de la zona de estudio.

2.6.2 Cuencas Intermedias y Mayores

Por otra parte, en el caso de las cuencas intermedias y mayores se han utilizado métodos más elaborados para la determinación de los caudales de diseño: hidrograma unitario triangular del SCS para las intermedias (50 a 100 Km2) y modelación hidrológica para las mayores (> 100 Km2). La aplicación de estos métodos es necesaria en este tipo de cuencas pues la respuesta hidrográfica a un evento de precipitación está influenciada por variables diferentes a las que influencian una cuenca pequeña. En una cuenca intermedia o mayor, las características del cauce principal influyen de manera directa sobre los caudales pico; de esta manera, la sección del cauce, su longitud y la pendiente media del mismo son los parámetros que mayor importancia tienen sobre la hidrógrafa de respuesta. Ahora bien, en el caso particular de las cuencas intermedias se considera que el método del hidrograma unitario sintético es suficiente para determinar los caudales de diseño, pues se asume que el comportamiento hidrológico de los ríos que componen la cuenca es muy similar, por pertenecer todos ellos a un mismo complejo hidrográfico. Lo anterior puede no ser cierto en el caso de cuencas mayores, por lo cual se escoge un método de modelación hidrológica para

22




determinar los caudales de diseño (HEC-HMS), en este se asume que, debido al tamaño de la cuenca, existen diferentes tipos de respuesta en su extensión; es así como el modelo procura tratar individualmente cada subcuenca y posteriormente realizar una agregación de caudales, en conjunto con un tránsito hidrológico de crecientes, para determinar la hidrógrafa de respuesta a la salida de la cuenca mayor. 2.7 APLICACIÓN DE TEORÍAS Y MÉTODOS DE PREDICCIÓN

2.7.1 Funciones de Intensidad-Duración-Frecuencia

Las curvas IDF fueron generadas para las estaciones que se definieron como estaciones base de la zona: Turbo, Arboletes y Planeta Rica. En la Figura2.10 se presentan las curvas correspondientes a la estación Arboletes. En las curvas IDF de la estación, determinadas mediante el método de Vargas (1998), es posible observar que la intensidad máxima que se puede presentar para una duración corta de la precipitación oscila entre 260 y 1.000 mm/hr, para los distintos periodos de retorno, mientras que para la duración máxima representada, 900 minutos, la intensidad oscila entre 12 y 35 mm, aproximadamente.

Figura2.10. Curva IDF para la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

1.00

10.00

100.00

1000.00

1 10 100

Inte

ns

idad

(m

m/h

r)

Duración de la precipitación (min)

Arboletes

TR=2 años TR=5 años TR=10 años TR=25 años

TR=50 años TR=100 años TR=200 años

23




2.7.2 Ajustes de distribución extrema para caudales máximos

Mediante el ajuste para los registros de las distintas estaciones aplicando las distribuciones de probabilidad de valores extremos Gumbel, Pearson Tipo III y Log-Pearson Tipo III, se realizan predicciones de los eventos extremos para los periodos de retorno de 2, 3, 5, 10, 25, 50, 100 y 200 años, las cuales se presentan en la Figura 2.11 para la estación hidrométrica La Candelaria, del río San Juan De Urabá, y en la Figura 2.12 para la estación Montería La Automática, del río Sinú. Se evidencia que los caudales máximos extremos que se presentan en el río San Juan De Urabá oscilan entre 151 y 352 m3/s, aproximadamente, para los periodos analizados. Por otra parte, en el río Sinú oscilan entre 920 y 1230 m3/s, aproximadamente.

Figura 2.11. Ajuste de distribución de probabilidad para los caudales máximos mensuales de la

estación La Candelaria, río San Juan De Urabá. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

352.11

318.19

286.31

256.15

218.27

190.31

169.32

151.37

100

150

200

250

300

350

400

1 10 100 1000

Cau

da

l (m

^3/s

)

Periodo de Retorno (Años)

Río San Juan de Urabá. Distribución Tipo Pearson Tipo III

24




Figura 2.12. Ajuste de distribución de probabilidad para los caudales máximos mensuales de la

estación Montería Automática, río Sinú. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

2.7.3 Hietogramas de diseño

Los hietogramas de diseño de las estaciones de referencia fueron construidos aplicando el método del bloque alterno. En la Figura 2.13 se presenta el hietograma de precipitación total obtenido para Arboletes, mientras que en la Figura 2.14, se presenta el de precipitación efectiva para la cuenca del río Arboletes. En el hietograma de precipitación efectiva se observa casi que durante la primera hora no existe flujo de escorrentía, sino que toda la precipitación se pierde por infiltración y estancamiento.

Figura 2.13. Hietogramas de precipitación total en la estación Arboletes. Transversal de Las Américas, Sector

1, 2012.

1235.27

1175.01

1119.43

1068.29

1007.22

965.88

938.28 918.24

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1 10 100 1000

Cau

da

l (m

^3/s

)

Periodo de Retorno (Años)

Río Sinú. Distribución Tipo Log-Pearson Tipo III

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Pre

cip

itació

n (

mm

)

Duración (min)

Precipitación. Arboletes

TR=2

TR=5

TR=10

TR=25

TR=50

TR=100

25




Figura 2.14. Hietogramas de precipitación efectiva en la estación Arboletes, para la cuenca del río Arboletes.


2.7.4 Caudales de diseño

Como se presentó en el Informe de Hidrología Regional, los caudales de diseño fueron calculados mediante la aplicación de diversos métodos, en función del área de la cuenca. Para las cuencas pequeñas, entendidas como aquellas con áreas menores a 50 Km2, se estimaron los caudales de diseño mediante el método de Ven Te Chow (1962); en cuencas intermedias, aquellas con áreas entre 50 y 100 Km2, se aplicó el método del hidrograma unitario sintético del SCS de los Estados Unidos; y para las cuencas mayores, con áreas superiores a los 100 Km2, se realizó la modelación de la cuenca en el programa HEC-HMS. En la Tabla 2.5 y la Tabla 2.6 se encuentran los resultados obtenidos para el cálculo de los caudales de diseño en cuencas menores e intermedias, respectivamente, para distintos periodos de retorno aplicando los métodos anteriormente descritos. Tabla 2.5. Caudales de diseño de cuencas menores e intermedias para distintos periodos de retorno en el

tramo Arboletes-Puerto Rey-Montería de la zona en estudio. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Cuenca Nombre Área N Caudales de diseño (MCS)

No. Cuenca (Km2) Escorr Q2 Q5 Q10 Q25 Q50 Q100

Tramo Arboletes - Puerto Rey - Montería 2 (64Km)

26 PM-SN-01 8,19 70,42 3,59 5,29 6,89 9,52 11,94 14,81

28 PM-SN-02 0,50 86,00 0,39 0,50 0,60 0,76 0,90 1,07

29 PM-SN-03 0,88 86,00 0,67 0,87 1,05 1,32 1,57 1,85

30 Q. Cordobita 0,91 86,00 0,66 0,86 1,03 1,30 1,55 1,83

31 PM-SN-04 0,21 86,00 0,15 0,20 0,24 0,30 0,36 0,42

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Pre

cip

itació

n (

mm

)

Duración (min)

Precipitación efectiva. Arboletes

TR=2

TR=5

TR=10

TR=25

TR=50

TR=100

26




Cuenca Nombre Área N Caudales de diseño (MCS)

No. Cuenca (Km2) Escorr Q2 Q5 Q10 Q25 Q50 Q100

32 PM-SN-05 1,24 86,00 0,87 1,13 1,35 1,71 2,03 2,40

33 PM-SN-06 7.18 86,00 4,47 5,78 6,96 8,80 10,44 12,32

35 Q. Trementino 4,77 74,73 1,86 2,62 3,33 4,47 5,51 6,72

36 PM-SN-07 0,34 73,00 0,12 0,17 0,22 0,29 0,37 0,45

38 PM-SN-08 1,04 76,40 0,41 0,57 0,72 0,96 1,17 1,42

39 PM-SN-09 0,73 74,33 0,26 0,37 0,47 0,64 0,79 0,96

40 PM-SN-10 0,53 79,00 0,23 0,32 0,40 0,52 0,63 0,76

41 PM-SN-11 2,13 78,26 0,90 1,22 1,53 2,01 2,44 2,95

42 PM-SN-12 1,69 81,69 0,80 1,06 1,30 1,68 2,02 2,42

43 PM-SN-13 1,37 77,61 0,55 0,76 0,95 1,26 1,53 1,85

44 PM-SN-14 0,80 73,00 0,26 0,37 0,48 0,65 0,81 1,00

45 PM-SN-15 3,75 68,57 0,93 1,39 1,84 2,57 3,26 4,06

46 PM-SN-16 0,31 73,00 0,10 0,14 0,18 0,25 0,31 0,38

47 PM-SN-17 0,10 73,00 0,03 0,05 0,06 0,08 0,10 0,12

48 PM-SN-18 0,08 73,00 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10

49 PM-SN-19 0,21 73,00 0,07 0,10 0,12 0,17 0,21 0,26

50 PM-SN-20 0,47 80,70 0,21 0,28 0,35 0,45 0,54 0,65

51 Q. Seca (Córdoba) 10,82 84,57 4,52 5,92 7,19 9,19 10,97 13,03

52 PM-SN-21 0,20 73,00 0,06 0,09 0,12 0,16 0,20 0,25

53 PM-SN-22 0,79 79,24 0,33 0,45 0,56 0,73 0,89 1,07

54 PM-SN-23A 9,55 83,17 4,14 5,46 6,65 8,52 10,20 12,13

55 PM-SN-24 0,08 73,00 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10

56 PM-SN-23B 0,89 78,68 0,36 0,48 0,60 0,79 0,96 1,16

57 PM-SN-23C 0,17 86,00 0,09 0,11 0,14 0,17 0,21 0,24

58 PM-SN-25 0,92 86,00 0,48 0,62 0,74 0,94 1,11 1,32

59 PM-SN-26 2,90 86,00 1,53 1,97 2,38 3,00 3,56 4,21

60 PM-SN-27 0,55 86,00 0,29 0,37 0,45 0,57 0,67 0,79

61 PM-SN-28 0,20 86,00 0,11 0,14 0,17 0,21 0,25 0,29

62 PM-SN-29 0,60 86,00 0,31 0,41 0,49 0,62 0,73 0,86

63 PM-SN-30 1,01 86,00 0,53 0,69 0,83 1,05 1,25 1,47

64 PM-SN-31 0,18 86,00 0,10 0,12 0,15 0,19 0,22 0,26

65 PM-SN-32 0,40 85,53 0,21 0,27 0,32 0,41 0,49 0,58

66 Q. La Fé 16,79 82,40 6,86 9,09 11,11 14,29 17,14 20,44

Tabla 2.6. Caudales de diseño de cuencas intermedias y mayores para distintos periodos de retorno en el

tramo Puerto Rey-Montería de la zona en estudio. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. Nombre Área N Caudales de diseño (MCS)

Cuenca (km2) Escorr Q2 Q5 Q10 Q25 Q50 Q100

CAÑO LA CAIMANERA 57.21 81.83 47.43 62.87 77.01 99.48 119.77 143.32

RÍO CORBODA 235.5 NA 179.44 240.92 297.29 387.76 469.62 565.05

QUEBRADA EL EBANO 120 NA 95.08 135.1 173.08 235.94 294.34 363.82

RÍO CANALETE 418 NA 313.1 430.11 539.02 715.95 877.9 1068.19

ARROYO CAÑO VIEJO 701 NA 195.84 275.84 351.6 476.74 592.96 731.18

En la Figura 2.15 se presenta un resumen de los caudales de diseño obtenidos para las cuencas mayores del estudio.

Para facilitar cálculos posteriores, y con el fin de identificar relaciones entre el área de la cuenca y los caudales de diseño, se presenta en la Figura 2.17 dicha

27




relación para el tramo en estudio, la cual aplica para las cuencas hidrográficas menores.

Figura 2.15. Relación entre el área y los caudales de diseño de las cuencas asociadas al tramo Arboletes-

Puerto Rey-Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

La anterior figura es de gran utilidad pues, mediante el establecimiento de una curva de tendencia, es posible estimar caudales de diseño para otras cuencas ubicadas en el tramo correspondiente.

Figura 2.16.Relación entre el área y los caudales base de las cuencas asociadas al tramo Arboletes-Puerto

Rey-Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

0.01

0.10

1.00

10.00

100.00

0.01 0.1 1 10 100

Cau

da

l d

e d

iseñ

o (

m3/s

)

'Área de la cuenca (km2)

Arboletes - Puerto Rey - Montería

Q2

Q5

Q10

Q25

Q50

Q100

y = 0.0252x - 0.0084

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 5 10 15 20 25

Cau

da

l b

ase (

m3/s

)

Área cuenca (km2)

Arboletes - Puerto Rey - Montería

Arboletes - Puerto Rey - Montería Lineal (Arboletes - Puerto Rey - Montería)

28




Luego, a partir de la delimitación de cuencas, se obtuvo una sectorización tanto de las obras existentes como de las proyectadas, en relación a las cuencas principales delimitadas Tabla 2.5 y Tabla 2.6). En la Figura 2.15, se expone un esquema del criterio implementado para la delimitación de cuencas. En éste esquema se muestra un ejemplo en el que se crearon dos cuencas denominadas Cuenca I y Cuenca II. En la Cuenca I se agrupan las estructuras de drenaje A, B, y C; claramente, por su cercanía, se asume que la obra C es la que drena principalmente la cuenca. En la Cuenca II se encuentra la obra D y E, igualmente, se tomaría la obra D como la obra principal; sólo en el caso que la obra relativamente más lejana sea significativamente mayor a la más cercana al cauce principal, se asume que la más lejana es la principal, asumiendo que la diferencia espacial se relacionaría con un error en la cartografía. Posteriormente a cada alcantarilla menor se le asigna una porción del área total de la cuenca para aplicar la relación área-caudal respectiva y así determinar los caudales de diseño del caso. Para cada cuenca la estructura de drenaje principal se caracteriza por transportar una porción mayoritaria del caudal total de la cuenca a la que pertenece, es decir, que drena una mayor área.

Figura 2.17. Esquema explicativo acerca del proceso de delimitación de cuencas.

Este procedimiento se realiza para todas las cuencas y sus respectivas estructuras. En la Tabla 2.7 se presenta la relación entre cada cuenca principal y las estructuras dentro de ella que la drenan, identificando la obra de mayor importancia en cada caso. La información presentada solo contiene las obras existentes; la integración de las obras proyectadas al modelo incrementa el número de cuencas delimitadas, pero no varía la relación de diseño. Los resultados de caudales particulares para cada obra se presentan en el anexo A2.2. Evaluación hidráulica de alcantarillas existentes y en el A2.4. Análisis, diseño y rediseño hidráulico de alcantarillas.

29




Tabla 2.7. Obras que componen cada cuenca e identificación de la estructura de drenaje principal. Puerto

Rey-Montería de la zona en estudio. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012. NOMBRE DE LA CUENCA

OBRAS QUE PERTENECEN A LA CUENCA OBRA PRINCIPAL

PM-SN-01 PM-AC-01--PM-AC-30 PM-AC-16-ALCANTARILLA

RIO CORDOBA PM-AC-31--PM-AC-35,PM-AC-45--PM-AC-50-34 PUENTE

PM-AC-50-ALCANTARILLA



Q CORDOBITA PM-AC-51--PM-AC-60 PM-AC-55-ALCANTARILLA




RIO CANALETE PM-AC-78--PM-AC-82-PUENTE 82 PM-AC-82,PUENTE OBRA 82

QUEBRADA TREMENTINO

PM-AC-83, PUENTE OBRA 83 PM-AC-83, PUENTE OBRA 83

QUEBRADA EL EBANO

PM-AC-84--PM-AC-87;PM-AC-106--PM-AC-107;PM-AC-110;OBRA 84 PUENTE

WP-196 PUENTE JALISCO;PM-AC-84, OBRA 84 PUENTE

PM-SN-07 PM-AC-88--PM-AC-88A--PM-AC-89 PM-AC-88

PM-SN-08 PM-AC-90--PM-AC-91 PM-AC-91


PM-SN-10 PM-AC-94 PM-AC-94








PM-SN-18 PM-AC-117A PM-AC-117A



Q. SECA PM-AC-121,121 PONTON PM-AC-121


PM-SN-22 PM-AC-124--PM-AC-126 PM-AC-125-PM-AC-126

PM-SN-23A PM-AC-127--PM-AC-128, PONTON OBRA 127 PM-AC-127

PM-SN-23B PM-AC-129--PM-AC-134 PM-AC-129

PM-SN-23C PM-AC-135--PM-AC-136 PM-AC-136

PM-SN-24 PM-AC-128A PM-AC-128A




30




NOMBRE DE LA CUENCA

OBRAS QUE PERTENECEN A LA CUENCA OBRA PRINCIPAL





Q. LA FE PM-AC-166A-PM-AC-168-PM-AC-169 PM-AC-169


AY CAÑO VIEJO PM-AC-140--PM-AC-147;PM-AC-170-PM-AC-185 PM-AC-170-PM-AC-185

AY LA CAIMANERA

PM-AC-185A;PM-AC-204--PM-AC-205--PM-AC-205A, 203 PONTON

PM-AC-191--PM-AC-195

31




CAPÍTULO 3. ESTUDIOS HIDRÁULICOS

3.1 GEOMORFOLOGÍA Y DINÁMICA FLUVIAL En el tramo Puerto Rey – Montería se estudia la dinámica fluvial de los cauces principales identificados que cruzan las estructuras hidráulicas mayores, que corresponden al río Córdoba, el río Canalete, la quebrada Trementino, la quebrada El Ébano, Caño Viejo y el arroyo La Caimanera.

3.1.1 Río Córdoba abscisa K7+598

El cruce del río se realiza sobre un valle aluvial controlado en la margen izquierda por rocas sedimentarias. La corriente presenta patrón de drenaje meándrico. (Fotografías aéreas 395 y 31, vuelos M-104 (1959) y R-683 (1974) respectivamente). En el sitio de cruce el lecho es recto, la corriente no presenta evolución de orillas y es estable a través del tiempo. El lecho es rocoso. Los estribos del puente están expuestos a los procesos de socavación lateral.

Figura 3.1. Cruce del río Córdoba sobre sedimentos arcillo-limosos de baja

resistencia. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

3.1.2 Cruce Río Canalete abscisa K19+037

El cruce del río se realiza en una planicie aluvial constituida por depósitos arcillosos. La corriente presenta patrón de drenaje meándrico. (Fotografías aéreas 395 y 059, vuelos M-104 (1959) y C-1696 (1976) respectivamente).

32




En el sitio de cruce el lecho es recto y la corriente no presenta evolución de orillas. Estable a través del tiempo. Márgenes protegidas con vegetación. El lecho presenta sedimentación y requiere mantenimiento periódico con dragado para mejorar la sección hidráulica del río. Estribo central expuesto a procesos de socavación lateral.

Figura 3.2. Cruce del río Canalete sobre sedimentos arcillosos. Suelos

expansivos. Transversal de Las Américas, Sector 1. 2012.

3.1.3 Cruce quebrada Trementino abscisa K19+441

Figura 3.3. Cruce de la quebrada Trementino sobre sedimentos arcillosos

compactos. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

33




El cruce de la quebrada se realiza en una planicie aluvial constituida por depósitos arcillosos. La corriente presenta patrón de drenaje meándrico (Fotografías aéreas 395 y 059, vuelos M-104 (1959) y C-1696 (1976) respectivamente). La corriente no presenta evolución de orillas. En la actualidad el cruce se realiza sobre un canal recto con orillas estables. Márgenes protegidas con vegetación.

3.1.4 Cruce quebrada El Ébano abscisa K19+849

El cruce de la quebrada se realiza en una planicie aluvial constituida por depósitos arcillosos. La corriente presenta patrón de drenaje meándrico (Fotografías aéreas 395 y 059, vuelos M-104 (1959) y C-1696 (1976) respectivamente). La corriente no presenta evolución de orillas; es estable a través del tiempo. Márgenes protegidas con vegetación. Aguas abajo del cruce la corriente retiene sedimentos finos facilitando el desarrollo de vegetación sobre el lecho por lo que se requiere dragado y mantenimiento periódico para el libre flujo de la corriente.

Figura 3.4. Cruce de la quebrada El Ébano sobre sedimentos arcillosos con

buena compactación. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

3.1.5 Cruce Caño Viejo abscisa 53+394

El cruce del río se realiza en la planicie de inundación del río Sinú constituida por depósitos arcillo – limosos y limos orgánicos. La corriente es un brazo o difluencia del río Sinú al igual que La Caimanera, presenta patrón de drenaje meándrico en la zona de amortiguamiento ante los desbordes del río principal (Fotografías aéreas 039, vuelo C-1603, año 1975; 015, vuelo C-1856, año 1978; vuelo C-2030, foto 179, año 1981 e imagen Google Earth 2006).

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La corriente no presenta evolución de orillas; es estable a través del tiempo. El cauce de la corriente presenta colmatación de sedimentos debido al bajo gradiente longitudinal. El lecho está limitado por áreas de retención natural, ciénagas y pantanos. El cauce requiere dragado y mantenimiento periódico para el libre flujo de la corriente.

Figura 3.5. Cruce del Caño Viejo en el sitio de la alcantarilla cajón múltiple.


3.1.6 Cruce Arroyo Caimanera abscisa 56+147 a 56+187

Figura 3.6. Cruce del arroyo La Caimanera en el sitio de las alcantarillas

cajón continuas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

El cruce del río se realiza en la planicie de inundación del río Sinú constituida por depósitos arcillo – limosos y limos orgánicos. La corriente es un brazo o difluencia

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del río Sinú, presenta patrón de drenaje meándrico en la zona de amortiguamiento ante los desbordes del río principal (Fotografías aéreas 039, vuelo C-1603, año 1975; 015, vuelo C-1856, año 1978; vuelo C-2030, foto 179, año 1981 e imagen Google Earth 2006). La corriente no presenta evolución de orillas; es estable a través del tiempo. El cauce de la corriente presenta colmatación de sedimentos debido al bajo gradiente longitudinal. El lecho está limitado por áreas de retención natural, ciénagas y pantanos. El cauce requiere dragado y mantenimiento periódico para el libre flujo de la corriente. 3.2 OBRAS MENORES

3.2.1 Inventario de obras

El inventario de obras presentado en el Anexo 2.1, describe cada una de las alcantarillas que componen el sistema de drenaje, lo que consiste en la observación, inspección y evaluación en campo de las condiciones actuales de operación de las estructuras. Entre las observaciones que se realizan se encuentran los análisis de las condiciones físicas de la obra en encole, descole y ducto, la topografía de la zona aguas arriba y aguas abajo de la obra, el estado de la vía, junto con una esquematización de planta y perfil de la obra; además de esto se miden las dimensiones relevantes de la estructura y se toma un registro fotográfico el cual se puede verificar en el Anexo A2.1. Se anota que las recomendaciones que tienen relación con elementos estructurales no necesariamente comprometen drásticamente el funcionamiento hidráulico del sistema y, en algunos casos, el Concesionario podrá tomar la decisión libremente al respecto de su aplicación. En el inventario se describen los problemas más comunes observados, se consignan las dimensiones de las obras y su clasificación según el tipo de estructura, se presentan las recomendaciones de intervención para cada una de las obras identificadas en el tramo. También se cuantifican las obras requeridas para la rehabilitación y el mantenimiento de las estructuras, con miras a prolongar su vida útil, garantizar la estabilidad de la vía y la seguridad de los usuarios.

Problemas más Comunes

Los problemas que se presentaron con mayor frecuencia en las estructuras menores de la vía son:

En encole y descole: Socavación a continuación del solado. Socavación por detrás de aletas por escorrentía. Desgaste en estructuras complementarias

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del ducto. Aletas inexistentes o deterioradas. Solado inexistente o deteriorado. Falta de bordillos para seguridad vial.

En el ducto: Desgaste en bateas y/o placa inferior. Desgaste en el cuerpo de la estructura. Solado inexistente o deteriorado. Pérdida de emboquillado en juntas de la tubería.

Como recomendaciones se tienen: Demolición de tubería. Demolición de estructura (muros, aletas y solados de encole y/o descole). Construcción de tubería nueva. Construcción de estructura nueva (muros, aletas y solados de encole y/o descole). Construcción de estructuras de disipación de energía, entre otras.

Sobre cada uno de tales daños o patologías se hacen los siguientes comentarios: Socavación a continuación del solado. El problema de socavación a continuación del solado se presenta en la Tabla 3.1. Tabla 3.1. Obras Con Problemas De Socavación a Continuación del Solado. Transversal de Las Américas,

Sector 1, 2012.

SOCAVACIÓN A CONTINUACIÓN DEL SOLADO

SECTOR ENCOLE DESCOLE

Nº OBRAS % SECTOR Nº OBRAS % SECTOR

Puerto Rey - Montería 4 1,87 36 16,82

Aunque no es un problema que afecte directamente la estabilidad de la vía, esta socavación debe ser atendida con el objeto de evitar problemas de infiltración y de erosión regresiva que puedan presentarse por debajo del solado; ya que de no ser así, podría desestabilizar completamente la alcantarilla. Como medida de control de este fenómeno se propone el uso de gaviones de 2 m x 1 m x 1 m, cuando la socavación es mayor a 50 cm; de colchonetas reno de 1 m x 1 m x 0,50 m, cuando la socavación está entre 20 cm y 50 cm; y piedra pegada o sobretamaños, cuando la socavación es menor de 20 cm. Los esquemas de protección contra socavación se presentan en el plano 008_REH_PRMO_ESP_DT_001_00, anexo. Debe garantizarse la estabilidad de los gaviones, de las colchonetas reno, de la piedra pegada y de los sobretamaños para que trabajen adecuadamente, así como un adecuado empotramiento de las mismas en el terreno. Socavación por detrás de aletas por escorrentía. La socavación por detrás de las aletas por causa de la escorrentía es un problema que se origina esencialmente por la ausencia de estructuras de drenaje, básicamente cunetas. En estos casos se recomienda rellenar y proteger la socavación producida y construir las estructuras de drenaje necesarias para conducir adecuadamente la escorrentía que se genera en la vía. El número de obras que presentan este problema se consigna en la Tabla 3.2.

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Tabla 3.2. Obras con problemas de socavación por detrás de aletas. Transversal de Las Américas, Sector 1,

2012.

SOCAVACIÓN POR DETRÁS DE ALETAS POR ESCORRENTÍA




Desgaste en las estructuras complementarias del ducto. El desgaste en las estructuras complementarias al ducto: aletas, solados del encole y del descole, entre otros, se presenta en la cantidad de obras enunciada en la Tabla 3.3. Este problema debe ser atendido con el objeto de evitar patologías tales como fisuras e infiltraciones, pérdida de las propiedades físicas del concreto, que se refleja en la pérdida de material cementante (agregados o refuerzos visibles), el descascaramiento y la socavación. Debido a que algunas de las estructuras transportan aguas servidas, las sustancias que provienen de ellas pueden generar mayor desgaste y deterioro en las obras. Se recomienda la utilización de resanes con aditivos, para garantizar un mejor comportamiento y durabilidad de la estructura. Tabla 3.3. Obras con problemas de desgaste en estructuras complementarias del ducto. Transversal de Las


DESGASTE EN ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS DEL DUCTO




En general, debe garantizarse que los resanes efectuados tengan juntas de dilatación y se hagan sobre superficies limpias y escarificadas, para mejorar la adherencia, evitar problemas como el levantamiento del resane en la parte superior de las aletas y del cabezote, la formación de fisuras, el descascaramiento en los resanes del solado, y el abombamiento de la superficie resanada. Aletas inexistentes o deterioradas. Las obras que presentan aletas en alto estado de deterioro, o que no presentan en absoluto este elemento estructural, se cuantifican en la Tabla 3.4. Tabla 3.4. Obras con aletas deterioradas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

ALETAS INEXISTENTES O DETERIORADAS




Solados inexistentes o deteriorados. El problema de solados inexistentes ocasiona socavación a continuación del ducto en el descole, se presenta en las estructuras relacionadas en la Tabla 3.5:

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Tabla 3.5.Obras con problemas en solado. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

SOLADO INEXISTENTE O DETERIORADO




Aunque no es un problema que afecte directamente la estabilidad de la vía, esta socavación debe ser atendida con el objeto de evitar problemas de infiltración y de socavación retrogresiva que puedan presentarse por debajo del ducto; de no ser atendida oportunamente podría llegar a desestabilizar completamente la estructura. Como medida de control de este fenómeno se propone la construcción de los respectivos solados en cada una de las estructuras en donde haga falta este elemento. Falta de bordillos para seguridad vial. La falta de bordillos se presenta en la Tabla 3.6. Tabla 3.6.Obras sin bordillos. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

FALTA DE BORDILLOS PARA SEGURIDAD VIAL




Este problema representa una afectación en cuanto a seguridad vial se refiere, ya que esta parte de la estructura, en algunos casos no existe o está muy cerca al nivel de la vía, ocasionando su invisibilidad para los conductores. La solución a este problema se resuelve construyendo el bordillo o incrementando la altura del mismo con un concreto de determinadas características, para así darle visibilidad e indicar la presencia de las estructuras. Se debe garantizar una buena adherencia del concreto nuevo a la estructura, generando rugosidad en la base donde se colocará el nuevo cabezote. Desgaste en bateas y/o placa inferior. El desgaste excesivo en bateas y solados por el efecto abrasivo de los sólidos suspendidos que se transportan por la estructura ocasionan la pérdida del material de recubrimiento. Este efecto abrasivo va deteriorando cada vez más con el paso del tiempo las superficies de las estructuras, originando grandes cárcavas en algunos casos. Se recomienda rehabilitar los solados y bateas afectados por este fenómeno para evitar el efecto erosivo y retrogresivo que se pueda presentar en estos casos (Tabla 3.7).

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Tabla 3.7.Obras con desgaste en bateas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

DESGASTE EN BATEAS Y/O PLACA INFERIOR

SECTOR DUCTO

Nº OBRAS % SECTOR

Puerto Rey - Montería 18 8,41

Desgaste en el cuerpo de la estructura. El desgaste en el cuerpo de la estructura puede generar problemas a largo plazo, que de no atenderse con el debido cuidado que se merece puede ocasionar desgaste en el concreto, exposición, pérdida del hierro de refuerzo e infiltraciones entre otros (Tabla 3.8).

Tabla 3.8. Obras con desgaste en el cuerpo de la estructura. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

DESGASTE EN EL CUERPO DE LA ESTRUCTURA

SECTOR DUCTO

Nº OBRAS % SECTOR


La solución a este problema se resuelve resanando las paredes de los cajones y/o ductos, asegurándose de limpiar muy bien la superficie a resanar y garantizando una adherencia adecuada para evitar descascaramiento, perdida y/o desgaste del material que se utilice en esta actividad. Solado inexistente o deteriorado en el ducto. Este problema genera socavación. Aunque no es un problema que afecte directamente la estabilidad de la vía, esta socavación debe ser atendida con el objeto de evitar problemas de infiltración y de socavación retrogresiva que puedan presentarse por debajo del ducto; de no ser atendida oportunamente podría llegar a desestabilizar completamente la estructura (Tabla 3.9). Tabla 3.9.Obras con solado deteriorado en ducto. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

SOLADO INEXISTENTE O DETERIORADO EN DUCTO

SECTOR DUCTO

Nº OBRAS % SECTOR


Como medida de control de este fenómeno se propone la construcción de los respectivos solados en cada una de las estructuras en donde haga falta este elemento. Pérdida de emboquillado en juntas de tubería. Este problema puede hacer colapsar la estructura por taponamiento de la misma y además generar problemas en la superficie de la vía, debido a la filtración de agua, con el consecuente lavado de material que se encuentra por encima del ducto, por lo que se ocasionan depresiones y hundimientos en la carpeta asfáltica. De no atenderse oportunamente puede generar el aumento del riesgo de accidentes por irregularidades en la calzada. En la Tabla 3.10 se presenta el número de obras del sector que presentan éste tipo de deterioro.

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La recomendación para este tipo de problema corresponde al emboquillado de las uniones de los tubos, limpiando muy bien la superficie utilizando Igol imprimante, o un producto similar; posteriormente, se sellan las juntas con Igas negro o gris y finalmente se aplica Sika-resane o similar, para proteger la reparación efectuada. Se debe garantizar una perfecta adherencia de los materiales utilizados con el ducto, así como una alta impermeabilidad en las juntas, para controlar la posible filtración que se pueda presentar en las mismas Tabla 3.10.Obras con pérdida de emboquillado en juntas .Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

PÉRDIDA DE EMBOQUILLADO EN JUNTAS DE LA TUBERÍA

SECTOR DUCTO

Nº OBRAS % SECTOR


Demolición de tubería. Debido a su mal estado se hace necesario remover la tubería de las obras presentadas en la Tabla 3.11. Tabla 3.11.Demolición de estructuras muy deterioradas. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

DEMOLICIÓN DE TUBERÍA

SECTOR DUCTO

Nº OBRAS % SECTOR


Demolición de estructura. Debido a su pésimo estado, existen estructuras que requieren demolición total, pues no es posible repararlas (Tabla 3.12). Tabla 3.12 Demolición de estructuras de encole y descole. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

DEMOLICIÓN DE ESTRUCTURA

SECTOR ENCOLE O DESCOLE

Nº OBRAS % SECTOR


Construcción de tubería nueva. En las obras que se proyecta una demolición del ducto, debe reemplazarse la alcantarilla mediante la construcción de una nueva (Tabla 3.13). Tabla 3.13.Construcción de tubería nueva. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

CONSTRUCCIÓN DE TUBERÍA NUEVA

SECTOR DUCTO

Nº OBRAS % SECTOR


Construcción de cajón nuevo. En las obras que se proyecta una demolición del ducto, debe reemplazarse la alcantarilla mediante la construcción de una nueva (Tabla 3.14).

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Tabla 3.14.Construcción de cajón nuevo. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

CONSTRUCCIÓN DE CAJÓN NUEVO

SECTOR DUCTO

Nº OBRAS % SECTOR


Construcción de estructura nueva. En las obras que se proyecta una demolición del encole o el descole, éstos deben reemplazarse mediante la construcción de una estructura nueva (Tabla 3.15). Tabla 3.15.Construcción de estructuras de encole y descole nueva Transversal de Las Américas, Sector 1,

2012.

CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURA NUEVA

SECTOR ENCOLE O DESCOLE

Nº OBRAS % SECTOR


Construcción de estructuras de disipación. Por razones de topografía principalmente, debido a fuertes caídas, se hace necesario construir este tipo de estructuras para evitar erosionar y socavar el terreno de la estructura y aledaño a esta (Tabla 3.16). Tabla 3.16.Construcción de estructuras de disipación. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE DISIPACIÓN

SECTOR DESCOLE

Nº OBRAS % SECTOR


3.2.2 Evaluación de Obras Menores

Las obras menores que componen el sistema de drenaje se clasifican en obras transversales y longitudinales. Las obras transversales corresponden a las alcantarillas que cruzan la vía para drenar cauces o aguas provenientes de laderas y canales paralelos; y las obras longitudinales corresponden a las cunetas, los filtros y los cárcamos y canales laterales que conducen las aguas de escorrentía hasta un punto de desagüe, que generalmente constituye una alcantarilla o cauce. En esta sección se presenta la evaluación y los criterios adoptados para establecer recomendaciones con respecto de las obras menores, para optimizar el funcionamiento del sistema de drenaje del tramo Puerto Rey - Montería.

Cunetas y zanjas de coronación

Para el dimensionamiento de la sección transversal de las cunetas es necesario considerar el diseño geométrico de la vía, así como el caudal recolectado por su

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correspondiente zona de drenaje. El trazado de la vía para este tramo en algunas de sus secciones corresponde a un terraplén, cuyo drenaje a evacuar concernirá a la zona de la calzada y en algunas otras secciones a corte, cuyo drenaje corresponde a toda el área aferente y de aporte sobre la vía. Los caudales de diseño de las cunetas se determinan a partir del método racional de cálculo de caudales de creciente. Para establecer la capacidad hidráulica de las cunetas, se realiza la suposición de flujo uniforme a partir de la ecuación de Manning, cuya expresión es:

Donde Q corresponde al caudal evacuado por la cuneta; n al coeficiente de rugosidad de Manning (se asume 0,014); A es el área mojada; R el radio hidráulico; y S la pendiente de la cuneta. El análisis hidráulico de las cuentas, discriminado para los diferentes tramos de la vía, se presenta en el Anexo 2.3, identificando aquellas que no poseen una obra de descole apropiada. Cabe resaltar que el análisis se hizo con base en una topografía limitada y un diseño geométrico particular, por ende, la localización de las cuentas deberá ser revisada y ajustada durante el proceso constructivo, pudiendo disminuir o aumentar las cantidades identificadas mediante este estudio. De acuerdo con el inventario IVIAS de cunetas solo existe un tipo de cuneta en el tramo, el cual tiene un ancho superficial de 1,0m y una profundidad de 30,0cm.

Alcantarillas

Las obras menores transversales son todas aquellas que cruzan de un costado al otro la vía. Estás tienen como función la correcta y ordenada evacuación de las aguas producidas por escorrentía que se produzcan en la cuenca y sobre la rasante vial, y que drenen directamente a la obra o indirectamente mediante cunetas y filtros. En esta sección se realiza un análisis de la capacidad hidráulica de las obras bajo las condiciones de operación actuales, con base en los parámetros de diseño estipulados en el Manual de Drenaje del INVIAS y en los caudales de diseño obtenidos en el Estudio de Hidrología Regional, el cual forma parte del presente contrato. Luego, con base en los resultados de este análisis se realizan recomendaciones que deben ser implementadas y ejecutadas con el objetivo de optimizar el funcionamiento del sistema de drenaje. El análisis se realiza tanto para las obras existentes (Anexo A2.2) como para las obras proyectadas (Anexo A2.4).

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Análisis de capacidad El análisis de capacidad hidráulica consiste en contrastar el caudal de operación actual de la obra contra el caudal pico de escorrentía determinado a partir de las ecuaciones definidas en el Estudio de Hidrología. Existen múltiples métodos para estimar los caudales de operación de las obras; el INVIAS recomienda la aplicación del método de evaluación de carga hidráulica en función de la cota máxima del nivel a la entrada para cuando el drenaje hacia la alcantarilla proviene de un cauce definido o canal, y del método de evaluación por flujo uniforme (ecuación de Manning) cuando el drenaje proviene de una caja o cunetas. Para la evaluación de capacidad en función de la cota máxima del nivel a la entrada se aplica la siguiente ecuación:

(

)

(

)

√

Donde

Q = Capacidad hidráulica en m3/s.

S0 = Pendiente del fondo del canal, adimensional H = Altura del nivel del agua en la sección de control (a la entrada de la alcantarilla),

en metros. D = Altura característica de la alcantarilla, diámetro para circulares y altura para

rectangulares, en metros. G = Aceleración de la gravedad, igual a 9.81 m/s

2.

La ecuación presentada aplica para las alcantarillas circulares (Henderson, 1970). Esta ecuación establece que, para un intervalo entre 0.025 < So <0.361, la pendiente puede ser expresada multiplicando la descarga teórica por el factor

, el cual puede considerarse como un coeficiente de descarga. Cuando

la pendiente es horizontal o moderada el control se traslada a la parte final aguas abajo, y las características de la entrada dependen de la resistencia de la alcantarilla. Análogamente, para el cálculo de capacidad en alcantarillas de sección rectangular o alcantarilla tipo cajón se aplica la siguiente ecuación (Henderson, 1970):

√

Donde B es el ancho de la alcantarilla y CB es un coeficiente que expresa el efecto de la contracción en el flujo.

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Con el objetivo de tener en cuenta un posible control a la salida, también se calcula la capacidad hidráulica de las obras con la ecuación de Manning; como capacidad de diseño de la obra se toma el valor mínimo entre los resultados obtenidos, asumiendo así el escenario más crítico de control. Para evaluar el correcto funcionamiento de la alcantarilla el caudal de capacidad máxima debe ser contrastado con el caudal hidrológico de escorrentía. Habiendo establecido en el estudio hidrológico relaciones entre el caudal de diseño y las áreas aferentes a las cuencas principales, se contrastan los resultados de caudales de diseño contra la capacidad hidráulica de la obra.

Parámetros de evaluación Para la valoración y el diseño de las alcantarillas en la vía se adoptan los siguientes criterios:

• Nivel de agua a la entrada máximo permitido de 1,20 veces la altura de la sección transversal de la alcantarilla, con el propósito de evitar un funcionamiento como orificio y posibles desbordamientos sobre la vía.

• Velocidades dentro de la alcantarilla superiores a 0,5 m/s para evitar sedimentación e inferiores a 5,0 m/s para evitar erosión de la estructura.

• Alcantarillas en concreto tipo cajón con dimensiones mínimas de 1m×1m, para permitir mayor resistencia estructural y facilidad para limpieza y mantenimiento. Este criterio aplica para las alcantarillas nuevas. Para las alcantarillas con diámetros menores al mínimo, se sugiere su renovación para dar cumplimiento con las indicaciones del Manual de Drenaje.

• En los casos que el Concesionario considere pertinente, se podrán implementar alcantarillas nuevas mínimas de 0.9m diámetro, teniendo en cuenta las restricciones y desventajas que estas tienen frente a los cajones de 1mx1m.

• Rasante recomendada para las alcantarillas circulares que se mantienen en funcionamiento es igual a la cota clave de la alcantarilla en el encole más un metro de recubrimiento.

• Rasante recomendada para las alcantarillas tipo cajón igual a la cota clave en el encole más 0,20 veces la altura del cajón más 60 cm.

• Se prefieren las alcantarillas de única sección sobre las múltiples, debido a que estas últimas pueden presentar efectos de funcionamiento negativos y generalmente contrarios en los diferentes ductos, que comprometen la integridad de la obra y generan un comportamiento altamente ineficiente, como colmatación y sedimentación.

• Dentro de los parámetros de evaluación se identifica el Periodo de Retorno. En la

• Tabla 3.17 se relacionan los valores de los periodos de retorno adoptados por la Consultoría según el tipo de obra.

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Tabla 3.17. Periodos de Retorno adoptados según el tipo de obra.

TIPO DE OBRA Periodo de retorno según Manual de

Drenaje INVÍAS (años)

Periodo de retorno adoptado por

Hidroconsulta (años)

Cunetas 5 5

Zanjas de Coronación2 10 10

Estructuras de Caída 10 10

Alcantarillas menores a 0.90 m de diámetro No aplica por manual 10

Alcantarillas de 0.90 m de diámetro 10 25

Alcantarillas mayores a 0.90 m de diámetro 20 25

Puentes menores (luz menor a 10 m) 25 50

Puentes de luz mayor o igual a 10m y menor a 50 50 100

Puentes de luz mayor o Igual a 50 m 100 200

Drenaje subsuperficial 2 2

Cabe anotar que el aumento del periodo de retorno permite una mayor seguridad en el diseño de la obra, sin aumentar significativamente los costos de construcción. Esto es particularmente válido en el caso de los puentes y pontones, debido a que el cambio de periodo de retorno genera un aumento de nivel de un orden de magnitud muy bajo con respecto a los niveles de diseño; este aumento es comúnmente menor al 5% de la profundidad total de flujo. La revisión o diseño de las alcantarillas consiste en determinar la cota de la línea de energía o carga a la que va a estar sometida la estructura en la entrada, H (se define como la cota de la línea de energía en la entrada de la alcantarilla). Ésta debe ser inferior a la cota clave de la estructura proyectada, lo que junto con los criterios de velocidad expresados anteriormente, permiten dimensionar adecuadamente la estructura de drenaje transversal. La carga a la entrada, H, depende del tipo de flujo con que funcione la alcantarilla, existiendo dos tipos principales de flujo: con control a la entrada o con control a la salida. La metodología se basa en calcular la carga a la entrada por ambos tipos de control, siendo el que gobierna el que genere un mayor valor o cota más alta.

Resumen de resultados de capacidad

En el Anexo A2.2 se presentan las tablas de evaluación de capacidad hidráulica para todas las alcantarillas del tramo. Debido a su extensión, en esta sección únicamente se destacan algunos aspectos. Cabe anotar que la modificación de alcantarillas se debe aplicar de manera estricta cuando las obras no cumplan con capacidad hidráulica adecuada; por demás, las recomendaciones de diseño (sean de esta Consultoría o del Manual de Drenaje), deberán ser evaluadas para su aplicación durante la etapa de construcción.

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Todas las cunetas del tramo son de sección triangular, revestidas en concreto. Existe un total de 29,8Km de cunetas, de los cuales 4,4Km (14.8%) corresponden a filtro-cunetas.

Las cunetas se distribuyen entre 14,8Km en el costado izquierdo de la vía y 15,0Km en el costado derecho.

De las cunetas analizadas existe una longitud de 936m (3,1%) con deterioro visible y que requieren de atención y reparación prioritaria. No obstante, debido a la ocurrencia de eventos críticos de tormenta durante la pasada temporada invernal, se recomienda realizar un reajuste de esta información para revisar esta problemática.

También existe una longitud aproximada de 848m (2,8%) de cunetas que se identificaron como taponadas debido a derrumbes. Igualmente, debido al pasado periodo invernal, esta cantidad debe ser evaluada de acuerdo con observaciones de campo.

Existen también siete (7) líneas de cuneta que no presentan una obra de descole suficientemente cercana (menos de 50m). Esto puede generar problemas de subdrenaje y estabilidad de la vía, si el descole no se implementa adecuadamente. Debido a esto se recomienda, con propósitos de mejoramiento, implementar estructuras de entrega en estas líneas de cuneta.

También existen dos obras de cunetas que no cuentan con capacidad hidráulica apropiada debido a su extensión, por ello, para mejorar el funcionamiento, se considera necesario implementar obras intermedias de entrega, con el fin de evitar sobreflujos.

Existen dos líneas (2) líneas de cuneta ubicadas sobre una curva vertical cóncava, las cuales no cuentan con la adecuada estructura de desagüe. En éstas, para propósitos de mejoramiento se recomienda construir dicha estructura de manera apropiada, que podrá corresponder a una estructura de disipación o a una alcantarilla transversal.

Finalmente existe una doble línea de cuneta (margen derecha e izquierda), que tampoco cuenta con un desagüe apropiado, pues la obra más cercana se encuentra en contrapendiente. En esta línea se recomienda implementar también una obra de entrega apropiada, con propósitos de realizar el mejoramiento de la vía.

El detalle de análisis de cunetas se presenta en el Anexo A2.3., identificando los análisis presentados anteriormente. Luego, en función de las alcantarillas transversales y laterales, se encontró lo siguiente:

Entre el inventario y lo reportado en los planos de diseño geométrico se identificaron un total de 221 obras, entre mayores y menores, en una

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longitud total de 60 Km, resultando en una densidad de 3.7 obras por kilómetro.

Se determinó que un total de 15 obras reportadas en el diseño geométrico no fueron reportadas en el inventario de obras, probablemente debido a que no fue posible identificarlas visualmente durante el recorrido. Tres de estas obras corresponden a estructuras de disipación.

Se encontraron un total de 109 alcantarillas circulares sencillas (49.3%), 30 alcantarillas circulares dobles (13.6%) y 2 alcantarillas circulares de tres secciones (1.0%); también se encontraron 54 cajones rectangulares sencillos (24.5%), 11 cajones rectangulares dobles (5.0%), 1 de cuatro secciones (0.5%) y uno de cinco secciones (0.5%); 4 pontones (1.8%) y 4 puentes (1.8%); 4 estructuras de disipación hidráulica (1.8%); y las 10 obras sin inventariar (5%).

De las alcantarillas circulares existen 4 de tipo sencillo (1.8%) y 2 de tipo doble (0.9%) con diámetro interno inferior al mínimo recomendado por el INVIAS, por tanto se recomienda que se considere reemplazar estas obras por una alcantarilla de mayor tamaño, pudiendo ser de 90cm de diámetro o, preferiblemente, un cajón de 1mx1m.

Existe un total de 7 alcantarillas (3.16%) que no cumplen con el criterio de velocidad mínima de operación para el caudal de diseño, debido a una pendiente muy baja. También existen otras 14 estructuras (6.32%) que no cumplen con este criterio, pero es debido a los bajos caudales que se presentan durante el drenaje.

Se encontraron 11 de tipo sencillo (5.4%) y 3 de tipo doble (1.35%) con capacidad hidráulica insuficiente, las cuales también deberían ser reemplazadas por una alcantarilla cajón de tamaño apropiado para propósitos de mejoramiento.

El detalle de estos análisis se presenta en el Anexo A2.4, para cada una de las obras del tramo, identificando la recomendación particular en cada caso.

Alcantarillas propuestas para el drenaje de la vía

De acuerdo con el análisis hidráulico y al inventario de obra, se recomiendan diferentes tipos de alcantarillas citados en la Tabla 3.18. Debido a que en el tramo en estudio la intervención corresponde a rehabilitación, no se proyecta el diseño de detalle de estas obras, pues están encaminadas a optimizar el sistema a futuro, sobre otro tipo de intervención. En general se ha propuesto como alcantarilla mínima una de tipo cajón de 1mx1m, la cual se ubicará en los nuevos puntos donde sea necesario y para remplazar las alcantarillas que no cumplan con los criterios de diseño mínimos establecidos. También se han propuesto como estructuras tipo cajones de 1.5mx1.5m, de 2.0mx2.0m y de 3.0mx3.0m. Análogamente, existen otras obras con dimensiones

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diferentes, sobre las cuales se va realizar ampliación y/o rediseño parcial, pero en las que no se va a modificar la sección. Tabla 3.18. Descripción de las obras de alcantarillado que conforman el proyecto. Puerto Rey - Montería.


OBRA TIPO DESCRIPCIÓN

ALCANTARILLAS

TIPO 1 Cajón rectangular de 1.0x1.0m que atraviesa la calzada en sentido transversal. Tanto el encole como el descole se encuentran biselados y están conformados en piedra pegada.




VARIACIONES

VARIACIÓN I

La estructura de encole puede modificarse por una caja en el caso que la alcantarilla drene exclusivamente las aguas provenientes de cunetas o canales laterales y no de una corriente definida.

VARIACIÓN II

En caso de no requerirse biselar el encole o el descole se propone simplemente hacer una modificación el diseño de las aletas para adaptarse al diseño geométrico actual.

VARIACIÓN III

En casos con cauces de descole muy profundos, se opta por no implementar solado, en vez de esto se remplaza por una estructura de caída.

Se anota que en todas las estructuras nuevas se plantea la construcción de una protección directa al terraplén en piedra pegada, en lugar del uso de aletas en concreto, para así evitar los problemas de socavación y de inestabilidad de la vía a causa de flujos superficiales. Esta protección se recomienda sobre una longitud de 15m a cada costado de la obra y tanto en encole como en descole; no obstante, esta longitud podrá ser disminuida si las condiciones del terreno así lo ameritan, siempre y cuando se conserve una protección mínima de 2,0m en cada costado. No obstante, no se requerirá de este tipo de protección en las obras que cuenten con cajas de recolección en encole y/o descole. Debido a la distribución directa sobre el terraplén de la protección en piedra pegada, todas las alcantarillas donde esto se utilice deberán ser biseladas para mantener el mismo talud del terraplén y evitar problemas de estabilidad por falta de integración entre las estructuras. El rediseño de alcantarillas se presenta en el Anexo A2.3. Se identifican aspectos como ubicación de alcantarilla, tipo de sección, direccionamiento y sentido (con respecto a las abscisas para obras nuevas, es decir, de derecha a izquierda o de izquierda a derecha), pendiente, longitud y caudales de diseño.

49




La descripción y esquematización del tipo de obras a utilizar en este tramo se presentan, junto con las obras de protección contra socavación, en los planos anexos con nomenclatura 008_REH_PRMO_ESP_DT. 3.3 SUBDRENAJE En cuanto a filtros para el drenaje de cortes y sitios de ladera, se ha identificado una longitud de 5,7 Km entre filtros y filtro-cunetas. La presencia de filtros fuera de funcionamiento implica la necesidad de su rehabilitación o cambio, para mejorar las condiciones de estabilidad de la vía. Existe un punto crítico en la vía en la abscisa 10+750 en el que ocurrió un derrumbe parcial del terraplén debido, aparentemente, a una acción conjunta entre la ocurrencia de flujos de escorrentía sobre la rasante, provenientes del talud ubicado en el costado sur de la vía, y a la acción erosiva de una quebrada ubicada a unos 50 m. del costado norte. Estas acciones generaron un flujo de lodos que desestabilizó la vía parcialmente y esto, sumado a las cargas vivas vehiculares, ocasionó el rompimiento y deterioro definitivo.

Figura 3.7. Sección vial destruida por la ocurrencia de un flujo de lodos en la

abscisa K10+750, del tramo Puerto Rey – Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Para solucionar la problemática, además de reconstruir apropiadamente la vía, se recomienda implementar un sistema de subdrenaje que ayude a evacuar las aguas de escorrentía provenientes del terraplén, previniendo así el deterioro progresivo y la posible recurrencia de un daño similar.

50




3.4 OBRAS MAYORES Las obras mayores de drenaje corresponden a estructuras tipo puente o pontón que permiten el paso adecuado de un cauce que transporta generalmente un caudal importante o cuya sección hidráulica es de gran magnitud. Para estas obras es necesario definir el gálibo mínimo de diseño para condiciones de eventos extremos. De acuerdo con las recomendaciones INVIAS (2009), el gálibo deberá ser de 2.5m por encima del nivel de aguas máximas extraordinarias en corrientes con arrastre de objetos flotantes y de 2.0m en corrientes relativamente limpias; para las corrientes navegables deberá ser el calado máximo de las embarcaciones. Particularmente en este tramo se analizan no solo las obras correspondientes a puentes y pontones, sino también los cajones estipulados para el drenaje de las corrientes Caño Viejo y La Caimanera, por considerarse estas estructuras insuficientes desde el punto de vista hidráulico y operativo. Nuevamente se anota que el aumento del periodo de retorno permite una mayor seguridad en el diseño de la obra, sin aumentar significativamente los costos de construcción, debido a que éste cambio solo aumenta el nivel en un orden de magnitud muy bajo con respecto a los de diseño; el cual es comúnmente menor al 5% de la profundidad total de flujo; en la mayoría de los casos, el valor de aumento es del orden de menos de 30cm. De esta manera en el tramo Puerto Rey Montería se analizan como obras mayores un total de 14 estructuras, entre puentes, pontones y cajones múltiples. La evaluación del diseño hidráulico de estas estructuras consiste en la definición del gálibo y/o la luz necesaria para permitir el paso de una creciente para un periodo de retorno de 100 y 200 años para pontones y puentes, respectivamente. Para determinar este parámetro, se efectuó una modelación hidráulica empleando el programa HEC-RAS (US. Army Corps of Engineers, 2010), en el que se introducen las secciones hidráulicas de los ríos y los caudales de diseño. Los resultados de la modelación en HEC-RAS de las estructuras estudiadas se presentan en el Anexo A2.3. De manera relevante se encuentra para cada una de las estructuras: Para el puente Los Córdobas sobre el río Córdoba, ubicado en la abscisa 7+598, se observa un comportamiento a presión de la estructura para un caudal con periodo de retorno de 200 años, con un nivel de agua de aproximadamente 15 cm por encima de la base de las vigas. Se concluye entonces que la estructura no es suficiente para soportar el caudal de diseño estimado y por tanto, con el fin de optimizar el funcionamiento de la vía, debería ser reemplazada por una con mayor gálibo. No obstante, para el alcance de rehabilitación del tramo se

51




recomienda, desde la perspectiva hidráulica realizar un mantenimiento general de la estructura sin mayor intervención pues, cualquier modificación a la sección mediante dragado o excavación aumentaría el problema de socavación, comprometiendo la integridad del puente.

Figura 3.8. Modelación hidráulica del río Córdoba (7+598) en la sección del puente para un caudal con

periodo de retorno de 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

0 10 20 30 40 50 604

6

8

10

12

14

7+756 Plan: Pla_7+756 24/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG QD

WS QD

Crit QD

Ground

Bank Sta

.043 .039 .043

52




Figura 3.9. Modelación hidráulica del río Canalete (19+037) en la sección del puente para un caudal con

periodo de retorno de 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

El caso del puente sobre el río Canalete es uno de los más críticos. Para el caudal de periodo de retorno de 200 años ocurre un sobreflujo en la estructura, que de acuerdo con la modelación es de más de 2,0m, pero que puede ser menor debido a la limitante topográfica en la información de entrada del modelo. De cualquier manera, dicha modelación indica un gálibo y sección insuficientes en la estructura, que debería ser reemplazada con el objetivo de mejoramiento del drenaje. Para propósitos de rehabilitación la sección hidráulica del puente debe ser aumentada mediante dragado, cuya periodicidad debe ser evaluada con el tiempo en función del transporte de material fino del río, pero que se anticipa debería ser bastante frecuente (cada 6 meses aproximadamente). Tal dragado deberá permanecer incluso en condiciones de mejoramiento, en la que se modifique estructuralmente la sección del puente, debido a que el transporte de material fino es constante. El puente sobre la quebrada Trementino presenta un correcto funcionamiento ante un evento de creciente de periodo de retorno 200 años. Esto es debido a que la cuenca de esta quebrada es relativamente pequeña y su pendiente es baja. Debido a lo anterior, no requiere intervención sobre la sección hidráulica del puente más allá de un mantenimiento general.

0 20 40 60 80 10022

24

26

28

30

32

34

36

19+050 Plan: Pla_19+050 24/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG QD

WS QD

Crit QD

Ground

Bank Sta

.042 .037 .042

53




Figura 3.10. Modelación hidráulica de la quebrada El Ébano (19+849) en la sección del puente para un caudal

con periodo de retorno de 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

El puente sobre la quebrada El Ébano presenta también una respuesta deficiente ante un evento de creciente de 200 años de periodo de retorno, tanto su gálibo como su luz efectiva son limitados. La modelación da como resultado un sobreflujo en esta obra de 1,13m, el cual en realidad debe ser menor debido a la limitante topográfica del modelo. Además, presenta un problema similar al del río Canalete de sedimentación de material fino en la sección del puente. Para propósitos de mejoramiento es requerido ampliar la sección hidráulica del puente, subiendo el gálibo, es recomendable también realizar un dragado periódico del cauce para permitir un mejor funcionamiento de la obra y disminuir la amenaza hidráulica. Para rehabilitación, que es el alcance del proyecto, el dragado periódico es la intervención a realizar, el cual deberá incluir la remoción total del islote ubicado aguas arriba de la estructura. En cuanto al pontón sobre la quebrada Seca, presenta un funcionamiento hidráulico correcto ante la creciente de diseño de 100 años de periodo de retorno. No obstante, ante este caudal el gálibo no es suficiente para cumplir con la normativa INVIAS, haría falta aproximadamente 1,0m. Para propósitos de rehabilitación un mantenimiento general es suficiente en esta obra, de igual manera en mejoramiento esta estructura se puede mantener, pues su capacidad hidráulica es suficiente, aunque no cumpla con la recomendación del Manual.

0 10 20 30 40 50 6024

26

28

30

32

34

36

19+880 Plan: Pla_19+880 24/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG QD

WS QD

Crit QD

Ground

Bank Sta

.052 .047 .052

54




El pontón de la quebrada Aguas Vivas tiene un buen drenaje para la creciente de diseño de 100 años de periodo de retorno, pues permite el paso correcto del agua; sin embargo, presenta un gálibo de diseño insuficiente. El pontón se encuentra en buen estado y por ello solo es requerido un mantenimiento general para la rehabilitación de la vía.

Figura 3.11. Modelación hidráulica de la quebrada Seca (31+969) en la sección del pontón para un caudal

con periodo de retorno de 100 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

0 10 20 30 40 50 6069

70

71

72

73

74

75

31+968 Plan: Pla_31+968 26/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS QD

Crit QD

Ground

Bank Sta

.05 .045 .05

0 10 20 30 40 5082

83

84

85

86

87

88

33+787 Plan: Pla_33+787 24/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG QD

WS QD

Crit QD

Ground

Bank Sta

.05 .04 .05

55




Figura 3.12. Modelación hidráulica de la quebrada Aguas Vivas (33+786) en la sección del pontón para un

caudal con periodo de retorno de 100 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

La modelación hidráulica sobre los cajones de Caño Viejo da como resultado un sobreflujo de 2,72m por encima de la vía para un periodo de retorno de 25 años y de 3,25m para el periodo de retorno de 100 años. No obstante, estos valores en realidad no serán tan altos; el modelo genera estos valores debido a la limitante topográfica en la información de entrada. Se entiende que los valores reales de sobreflujo existirán, pero serán un tanto menores a los generados por el modelo, gracias a la posibilidad en terreno de inundar un área considerablemente mayor a la introducida en HEC-RAS. De cualquier manera es claro que la estructura implementada en el Caño Viejo no es suficiente para garantizar el drenaje de este cauce. Para propósitos de rehabilitación no se contempla el cambio de la estructura, a pesar de su insuficiencia, pues contradice el alcance; no obstante en este caso es necesario realizar una limpieza general y periódica de la vegetación flotante y enraizada que reduce la capacidad de la obra. Para hacer un mejoramiento, claramente sería necesario modificar esta estructura por un puente de una luz igual o superior a la distancia entre bancas del Caño y un gálibo mucho mayor al de las estructuras existentes. Además, esta estructura no cumple con la recomendación de Cornero (1996) para alcantarillas, la cual indica que luces múltiples contiguas no deberían ser superiores a 12,0m.

Figura 3.13. Modelación hidráulica del Caño Viejo (53+394) en la sección del cajón múltiple para un caudal

con periodo de retorno de 100 y 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

0 20 40 60 80 100 12014

15

16

17

18

19

20

Caño_Viejo Plan: Plan 01 26/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS Q_Máx

WS Q_D

Crit Q_Máx

Crit Q_D

Ground

Bank Sta

.07 .065 .07

56




Figura 3.14. Modelación hidráulica del cauce ubicado en la abscisa 54+287 en la sección de la alcantarilla

cajón para un caudal con periodo de retorno de 100 y 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

La alcantarilla cajón ubicada en el cauce de la abscisa 54+287 presenta un funcionamiento hidráulico apropiado para drenar el caudal de periodo de retorno de 25 años e incluso el de periodo de retorno de 100 años. Para la creciente de 25 años la estructura presenta un borde libre de 0,91m y para la de 100 años de 0,66m. Para las condiciones de diseño de un cajón la estructura cumple con los criterios hidráulicos, pero para las condiciones de diseño de un pontón, no cumple con el criterio de gálibo. No obstante, el funcionamiento hidráulico como pontón no compromete hidráulicamente la estructura pues no trabaja a presión, debido a esto y al tamaño de la cuenca y del cauce, no se considera necesario el cambio de la estructura para rehabilitación ni para mejoramiento. En cuanto a mantenimiento se sugiere seguir las recomendaciones consignadas en el inventario de obras, en el Anexo A2.1. En las cinco alcantarillas tipo cajón ubicadas a lo ancho de la sección del arroyo La Caimanera la modelación hidráulica demuestra que éstas son insuficientes para garantizar el correcto drenaje de las crecientes con periodo de retorno de 100 y 200 años, para las cuales se presentan sobreflujos de 0,31 y 0,45m, respectivamente. Además de esto el tamaño del cauce y la cantidad de material vegetal flotante arrastrado hace necesaria la implementación de una estructura de mucho mayor tamaño para garantizar el drenaje. En rehabilitación de la vía no se deberá considerar la modificación de estas estructuras, para su mantenimiento se deberán seguir las recomendaciones consignadas en el Anexo A2.1. No obstante, se sugiere un mejoramiento de la vía en este caso

0 20 40 60 80 10012

13

14

15

16

17

Pr_54+300 Plan: Pla_54+300 26/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS QMAX

WS QD

Crit QMAX

Crit QD

Ground

Bank Sta

.045 .035 .045

57




particular, en el cual deben reemplazarse e estas estructuras por un puente con luz similar o mayor a la distancia entre bancas y un gálibo superior al que tienen los cajones actuales, lo cual implicaría también modificar la rasante. La topografía del cauce que tiene su cruce con la vía en el pontón de la abscisa 57+663 no tenía la calidad suficiente para realizar la modelación hidráulica de la estructura. No obstante, con base en los caudales de diseño, en las condiciones topográficas similares a las de otras estructuras en la zona, a las trazas de creciente observadas durante el inventario de obras de drenaje, y al tamaño de la cuenca del cauce, es posible inferir que la estructura permite el paso correcto del cauce incluso durante épocas de creciente. Debido a lo anterior y a que la intervención sobre la vía es de rehabilitación, no se requiere un cambio de la estructura, más allá de un mantenimiento general; sin embargo, no es posible dar una recomendación de diseño para mejoramiento debido a que no se cuenta con información topográfica suficiente para la modelación.

Figura 3.15. Modelación hidráulica del arroyo La Caimanera (56+147 a 56+187) en la sección de las

alcantarillas cajón para un caudal con TR 100 y 200 años. Transversal de Las Américas, Sector 1.

0 20 40 60 80 100 120 14013.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

16.0

16.5

56+166 Plan: PLA_56+166 26/01/2012

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS QM

WS QD

Crit QM

Crit QD

Ground

Bank Sta

.055 .043 .055

58




Figura 3.16. Sección hidráulica del pontón ubicado en la abscisa 57+663.

Transversal de Las Américas, Sector 1.

59




CAPÍTULO 4. ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN

Los estudios de socavación consisten principalmente en el análisis y la determinación de profundidades críticas de tipo erosivo inducidas por las corrientes en las estructuras mayores. En el caso del tramo Puerto Rey – Montería se identificaron varias estructuras con cauces relevantes, entre puentes y pontones. 4.1 ANÁLISIS DE INFORMACIÓN DE CAMPO Los ríos de este tramo son meándricos y de muy baja pendiente, lo cual ayuda a amortiguar la ocurrencia de caudales pico muy altos. No obstante, un porcentaje de la zona se ve influenciada por la llanura de inundación del río Sinú, que en épocas de creciente aumenta los caudales de los ríos cercanos a él importantemente. Se presenta un resumen de las estructuras en las que se identificaron problemáticas particulares. .

4.1.1 Puente Los Córdobas, río Córdoba

El puente sobre el río Córdoba se encuentra ubicado en la abscisa 7+598. La margen izquierda del puente se encuentra protegida por gaviones y escalones en concreto, tanto aguas arriba como aguas abajo del puente. También descargan en este puente cunetas ubicadas hacia Puerto Rey. Además, a unos 40 metros aguas arriba del puente se encuentra una estructura transversal tipo dique, en piedra pegada.

Figura 4.1. Vista del Puente Los Córdobas desde aguas arriba. Transversal


60




La presencia combinada de estas estructuras, además de la visibilidad de las raíces de la vegetación ubicada aguas arriba y aguas abajo de la estructura son indicativos de la ocurrencia de socavación local y general en la estructura. Históricamente, de acuerdo con los pobladores de la región, el río no ha sobrepasado el nivel de la rasante vial, pero sí suele llegar hasta las vigas de la estructura durante épocas de creciente.

4.1.2 Puente río Canalete

En la sección del puente sobre el río Canalete se presenta una alta sedimentación de material fino, conformado principalmente por arcillas expansivas. Esta alta presencia de material genera un gran crecimiento y proliferación de vegetación enraizada, de baja y media altura. Dicha sedimentación y el arrastre general de material puede generar socavación en el apoyo intermedio del puente, lo cual debe evitarse, además de reducir importantemente la capacidad hidráulica del puente. Durante épocas de creciente el nivel del agua puede llegar hasta las vigas del puente, tal y como se observó durante la visita realizada en noviembre de 2012.

Figura 4.2. Vista desde aguas abajo del puente sobre el río Canalete,

durante los eventos de creciente de noviembre de 2012. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Para mitigar el problema de socavación y aumentar la capacidad de la sección hidráulica es recomendable realizar un dragado periódico del material sedimentado. La cantidad de material que requiere dragado ha sido determinada mediante modelación hidráulica en la sección anterior.

61




4.1.3 Puente Quebrada Trementino

Al igual que en el puente sobre el rio Canalete, en el puente sobre la quebrada Trementino existe sedimentación de material fino que da origen a la proliferación de vegetación enraizada. De cualquier manera el problema de sedimentación no es tan alto como en el río Canalete y la lámina de agua es de un tamaño considerablemente más alto.

Figura 4.3. Vista desde aguas arriba del puente sobre la quebrada

Trementino. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

La sedimentación puede deberse principalmente al tamaño del material en suspensión y a la baja velocidad de la corriente.

4.1.4 Puente Jalisco sobre la quebrada El Ébano

El cauce bajo el puente Jalisco, sobre la quebrada El Ébano, presenta alta sedimentación de material bajo la sección del cauce. Además de esto existe un islote aguas arriba de la estructura, altamente vegetado y de altura importante, el cual puede llegar a funcionar como una barrera de sedimentos y vegetación. Debido a lo anterior, la estructura requiere, al igual que el río Canalete, limpieza y dragado permanente para aumentar la sección hidráulica. También es necesario retirar los obstáculos como cercas, que pueden funcionar como una barrera de sedimentos.

62




Figura 4.4. Vista desde aguas arriba del puente sobre la quebrada El Ébano.


4.1.5 Cajón quíntuple sobre el Caño Viejo

En la abscisa 53+394 se ubica un cajón quíntuple, que también podría ser visto como un pontón, el cual es el que permite el paso de la corriente Caño Viejo. La estructura se encuentra en relativas buenas condiciones, aunque se considera que su tamaño es muy poco para el drenaje de una corriente de tal magnitud como el Caño Viejo.

Figura 4.5. Vista desde aguas arriba de la estructura sobre el Caño Viejo.


63




El Caño Viejo transporta gran cantidad de buchón, lo cual puede promover el bloqueo y la obstrucción de la estructura; debido a lo cual, es recomendable modificar a futuro la estructura por un puente de gálibo apropiado, en el caso que se requiera mejoramiento de la vía. También es sabido que el río sobrepasó esta estructura durante los eventos de creciente del periodo invernal de noviembre de 2012.

4.1.6 Grupo de cajones sobre el arroyo La Caimanera

Esta estructura presenta una distribución diferente a la del Caño Viejo y, por tanto, un funcionamiento también diferente. Mientras que en el Caño Viejo se tiene un cajón con cinco divisiones, en La Caimanera se tienen cinco cajones seguidos, todos encargados de drenar la misma corriente. Este río también presencia un alto transporte de vegetación flotante o buchón, lo cual genera obstrucción en las estructuras. Además de esto, las aletas de los cajones ayudan la dirección de esta vegetación a las obras y, las divisiones entre los cajones proliferan la sedimentación de material fino.

Figura 4.6. Vista desde aguas arriba de las estructuras sobre el arroyo La

Caimanera. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Debido a lo anterior, y al hecho de que una creciente como la ocurrida en noviembre de 2011 hace que las estructuras trabajen a presión, se recomienda a futuro modificar esta estructura por un puente con gálibo suficiente.

64




4.2 APLICACIÓN DE LAS TEORÍAS DE SOCAVACIÓN A continuación se describe el procedimiento seguido para la estimación de la socavación local en los estribos de puentes, la cual se realizó mediante la aplicación de recomendaciones consignadas en la literatura técnica. El tipo de transporte de sedimentos de los afluentes se asumió como agua clara, condición que simula la situación más crítica de socavación.

4.2.1 Socavación general

Se realiza el cálculo de la socavación general por contracción por dos métodos que en particular no demandan información de tipo granulométrico, es decir que sólo requieren información referente a las contracciones que puede tener el cauce y la profundidad presentada aguas arriba de la estructura de referencia. Los métodos de Komura (1971) y Michiue (1984) son de uso exclusivo para contracciones que pueden ser generadas por la construcción de puentes, espigones o estructuras de contención de la orilla.

Método de Komura (1971):

Usando éste método la socavación puede calcularse implementado la siguiente ecuación:

[(

)

]

Donde Δz = Socavación de la contracción y = Altura del cauce inicial

W = Ancho inicial W1 = Ancho contraído

Fr = Numero de Froude

Con el programa HEC-RAS 4.1.0 es posible obtener datos inmediatamente antes y después de la contracción. En cada caso se seleccionó el Número de Froude que representara la situación más crítica ya sea aguas abajo o aguas arriba de la contracción.

Método de Michiue (1984):

En éste caso, el cálculo de la socavación se realiza aplicando la ecuación que se presenta a continuación:

[(

)

] [(

)

]

65




Donde Δz = Socavación h = Nivel del agua antes de la contracción B = Ancho del canal antes de la contracción

B1 = Ancho contraído Fr = Numero de Froude

En la Figura 4.7. Esquema de contracción para determinar socavación general.se presenta el esquema de una contracción determinada con las variables descritas anteriormente.

Figura 4.7. Esquema de contracción para determinar socavación general.

Como se indicó, en el método de Komura, para determinar la socavación, la elección del Número de Froude se realizó considerando el desarrollo de la situación más crítica teniendo en cuenta los resultados arrojados por el software HEC-RAS 4.1.0 antes o después de la contracción. En la Tabla 4.1 se presentan los resultados obtenidos de socavación general por contracción mediante los dos métodos aplicados, así como un promedio para cada caso. Tabla 4.1. Resultados de socavación general por contracción para los puentes del tramo Puerto Rey-Montería

Estructura en estudio FR W (m) W1 (m) Komura Michiue Promedio

K7+598 (Puente Los Córdobas - Río Córdoba)

0.55 48.7 34.0 2.8 2.13 2.13

K19+037 (Puente Río Canalete) 0.32 85.4 41.3 8.3 6.63 7.47

H19+441 (Puente Q. Trementino) 0.12 12.0 11.0 0.2 0.19 0.21

K19+849 (Puente Q. El Ébano) 0.21 60.0 24.5 7.2 5.83 6.53

PR31+969 (Pontón Q. Seca) 0.31 7.6 8.0 0.0 0.00 0.00

PR33+786 (Pontón Q. Aguas Vivas) 0.08 24.5 6.0 5.7 4.55 5.15

K53+394 (Cajón Caño Viejo) 0.21 40.0 4.5 19.1 14.36 16.73

PR54+287 (Cajón) 0.02 99.8 16.0 5.6 4.32 4.96

K56+147 a K56+187 (Cajones Ay. La Caimanera)

0.21 114.4 20.8 12.3 9.49 10.89

4.2.1 Socavación local

La socavación local se refiere directamente a la que ocurre justo en los estribos o apoyos de las estructuras en el cauce. Es importante mencionar que existen gran cantidad de ecuaciones para la estimación de la socavación, las cuales arrojan estimaciones que pueden variar hasta en un 200% (Barbhuiya y Dey, 2003). Por lo tanto, para el presente estudio se realizó una revisión de las ecuaciones para la

66




estimación de la socavación en estribos y se seleccionaron las ecuaciones más apropiadas, las cuales se describen a continuación.

Ecuación de Chang y Davis

Chang y Davis proponen la siguiente ecuación para la estimación de socavación en estribos, la cual ha sido desarrollada por el Departamento de Transporte de Maryland (García, 2008):

Dónde:

y2

a = Profundidad de socavación, medida desde la superficie del agua (m)

y1 = Profundidad de flujo aguas arriba del estribo (m)

q1 = Caudal por unidad de ancho aguas arriba del estribo (m3/s/m)

q2 = Caudal por unidad de ancho en la sección contraída (m3/s/m)

kv = 0.8*(q1/q2)1.5+1

kf = 0.35+3.2F1

k2 = 0.11(τc/τ1+0.4)2.2+0.623 (Recomendado: k2=0.857)

Ecuación de Froehlich

La ecuación de Froehlich (citada en Federal Highway Administration, 2001) es usada comúnmente en la estimación de socavación local en estribos y espolones.

Dónde:

K1 = Coeficiente de forma del estribo

K2 = Coeficiente de ajuste por ángulo de ataque

L' = Longitud del flujo obstruida por el estribo (m)

Fr = Número de Froude del flujo aguas arriba del estribo

ya = Profundidad promedio del flujo en la planicie de inundación (m)

ys = Profundidad de socavación (m)

Ecuación de Richardson et al.

De acuerdo con Barbhuiya y Dey (2003), Richardson et al. proponen la siguiente ecuación, la cual fue estimada a partir de socavaciones medidas en la base de espolones en el río Mississippi:

67




Dónde:

ds = Profundidad de socavación (m)

h = Profundidad de flujo aguas arriba del estribo (m)

Ks = Coeficiente de forma del estribo

Kθ = Coeficiente de ajuste por ángulo de ataque


Ecuación de Hire

Dónde:

ys = Profundidad de socavación (m)

y1 = Profundidad del flujo en la planicie de inundación o en el canal principal (m)


K1 = Coeficiente de forma del estribo

K2 = Coeficiente de ajuste por ángulo de ataque

Dada la alta incertidumbre asociada a todas las ecuaciones existentes para la estimación de la socavación, se procedió a calcular las alturas de socavación para cada una de las ecuaciones descritas, con el fin de estimar el orden de magnitud de la socavación local. La estimación de las profundidades de socavación se realizó para periodos de retorno de 2 y 200 años, los cuales corresponden al caudal promedio anual y al caudal de diseño, respectivamente. Para los cálculos respectivos se usaron los resultados obtenidos de la modelación hidráulica los distintos ríos en HEC-RAS, los cuales se presentan en el Anexo A2.5. Es importante aclarar que todas las ecuaciones existentes para el cálculo de la socavación en estribos y espolones han sido planteadas a partir de datos obtenidos en laboratorio (Federal Highway Administration, 2001). Dado que este tipo de experimentos difícilmente reflejan las complejidades existentes en cauces naturales, las profundidades de socavación estimadas generalmente tienden a ser excesivamente sobreestimadas (Federal Highway Administration, 2001), máxime que son el resultado de utilizar agua clara, sin sedimentos, mucho más socavante que la mezcla de agua y sedimentos de los cauces naturales. En la Tabla 4.2 se presentan los resultados obtenidos de socavación en los apoyos de los puentes

68




mediante los distintos métodos, mientras que en la Es recomendable que, con miras al mejoramiento de la vía, los apoyos de las estructuras deban revaluarse para tener en cuenta estos resultados y, de esta manera, cimentar las estructuras modificadas por debajo de la profundidad de socavación estimada. Tabla 4.3 se presenta un resumen con la socavación local máxima probable (definida a criterio del consultor con base en los resultados de los métodos de la literatura) y la socavación local. Tabla 4.2. Estimación de la profundidad de socavación en los estribos delos puentes y pontones del tramo

Puerto Rey - Montería. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Cauce Tipo Ecuación Socavación

estimada (m) TR= 2 años

Socavación estimada (m) TR = 200 años

PR7+598 (R. Córdoba)

Puente

Chang y Davis 3.84 11.96

Froehlich 3.43 8.20

Richardson et al. 5.23 16.43

Hire 1.31 4.11

PR19+037 (Río Canalete)

Puente


Froehlich 2.87 11.12


Hire 1.13 6.13

PR19+441 (Q. Trementino)

Puente


Froehlich 1.30 2.68


Hire 0.00 1.06

PR19+849 (Q. El Ébano)

Puente


Froehlich 2.68 8.36


Hire 1.05 4.27

PR31+969 (Q. Seca)

Pontón


Froehlich 0.77 3.73


Hire 0.23 1.56

PR33+786 (Q. AguasVivas)

Pontón


Froehlich 0.89 2.68


Hire 0.22 1.04

Es recomendable que, con miras al mejoramiento de la vía, los apoyos de las estructuras deban revaluarse para tener en cuenta estos resultados y, de esta manera, cimentar las estructuras modificadas por debajo de la profundidad de socavación estimada. Tabla 4.3. Profundidades máximas de socavación probable. Puerto Rey - Montería. Transversal de Las


Cauce Tipo de

estructura Socavación máxima

probable (m) Socavación general por contracción (m)

PR7+598 (R. Córdoba) Puente 8,0 2.13 PR19+037 (Río Canalete) Puente 12,0 7.47

PR19+441 (Q. Trementino) Puente 2,5 0.21 PR19+849 (Q. El Ébano) Puente 8,5 6.53

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PR31+969 (Q. Seca) Pontón 3,5 0.00 PR33+786 (Q. AguasVivas) Pontón 2,5 5.15

K53+394 (Caño Viejo) Cajón No Aplica 4.5 PR54+287 Cajón No Aplica 16.0

K56+147 a K56+187 (Ay. La Caimanera) Cajones No Aplica 20.8

Las estructuras de drenaje pertenecientes a las abscisas K53+394, PR54+287 y K56+147 a K56+187 son alcantarillas tipo cajón, por ende la socavación local, calculada con ecuaciones para estribos y pilas, no aplica para éste tipo de obras.

Los apoyos que se implementen para los puentes proyectados a modificar deberán considerar los resultados de socavación máxima probable y, de esta manera, cimentarse por debajo de la profundidad de socavación estimada. 4.3 OBRAS DE PROTECCIÓN CONTRA SOCAVACIÓN En cuanto a las obras menores, alcantarillas y cajones, se han detectado problemas de socavación principalmente en la estructura del descole. Con base en esto se han propuesto estructuras de protección en gaviones de 2 m x 1 m x 1 m, cuando la socavación es mayor a 50 cm; de colchonetas reno de 1 m x 1 m x 0,50 m, cuando la socavación está entre 20 cm y 50 cm; y piedra pegada o sobretamaños, cuando la socavación es menor de 20 cm. Los esquemas de protección contra socavación se presentan en el plano 008_REH_PRMO_ESP_DT_001_00, anexo. También se reitera que los apoyos de los puentes deberán cimentarse por debajo de la profundidad máxima probable de socavación, para así prevenir y mitigar la vulnerabilidad de la estructura a este fenómeno hidráulico. Lo anterior se da a manera de recomendación pues, en el tramo en estudio se proyecta únicamente rehabilitación y la implementación de estas obras constituiría un mejoramiento de la vía, el cual no es el objetivo contractual particular del tramo.

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CAPÍTULO 5. RESULTADOS Y MEMORIAS DE CÁLCULO

En este capítulo se resumen los resultados relevantes del estudio de hidrología, hidráulica y socavación realizado para el tramo Puerto Rey - Montería, de la Transversal de Las Américas, Sector 1. 5.1 ESTUDIO DE HIDROLOGÍA: CAUDALES DE DISEÑO HIDROLÓGICO Anteriormente también se explicó que, para aplicar estas ecuaciones en todas las obras menores del tramo, se estableció un criterio para determinar el área de drenaje individual a partir del área de drenaje de la cuenca mayor; esta información se encuentra igualmente en la sección 2.7.4. Las ecuaciones que aplican a este tramo se presentan a continuación:

Anteriormente también se explicó que, para aplicar estas ecuaciones en todas las obras menores del tramo, se estableció un criterio para determinar el área de drenaje individual a partir del área de drenaje de la cuenca mayor; esta información se encuentra igualmente en la sección 2.7.4. 5.2 ESTUDIOS HIDRÁULICOS: DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS Los resultados de estudios hidráulicos consisten principalmente en la cantidad de obras de drenaje a introducir o modificar en el tramo. Se presentan así los resúmenes en cuanto a cunetas y contracunetas a implementar, obras menores y obras mayores. El detalle de la evaluación de cunetas y su ubicación se presenta en el Anexo A2.3, mientras que la evaluación y rediseño de alcantarillas se encuentra en el Anexo A2.2 y A2.4, respectivamente; la modelación hidráulica para las estructuras mayores se encuentra en el Anexo A2.5. Como se ha dicho anteriormente, la ubicación de cunetas y alcantarillas proyectadas para su drenaje deberá ser verificada y ajustada en campo, para diagnosticar sobre su verdadero requerimiento a las condiciones del terreno durante el proceso constructivo.

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Tabla 5.1. Resumen de evaluación de cunetas en el tramo Puerto Rey - Montería.


Tipo de cunetas Longitud (m)

Cuneta ▲Tipo en calzada Izq. 12.278

Cuneta ▲Tipo en calzada Der. 13.164

Filtro-Cuneta ▲en calzada Izq. 2.532

Filtro-Cuneta ▲en calzadaDer. 1.844

Filtro en calzada izquierda 681

Filtro en calzada derecha 642

TOTAL CUNETA 31.141

Tabla 5.2. Resumen evaluación de alcantarillas en el tramo Puerto Rey - Montería. Transversal de


INTERVENCIÓN NÚMERO DE

OBRAS IDENTIFICACIÓN DE OBRAS

Aumentar pendiente de la obra a mínimo 1%

9 7,61,65,72,106,118,125,140,157

Conservar estructura 5 45,83,121,127,203

Considerar implementar un cajón de mayor sección.

32 3,16,18,31,33,36,48,49,53,56,58,59,60,68,69,79,86,91,91-

0,92,97,102,109,111,116,119,123,132,168,171,200,202

Considerar Rediseñar obra. Alcantarilla circular 90cm.

4 6,88-0,170-0,209-0

Construcción estructuras de protección contra socavación

18 9,30,43,50,51,57,66,67,81,107,133,148,149,150,153,154,199

Demoler obra. 1 96.00

Limpieza y conformación del cauce.

29 1,2,5,8,12,13,15,17,19,20,21,23,38,39,40,41,44,55,78,80,130,163,16

4,167,177,179,185,189,190

Mantenimiento general. 9 52,117-0,122-0,128-0,137,206-0,207-0,208-0,210-0

Modificar por una estructura de puente de luz y gálibo

apropiado. 2 183.19

Rediseñar obra. Alcantarilla de 90cm.

5 10,166-0,181,182,184

Rediseñar obra. Cajón sencillo de mayor área útil.

12 4,74,75,76,85,104,105,110,152,169,178,180

Reemplazar por una obra de mayor gálibo

2 34,84

Reemplazar por una obra de mayor gálibo. Realizar

dragado. 1 82

Reparación, mantenimiento y limpieza general.

90

11,14,22,24,25,26,27,28,29,32,35,37,42,46,47,54,62,63,64,70,71,73,77,87,88,89,90,93,94,95,98,99,100,101,103,108,112,113,114,115,117,120,124,126,128,129,131,134,135,136,138,139,141,142,143,144,146,147,151,155,156,158,159,160,161,162,165,166,170,172,173,174,

175,176,185-0,186,187,188,195-0,196,197-0,198,201,205,205-0

Las recomendaciones sobre modificaciones de obra se realizaron con diversos criterios, los cuales son jerárquicos, y entre los que se encuentran:

Criterio hidráulico, que tiene en cuenta el funcionamiento de la estructura, así como las condiciones físicas que permiten un buen drenaje, como material de la tubería y cantidad de ductos.

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Criterio del Manual de Drenaje (2009), ligado al anterior, pues indica y recomienda sobre preferibles condiciones de las estructuras, entre ellas, diámetro mínimo.

Criterio del Diseño geométrico, el cual indica las estructuras que quedan por fuera o muy cortas con respecto al diseño geométrico proyectado.

Criterio de elementos estructurales, evaluado con base en el inventario de campo y que consiste principalmente en el estado físico de la obra.

El detalle de los criterios analizados y las obras sobre las cuales se aplicaron se presenta en el Anexo A2.2. En aquellas obras que incumplen algún criterio que estrictamente no está ligado con el funcionamiento hidráulico, se recomienda que se considere su modificación por una obra de mayor tamaño, en función del diagnóstico que se realice durante la etapa constructiva. Tabla 5.3. Secciones óptimas para estructuras de cauces mayores en Puerto Rey – Montería (Su

implementación implicaría un mejoramiento de la vía). Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Estructura (abscisa) Luz

exist. (m)

Gálibo exist.

(msnm)

Luz recom

.(m)

Gálibo recom. (msnm)

Recomendación de diseño

Puente Los Córdobas (7+598)

33,5 11,5 33,5 13,65 Se sugiere ampliar la

estructura

Puente Canalete (19+037)


estructura

Puente Trementino (19+441)

23,0 32,5 23,0 32,5 Mantenimiento

general

Puente El Ébano (19+849)


estructura

Pontón Q. Seca (31+969)

8,0 72,65 12,0 73,65 Mantenimiento

general

Pontón Q. Aguas Vivas (33+786)

5,7 86,9 8,0 87,9 Mantenimiento

general

Cajón Caño Viejo (53+394)

2,9x5 16,24 22,0 19,0 Limpieza de vegetación

Cajón Cauce abscisa 54+287

2,0x2 15,68 2,0x2 15,68 Mantenimiento

general, ver recomendaciones

Cajones Ay. La Caimanera (56+147 a

56+187)

2,0x2 4,0x2 3,7x2

15,44 15,54 15,64

78,0 17,92 Limpieza de

vegetación, ver recomendaciones

Pontón cauce abscisa 57+663

N/A N/A Mantenimiento

general

5.3 ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN Los estudios de socavación se realizaron para encontrar la socavación general por contracción y la socavación local en los estribos. En la Tabla 5.4 se presentan los resultados obtenidos para estas dos mediciones. Se recomienda cimentar las estructuras por debajo del valor de socavación máxima probable.

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Tabla 5.4. Estimación de la profundidad de socavación en los estribos de los puentes del

tramo. Transversal de Las Américas, Sector 1, 2012.

Cauce Tipo de estructura Socavación máxima

probable (m) Socavación

general PR7+598

(R. Córdoba) Puente 8,0 2.13

PR19+037 (Río Canalete)

Puente 12,0 7.47

PR19+441 (Q. Trementino) Puente 2,5 0.21 PR19+849 (Q. El Ébano) Puente 8,5 6.53

PR31+969 (Q. Seca) Pontón 3,5 0.00 PR33+786 (Q. Aguas Vivas) Pontón 2,5 5.15

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CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En los análisis presentados en este informe se han realizado diversas actividades: Estudio hidrológico de la zona, en el que se definieron los caudales de diseño de las obras; Inventario de obras, en el que se registran las condiciones de las obras actuales; Estudios de obras de drenaje, menores y mayores, en el que se evalúan las obras actuales y se proyectan las actividades necesarias para optimizar el sistema; y Estudios de socavación y geomorfología. En este capítulo se definen las conclusiones para cada uno de los estudios realizados, a partir de las cuales, se realizan las recomendaciones hidráulicas pertinentes, para el tramo en estudio. 6.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS

6.1.1 Conclusiones

El clima general de la zona es monomodal, ocurriendo un pico extremo en el mes de mayo y un periodo de altas precipitaciones y altos números de días de precipitación entre mayo y noviembre, por lo cual, estos meses son los menos recomendables para la construcción de obras de infraestructura. También, se presentan valores extremos de parámetros climatológicos durante periodos similares en el año.

La climatología de la región se encuentra influenciada dualmente por el Valle del Sinú y por el Mar Caribe, todo lo cual genera gran variación de la precipitación, la cual es descendiente desde Puerto Rey hacía Montería.

La región se caracteriza por el uso de suelo principalmente para ganadería y diversos cultivos. Los pastizales bajos, propios de este tipo de zonas, pueden ayudar a la rápida generación de escorrentía (debido a la inexistencia de obstáculos que produzcan estancamientos), la cual ocasiona importantes eventos de creciente con picos de considerable magnitud.

La baja pendiente general de la zona, sumada a su altura relativa al río Sinú, da origen a inundaciones de considerable magnitud y gran duración.

Las condiciones topográficas del tramo imponen la necesidad de emplear diferentes tipos de estructuras de drenaje y protección vial contra la acción hídrica, como las recomendadas en este informe.

6.1.2 Recomendaciones

Ejecutar las actividades de construcción más complejas durante los meses con menores condiciones climatológicas extremas; estos son los meses de final e inicio de año: entre noviembre y abril.

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Promover la implementación, en predios privados, de patrones o estructuras que amortigüen la rápida generación de escorrentía, lo cual beneficia no sólo en la disminución de los caudales pico, sino también favorece el aprovechamiento del agua lluvia para riego.

Además, se recomienda regular las obras de los predios privados, construidas y proyectadas, que puedan generar una afectación al drenaje natural de la zona y, por ende, influyan perjudicialmente sobre la vía.

A futuro se recomienda realizar un estudio hidrodinámico de la influencia del río Sinú, en cuanto a magnitud y periodicidad de las crecientes, sobre el tramo de vía más cercano a la ciudad de Montería.

6.2 ESTUDIOS HIDRÁULICOS

6.2.1 Conclusiones

De acuerdo con los estudios geomorfológicos realizados para el proyecto, ninguno de los cauces importantes en el tramo presenta una marcada (o notable) evolución de orillas y por ende, no se requieren obras de protección directa de las mismas

En el tramo existen aproximadamente 1.800m de cunetas en mal estado, las cuales deben ser rehabilitadas con labores tales como mantenimiento general, limpieza y reparación. Dicha longitud debe ser revisada y ajustada durante la etapa de construcción.

Análogamente, existen once tramos de cuneta que no presentan obras de descarga adecuada, por lo cual, con fines del mejoramiento de la vía, dichas obras se deberían construir. Nuevamente, esto debe revisarse y ajustarse durante la etapa de construcción.

Entre el inventario y lo reportado en los planos de diseño geométrico se identificaron un total de 221 obras, entre mayores y menores, en una longitud total de 60 Km, resultando en una densidad de 3.7 obras por kilómetro.

Las obras inventariadas presentan diversos problemas que afectan su integridad y buen funcionamiento, entre ellos: socavación, desgaste, deterioro, rompimiento, pérdida de emboquillado y falta de bordillos.

Aproximadamente un 3,16% de las obras de drenaje, incluso en condiciones de operación normal: limpias y en buen estado, son insuficientes para el drenaje de la vía en eventos de creciente. Por lo demás, existe un 2,7% de obras con diámetro inferior al mínimo recomendado en las especificaciones del INVIAS (2007).

Para evitar problemas por la ocurrencia de flujos subterráneos, se debe revisar el funcionamiento de los filtros de drenaje e implementar obras adecuadas de conducción de aguas subterráneas en el PR10+750.

De las diez estructuras mayores, entre puentes, pontones y cajones múltiples de gran tamaño estudiados, existen siete que no cumplen con los

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criterios de gálibo mínimo establecido por el INVIAS (2007), de las cuales, 5 se encuentran en condiciones de operación deficientes.


Los problemas particulares de las obras hidráulicas deben ser corregidos de acuerdo con las recomendaciones presentadas en el Anexo A2.1: Observaciones y recomendaciones de obras menores, entre las cuales se incluyen: resane de obras, alargamiento, limpieza general, demolición parcial y total, construcción complementaria y total, y profundización de cauces de encole o descole, entre otras.

Debido a que el alcance para el tramo corresponde a su rehabilitación, no se proyecta la modificación de obras del sistema de drenaje por causa de diámetros mínimos o capacidad insuficiente, pues se deben respetar las condiciones originales de diseño de la vía. No obstante, estas obras deberían modificarse en un futuro para permitir un drenaje óptimo de la vía. Además, se plantea la modificación de aquellas obras que se encuentran en muy mal estado, por alcantarillas cajón tipo con dimensiones estándar.

No se proyecta la modificación de obras mayores para propósitos de rehabilitación; únicamente se han definido las labores de mantenimiento general, limpieza y dragado requeridas para optimizar la sección hidráulica de las obras existentes. A pesar de esto, existen cinco obras en cauces que superan su capacidad, por ende, debería considerarse su modificación por una estructura de puente de tamaño mayor.

Se debe revisar que las obras mayores: puentes y pontones cuenten con una apropiada cimentación para mitigar la vulnerabilidad ante socavación, por lo cual dichas estructuras deberían tener una profundidad que supere en por lo menos un metro para puentes, y cincuenta centímetros para pontones, la profundidad de socavación máxima probable, la cual se presenta en la sección 5.3. Resultados de estudios de socavación.

6.3 ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN

6.3.1 Conclusiones

Muchas de las obras hidráulicas menores del tramo Puerto Rey - Montería presentan problemas de socavación local y retrogresiva, principalmente en el solado y en los demás elementos que componen la estructura del descole.

En las estructuras mayores asociadas a ríos importantes se presentan profundidades variables de socavación para las condiciones proyectadas, que pueden ir desde los 2,50 m hasta más de 12,0m.

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Para las obras menores de drenaje se recomienda implementar a futuro estructuras de protección contra socavación, dependiendo de la profundidad del proceso, que pueden consistir en gaviones, colchoneta reno o colchagavión, o piedra pegada. Estas obras también se deberán implementar en las estructuras nuevas.

No se han propuesto obras de protección contra socavación específicas para los puentes y pontones; sin embargo, se ha reportado la profundidad que deberían tener los apoyos de estas estructuras para evitar las consecuencias de estos procesos.

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008 reh prmo viihh 1

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