Estudio Hidrologico-Hidráulico Río Man-Taraza

ESTUDIO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO RÍO MAN - MUNICIPIO DE TARAZA DEPARTAMENTO DE ANTIOQUIA

Oscar Andres Duque Marin Ingeniero Civil, Magister en Ingenería en Recursos Hidráulicos. Marzo de 2015

ESTUDIO HIDROLÓGICOHIDRÁULICO RÍO MAN– MUNICIPIO DE TARAZA DEPTO. ANTIOQUIA

TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO .................................................................................................................................. I LISTA DE TABLAS .......................................................................................................................................... II LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................................... III LISTA DE FOTOS ........................................................................................................................................ 1-4 1

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 1-5

2

ALCANCES ......................................................................................................................................... 2-5

3

LOCALIZACIÓN .................................................................................................................................. 3-5

4

ANÁLISIS HIDROLÓGICO ................................................................................................................... 4-8 4.1 HIDROGRAFÍA................................................................................................................................. 4-8 4.2 PARAMETROS MORFOMÉTRICOS .................................................................................................. 4-8 4.3 TORMENTA DE DISEÑO .................................................................................................................. 4-9 4.3.1 DURACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN.............................................................................................. 4-9 4.3.2 CURVA INTENSIDAD –FRECUENCIA-DURACIÓN ....................................................................... 4-10 4.4 COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA .................................................................................................... 4-11 4.5 MÉTODO RACIONAL PROBABILÍSTICO.......................................................................................... 4-13

5

ANÁLISIS HIDRÁULICO .................................................................................................................... 5-14 5.1 ECUACIONES GENERALES DE LA HIDRODINÁMICA (HEC-RAS) ..................................................... 5-14 5.1.1 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN ......................................................................................................... 5-15 5.2 LOCALIZACIÓN DEL TRAMO DE ESTUDIO ..................................................................................... 5-15 5.3 DATOS DE ENTRADA AL MODELO................................................................................................. 5-16 5.4 RESULTADOS MODELACIÓN HIDRÁULICA (ESCENARIO SIN PUENTE)........................................... 5-18 5.4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS (ESCENARIO SIN PUENTE) ............................................................. 5-22 5.5 RESULTADOS MODELACIÓN HIDRÁULICA (ESCENARIO CON PUENTE) ......................................... 5-22 5.5.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS (ESCENARIO SIN PUENTE) ............................................................. 5-27

6

CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 6-27

7

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 7-29

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ANEXOS .......................................................................................................................................... 8-30

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Fecha: Abril de 2015


LISTA DE TABLAS Tabla 3—1. Parámetros morfométricos cuenca del río Man. .......................................................... 4-8 Tabla 3—2. Tiempos de concentración, Tc (min) para la cuenca de estudio. ............................... 4-10 Tabla 3—3. Intensidades de precipitación para varios periodos de retorno................................. 4-11 Tabla 3—4. Coeficientes de escorrentía según Ven Te Chow (1994). ........................................... 4-12 Tabla 3—5. Coeficientes de escorrentía seleccionados. ................................................................ 4-12 Tabla 3—6. Caudales máximo de drenaje pluvial obtenidos por el método racional probabilístico. 413 Tabla 5—1. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 100 años de periodode retorno, Escenario sin puente. ............................................................................................................. 5-20 Tabla 5—2. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 100 años de periodode retorno, Escenario con puente. ............................................................................................................ 5-25 Tabla 8—1. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 2.33 años de periodode retorno, Escenario sin puente. ............................................................................................................. 8-32 Tabla 8—2. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 5 años de periodode retorno, Escenario sin puente. ............................................................................................................. 8-32 Tabla 8—3. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 10 años de periodode retorno, Escenario sin puente. ............................................................................................................. 8-32 Tabla 8—4. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 25 años de periodode retorno, Escenario sin puente. ............................................................................................................. 8-33 Tabla 8—4. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 50 años de periodode retorno, Escenario sin puente. ............................................................................................................. 8-33 Tabla 8—6. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 2.33 años de periodode retorno, Escenario con puente. ............................................................................................................ 8-35 Tabla 8—7. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 5 años de periodode retorno, Escenario con puente. ............................................................................................................ 8-35 Tabla 8—8. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 10 años de periodode retorno, Escenario con puente. ............................................................................................................ 8-35 Tabla 8—9. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 25 años de periodode retorno, Escenario con puente. ............................................................................................................ 8-36 Tabla 8—10. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 50 años de periodode retorno, Escenario con puente. ............................................................................................................ 8-36

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LISTA DE FIGURAS Figura 3-1 Localización puente sobre río man, Sector Santa Clara .................................................. 3-7 Figura 5-1 Levantamiento altiplanimétrico puente sobre río Man, Sector Santa Clara ................ 5-16 Figura 5-2 Perfil hidráulico tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario sin puente) ................................................................................................................................................ 5-19 Figura 5-3 Secciones transversales con los niveles máximos modelados en el tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario sin puente) ............................................................... 5-22 Figura 5-4 Esquema del puente proyectado sobre el río Man, Sector Santa Clara ....................... 5-23 Figura 5-5 Perfil hidráulico tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario con puente) ................................................................................................................................................ 5-24 Figura 5-6 Secciones transversales con los niveles máximos modelados en el tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario con puente) ............................................................. 5-27

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LISTA DE FOTOS Foto 3-1 Sitio de construcción del puente proyectado sobre río Man, sector Santa Clara, municipio de Tarazá .................................................................................................................................. 3-6 Foto 5-1 Vista del cauce del río Man, sector Santa Clara municipio de Tarazá ............................. 5-17

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1

INTRODUCCIÓN

El presente estudio comprende el análisis hidrológico e hidraúlico del río Man en el sector Santa Clara del municipio de Tarazá, como análisis previo para el diseño y construcción de un puente proyectado sobre el río Man (Foto 3-1). En este estudio se presenta el análisis de eventos extremos (caudales máximos) asociados a distintos períodos de recurrencia para la cuenca del río Man. Dicho análisis se realiza mediante la aplicación del modelo racional probabilístico. Se utiliza este tipo de modelación de caudales, debido a que estas cuencas no se encuentran instrumentada, es decir, no poseen estaciones de registro de caudales y por tanto se recurre a este tipo de metodologías para la estimación de caudales extremos. Inicialmente se presenta el marco teórico del método racional probabilístico y luego se muestran los resultados de los eventos extremos de la cuenca analizada. Se estudió el regímen hidrológico del río Man y se encontró que las crecientes extremas para periodos de retorno entre los 2.33 y 100 años varían en promedio entre 594 y 1654 m3/s. En la segunda parte del informe (Capítulo 5) se presenta la modelación de los niveles máximos asociados a los caudales extremos del tramo de estudio del río Man, en el sector Santa Clara del municipio de Tarazá. La simulación de los niveles se llevó a cabo con el programa HEC-RAS 4.1 Los resultados hidráulicos de la modelaciones en HEC-RAS 4.1 muestran que el puente proyectado sobre el río Man tienen capacidad hidráulica suficiente para evacuar las crecientes entre 2.33 y 50 años de periodo de retorno.

2

ALCANCES

Este informe tiene como objetivo realizar el estudio hidrológico e hidráulico de la cuenca del río Man en el municipio de Tarazá, Departamento de Antioquia.

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LOCALIZACIÓN

En la Figura 3-1 se muestra la localización del puente sobre el río Man y el puento de estimación de caudales máximos en el municipio de Tarazá, Departamento de Antioquia.

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Foto 3-1 Sitio de construcción del puente proyectado sobre río Man, sector Santa Clara, municipio de Tarazá Fuente: Elaboración propia, 2015.

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Localización Puente

Río Man

Figura 3-1 Localización puente sobre río man, Sector Santa Clara Fuente: Modificado de Google Earth, 2015

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ANÁLISIS HIDROLÓGICO

En el presente numeral se analizan los parámetros morfométricos de la cuenca del río Man, las intensidades de la tormenta de diseño, los números de curva y los coeficientes de escorrentía de la misma cuenca, para finalmente determinar los caudales máximos del río Man por el método racional probabilístico asociados a distintos periodos de retorno.

4.1 HIDROGRAFÍA El río Man nace en el pie de monte de la serranía de Ayapel, en jurisdicción del Municipio de Tarazá, a 725 msnm; sus principales afluentes son: las quebradas Maquencal, las Mellizas, Alto del Pollo, Lamedero, los Hoyos, la Ciénaga, la Económica, la Peña, Quebradona I, Ajonjolí, Mojapata, Tres Palos, Samaná, Agua fría, el Cedro, la Vaca, Pital, la Raya, Siete vueltas, la Asonada, Danta, la Clarita, Achizales, las Monas, San Clemente, Quebradona II, las Pavas, Ariza, Pilones, la Arena, las Cañadas, el Recreo, Braman, Cachucha, Severa y Mandinga. En épocas de invierno, las aguas del río Man se mezclan con las provenientes de la ciénaga Colombia. La cuenca del río Man se encuentra ubicada en jurisdicción de los municipios de Cáceres. Tarazá y Caucasia, abarcando una extensión total de 677,30 Km2. y recorre 91,60 km en dirección noreste, para desembocar en el río Cauca a una altura aproximada de 50 msnm. Dentro de su cuenca se asientan pequeños centros nucleados como los corregimientos de La Caucana, Manizales y Santa Rosita, encontrándose su desembocadura muy cerca del área urbana de la población, a un costado del aeropuerto municipal de Caucasia (Corantioaquia, 2006).

4.2 PARAMETROS MORFOMÉTRICOS Los parámetros morfométricos más relevantes de las cuencas de estudio, para la estimación de eventos extremos (caudales máximos) se anotan en la Tabla 4—1. Estos parámetros se usan para calcular el tiempo de concentración con el cual se estimarán las características de la lluvia de diseño. Tabla 4—1. Parámetros morfométricos cuenca del río Man. Parámetro

Valor 677 200 725 50 91.6 2.6 130 1.47

Área (km²) Perímetro (km) Cota mayor Cota menor Longitud del cauce principal (Km) Pendiente cauce principal (%) Longitud de corrientes (Km) Longitud al centroide (Km) Fuente: Elaboración propia, 2015.

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4.3 TORMENTA DE DISEÑO La lluvia de diseño o tormenta de diseño se define con base en tres magnitudes: duración, profundidad (o intensidad) y frecuencia. La duración de la tormenta de diseño se estima a partir del tiempo de concentración, la intensidad a partir de los registros de precipitación máxima en 24 horas de la estación o estaciones seleccionadas y la frecuencia corresponde a los períodos de recurrencia que generalmente varían entre 2,33 a 100 años de período de retorno. La curva de intensidad-Frecuencia-Duración (curva IDF) agrupa estas tres variables y se obtiene a partir de registros de precipitación de una estación. Existen numerosas metodologías para estimar esta curva, ya sea con los registros diarios de precipitación o registros de precipitación máxima en 24 horas de una estación. Estos períodos de retorno grandes (50 y 100 años) se usan para grandes obras de ingeniería o aquellas obras que representen un riesgo grande. La vida útil de la obra está directamente relacionada con el riesgo que se quiere asumir y éste con el período de retorno. A continuación se describen los métodos para estimar la duración de la tormenta de diseño de las áreas de drenaje.

4.3.1 DURACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN La duración de la lluvia de diseño se toma igual al tiempo de concentración, Tc, de la cuenca. Tc es el tiempo que tarda una gota de agua en llegar a la salida de la cuenca (parte más baja) después de haber iniciado su viaje en el punto más alto de la divisoria. Existen numerosas expresiones para determinar el tiempo de concentración, desarrolladas en países con clima y morfología totalmente diferente a la de Colombia. Las expresiones empleadas en el presente estudio se presentan a continuación: 

TÉMEZ (1948)

Tc = 0,3(L/S*0,25)0,75 Donde L [km] es la longitud del cauce principal; S*[%], la diferencia de cotas entre los puntos extremos (divisoria y salida de la cuenca) dividida por L. 

VENTURA-HERAS

Tc = 0,3(L/S00,25)0,75 Donde, L [km], S0 [%] es la pendiente del cauce. 

BRANSBY_WILLIAMS (1968)

Tc = FL/A0,1So0,3 Donde, L [km] es la longitud del cauce principal; A [km²], Área de la cuenca; F= 58.5 si el área esta dada en kilómetros cuadrados; S0 [m/km] pendiente del canal. 

KIRPICH 2 (1990)

Tc=0,066(L/So0,5)0,77

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Donde, L [km] es la longitud desde la estación de aforo hasta la divisoria siguiendo el cauce principal. S0 [m/m] es la diferencia de cotas entre los puntos extremos de la corriente. 

JONSTONE CROSS (1990) Tc=5(L/So)0,5

Donde, L [km] es la longitud desde la estación de aforo hasta la divisoria siguiendo el cauce principal. S0 [m/m] es la diferencia de cotas entre los puntos extremos de la corriente. En la Tabla 4—2 se muestran los tiempos de concentración calculados para las cuencas de las quebradas de estudio. Tabla 4—2. Tiempos de concentración, Tc (min) para la cuenca de estudio. Formula Kirpich 2 Ventura-Heras Bransby-Williams Johnstone Promedio

Valor 814.7 445.5 328.6 362.6 448

Fuente: Elaboración propia, 2014.

Se elige Tc = al promedio de los valores calculados por la diferentes metodologías; y este es el valor seleccionado para la duración de la tormenta de diseño.

4.3.2 CURVA INTENSIDAD –FRECUENCIA-DURACIÓN Las curvas Intensidad-Frecuencia-Duración, es una herramientas importante para el diseño hidrológico de caudales máximos, especialmente cuando se utilizan modelos lluvia-escorrentía (hidrogramas unitarios y el método racional), además de esto, muestran el comportamiento de las intensidad de las tormentas en las áreas de influencia de las estaciones de registro de precipitación. Para este estudio, no se dispone de una curva IDF para la zona de estudio por tanto se utiliza la ecuación de regionalización de curvas IDF para el departamento de Antioquia, propuesto por el Departamento de Antioquia (1997). Las ecuaciones de regionalización de las curvas IDF tienen la siguiente forma:

i

k TRm

(1)

c  d n

Donde, K, m, c, n son los parámetros de regionalización i= intensidad de la precipitación en mm/h TR = Periodo de retorno en años d = duración de la precipitación en min Versión: 1.0

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Deacuerdo con Departamento de Antioquia (1997), para la zona de Taraza, los parámetros K, m, c, n son en su orden: 1302, 0.12, 0.25 y 0.755. En la Tabla 4—3 se presentan las intensidades de la precipitación para la tormenta de diseño del río Man. Tabla 4—3. Intensidades de precipitación para varios periodos de retorno. TR 2.33 5 10 25 50 100

Valor 14.3 15.7 17.1 19.1 20.7 22.5


4.4 COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA El coeficiente de escorrentía, C, es función del tipo de suelo, del grado de permeabilidad de la zona, de la pendiente del terreno y otros factores que determinan la fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía (RAS-200, Título D). Para la estimación de C existen tablas de valores y fórmulas, algunas de las cuales se presentan en la Tabla 4—4 como guía para su selección.

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Tabla 4—4. Coeficientes de escorrentía según Ven Te Chow (1994).

Fuente: Ven te Chow et al, 1994.

Para el caso de estudio, se selecciona los respectivos coeficientes para Bosques planos con una pendiente entre el 0 y el 2%. Véase Tabla 4—5. Coeficientes de escorrentía seleccionados. TR

Valor

2.33

0.22

5

0.25

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TR

Valor

10

0.28

25

0.31

50

0.35

100

0.39


4.5 MÉTODO RACIONAL PROBABILÍSTICO El método racional probabilístico es una metodología que transforma la precipitación en escorrentía. Puede ser útil para estimar caudales máximos de escorrentía en áreas abiertas como parqueaderos, terrazas finales de explotación minera o depósitos de material de excavación. Éste método asume que toda la precipitación se transforma en escorrentía superficial directa y es muy utilizado en áreas de drenaje menores a 10 km2, en donde, la hipótesis de precipitación uniforme en la cuenca o área de drenaje puede ser válida, además que considera la duración de la precipitación igual al tiempo de concentración. De esta forma, el caudal puede estimarse utilizando la siguiente expresión: Q = 2.78 CIA Donde, Q es el caudal máximo de aguas lluvias (l/s), intensidad de la lluvia de diseño (mm) y

es el coeficiente de escorrentía,

es la

es el área a drenar (ha).

En la Tabla 4—6 se presentan los caudales máximos de la cuenca del río Man, obtenidos por el método racional probabilístico. Tabla 4—6. Caudales máximo de drenaje pluvial obtenidos por el método racional probabilístico. Periodo de retorno (Años)

Caudal (l/s)

Caudal (m3/s)

2.33

594,090

594

5

739,883

740

10

900,543

901

25

1,112,913

1,113

50

1,365,498

1,365

100

1,653,527

1,654


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ANÁLISIS HIDRÁULICO

Los caudales máximos asociados a distintos periodos de retorno estimados en el análisis hidrológico (Tabla 4—6), son ahora empleados para simular los niveles máximos en las secciones transversales para un tramo de la corriente de análisis. La simulación de los niveles se llevó a cabo con el programa HEC-RAS 4.1 El modelo HEC-RAS 4.1 “River Analysis System” fue desarrollado por el U.S. Army Corps of Engineers. El programa simula condiciones de régimen permanente y no permanente para flujo unidimensional en redes de drenajes naturales y artificiales. El procedimiento básico computacional del software esta basado en la solución numérica de la ecuación de energía unidimensional, las perdidas de energía son evaluadas a partir de ecuaciones de coeficientes de rugosidad del lecho (número de Manning) y a partir de coeficientes de contracción y expansión del flujo (coeficientes que se multiplican al cambio en la cabeza de velocidad). La ecuación de momentum es empleada en situaciones donde el perfil de la lamina de agua esta relacionada a un flujo rápidamente variable. Esas situaciones incluyen: régimen de flujo mixto (resaltos hidráulicos), flujo a través de puentes y comportamiento hidráulico del flujo en confluencias.

5.1 ECUACIONES GENERALES DE LA HIDRODINÁMICA (HEC-RAS) Los perfiles de la superficie del agua son estimados entre secciones resolviendo la ecuación de energía con un procedimiento iterativo denominado “Standard Step Method”. La ecuación de la energía se presenta a continuación (1) Donde; Z1, Z2 son las cotas del fondo del lecho entre secciones Y1, Y2 es la profundidad del agua en las secciones transversales V1, V2 son las velocidades promedio en las secciones a1, a2 son coeficientes de peso para las velocidades g es la aceleración de la gravedad he es la cabeza de perdidas de energía La cabeza de perdidas de energía (he) entre dos secciones, comprende las perdidas por fricción y perdidas por contración y expansión. La ecuación para la cabeza de perdidas de energía se muestra a continuación: (2)

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Donde, L es el caudal ponderado para el tramo entre secciones Sf es la pendiente de friccion representativa entre dos secciones C es el coeficiente de pérdida por expansión o contracción El caudal ponderado para el tramo entre secciones, L, es calculado como: (3) Donde, Llob, Lch, Lrob son las longitudes entre secciones por el centro, margen izquierda y margen derecha, respectivamente. Qlob, Qch, Qrob son los promedios aritméticos de los caudales por el centro del cauce y en ambas orillas (izquierda y derecha).

5.1.1 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Las pérdidas por fricción son evaluadas en HEC-RAS como el producto de Sf y L, donde Sf es la pendiente de fricción representativa para un tramo y L está definido por la ecuación 3. La pendiente por fricción o friccional (pendiente de la línea de energía) en cada sección transversal es calculada de la ecuación de Manning de la siguiente manera: (4) Donde K es la “conveyancia” total de la sección transversal.

5.2 LOCALIZACIÓN DEL TRAMO DE ESTUDIO La simulación de los niveles máximos para el sector de estudio, comprende un tramo de 60 m de longitud sobre el río Man en el sitio de construcción del nuevo puente (Figura 5-1). Se utilizaron las 5 secciones transversales en cada tramo de estudio. Se consideran que estas secciones son suficientes para conocer el comportamiento hidráulico de los caudales a su paso por el puente y en los tramos aguas arriba y aguas abajo de los mismos.

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Figura 5-1 Levantamiento altiplanimétrico puente sobre río Man, Sector Santa Clara Fuente: Administración municipal, 2015

En el Anexo 1 (copia electrónica) se presentan los levantamientos topográficos del tramo de estudio.

5.3 DATOS DE ENTRADA AL MODELO Para la simulación de los niveles máximos en régimen permanente, el modelo requiere la geometría del cauce (secciones transversales), los caudales de diseño para simular los niveles máximos y las condiciones iniciales y de frontera. Las secciones transversales amarradas altimétricamente se introducen al modelo HEC-RAS de izquierda a derecha; es decir, en el sentido del flujo; para el tramo de estudio se utilizaron 5 secciones transversales espaciadas cada 15 m. Otros parámetros de entrada requeridos por el modelo son: Versión: 1.0

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

Las distancias entre secciones consecutivas, medidas por la línea central y por cada margen, para dar cuenta implícitamente del alineamiento del canal (secciones separadas cada 15 m).



La rugosidad en el lecho y en cada uno de los taludes que conforman las bancas se utilizó una rugosidad de 0.025 para el lecho y para las bancas de 0.03 de acuerdo a los valores propuestos por el Modelo HEC-RAS para este tipo de corrientes (USACE, 2010) y de la Foto 5-1.

Foto 5-1 Vista del cauce del río Man, sector Santa Clara municipio de Tarazá 

Fuente: Elaboración propia, 2015. Las condiciones de frontera pueden expresarse mediante el valor de la pendiente del lecho entre las dos primeras secciones a la entrada del tramo a simular (condición de frontera aguas arriba) y entre las dos últimas del mismo tramo (condición de frontera aguas abajo). Para el río Man en el tramo de estudio, este valor corresponde a 0.013 para el extremo de aguas arriba y de 0.035 para el extremo de aguas abajo. Versión: 1.0

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

Los caudales de diseño simulados se presentaron en la Tabla 4—6.



Las secciones por el respectivo puente proyectado sobre la corriente analizada. Véase Figura 5-3.



Inicialmente se asume un régimen de flujo mixto para verificar el número de Froude de la simulación. Se encontró que el régimen es subcrítico y se fijó este régimen para las siguientes simulaciones. Los coeficientes de corrección por contracción y expansión de las secciones transversales se asumieron por defecto en 0.1 y 0.3 para el tramo simulado.

5.4 RESULTADOS MODELACIÓN HIDRÁULICA (ESCENARIO SIN PUENTE) A continuación se presentan los resultados de la modelación hidráulica de los niveles de las crecientes asociados a distintos periodos de retorno para el escenario sin puente. En la Figura 5-2 se presenta el perfil hidráulico del tramo de estudio del río Man en el sector Santa Clara. Del perfil hidráulico, se observa que para cada creciente extrema simulada el flujo tiene un comportamiento uniforme en todo el tramo analizado. En la Tabla 5—1 se presentan los resultados de la simulación hidráulica para la creciente de 100 años de periodo de retorno para el tramo de estudio del río Man. En este análisis se presentan los resultados para la creciente de 100 años de periodo de retorno, por ser esta la más crítica en términos hidráulicos. En el Anexo 2 se muestran los resultados de la modelación hidráulica para los demás periodos de retorno del Escenario Sin puente (Condiciones Naturales).

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Página 5-18



Figura 5-2 Perfil hidráulico tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario sin puente) Fuente: Elaboración propia, 2015.

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Tabla 5—1. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 100 años de periodode retorno, Escenario sin puente. Sección

Cota Fondo Nivel agua Velocidad (m) (m) media (m/s)

Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude

Potencia (N/m s)

Esfuerzo Cortante (N/m²)

0+00

96.87

104.69

3.03

730.76

150.00

0.37

46.17

20.40

0+15

96.95

104.10

4.74

481.63

150.00

0.62

143.60

41.81

0+30

97.04

103.61

5.67

399.93

150.00

0.79

238.45

57.66

0+45

97.15

103.18

6.22

346.77

150.00

0.94

364.96

76.52

0+60

96.14

103.01

6.72

345.42

150.00

1.00

418.39

87.38


En la Figura 5-3 se muestran las secciones transversales con los niveles simulados para los distintos caudales máximos analizados.

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Figura 5-3 Secciones transversales con los niveles máximos modelados en el tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario sin puente) Fuente: Elaboración propia, 2015.

5.4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS (ESCENARIO SIN PUENTE) De la Tabla 5—1 y Figura 5-3 se observa que las crecientes con periodo de retorno de 2.33 años y superiores, desbordan sobre ambas orillas anegando las llanuras de inundación, especialmente sobre la orilla derecha pues esta es 2 metros mas baja que la orilla izquierda. En general, el flujo es subcrítico y en condiciones naturales (escenario sin puente), las crecientes descienden por el cauce de manera uniforme sin resaltos hidráulicos.

5.5 RESULTADOS MODELACIÓN HIDRÁULICA (ESCENARIO CON PUENTE) Este escenario con puente involucra la modelación del tramo del río Man con dicha estructura proyectada en la sección 0+030 y la evaluación de la capacidad hidraúlica del mismo ante este futuro escenario. En la Figura 5-4 se muestra el pruente colgante proyectado en la sección 0+030. A continuación se presentan los resultados de la modelación hidráulica de los niveles de las crecientes asociados a distintos periodos de retorno para el escenario sin puente. En la Figura 5-5 se presenta el perfil hidráulico del tramo de estudio del río Man en el sector Santa Clara para el escenario con puente. Del perfil hidráulico, se observa que para cada creciente extrema simulada el flujo tiene un comportamiento uniforme en todo el tramo analizado y que este tiene capacidad hidráulica para evacuar crecientes menores a 50 años de periodo de retorno. En la Tabla 5—2 se presentan los resultados de la simulación hidráulica para la creciente de 100 años de periodo de retorno para el tramo de estudio del río Man en el escenario con puente. En este análisis se presentan los resultados para la creciente de 100 años de periodo de retorno, por ser esta la más crítica en términos hidráulicos.

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Figura 5-4 Esquema del puente proyectado sobre el río Man, Sector Santa Clara Fuente: Elaboración propia, 2015.

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Figura 5-5 Perfil hidráulico tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario con puente) Fuente: Elaboración propia, 2015.

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Aprobó: LDUR

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En el Anexo 3 se muestran los resultados de la modelación hidráulica para los demás periodos de retorno del Escenario con puente. Tabla 5—2. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 100 años de periodode retorno, Escenario con puente. Potencia (N/m s)


106.02 0.013019

10.11

201.32

103.59

105.11 0.002336

6.83

335.94

102.50

103.69

106.01 0.004776

8.76

236.71

97.15

102.30

103.49

105.90 0.009419

8.83

219.80

96.14

102.40

103.42

105.67 0.008381

8.83

253.81

Sección

Cota Fondo (m)

Nivel agua (m)

Velocidad media (m/s)

Área (m²)

0+00

1654.00

96.87

101.16

102.52

0+15

1654.00

96.95

103.13

Puente

Bridge

0+30

1654.00

97.04

0+45

1654.00

0+60

1654.00

Ancho (m)

No. Froude


En la Figura 5-6 se muestran las secciones transversales con los niveles simulados para los distintos caudales máximos analizados en el escenario con puente.

Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 5-25



Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 5-26



Figura 5-6 Secciones transversales con los niveles máximos modelados en el tramo puente sobre río Man, Sector Santa Clara (Escenario con puente) Fuente: Elaboración propia, 2015.

5.5.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS (ESCENARIO SIN PUENTE) De la Tabla 5—1 y Figura 5-6 se observa que el puente tiene capacidad suficiente para evacuar las crecientes hasta el periodo de retorno de 50 años. Durante los eventos superiores a este, es decir, crecientes de 100 años de periodo de retorno, se presentarían inundaciones sobre ambas orillas del río Man, incluyendo los accesos al puente. Como era de esperarse, la presencia de la estructura del puente acelera ligeramente el flujo aguas abajo, reduciendo los niveles de las crecientes, especialmente sobre la orilla izquierda.

6

CONCLUSIONES

Una vez analizado el régimen hidrológico del río Man en el sector de estudio, determinado los valores de las crecientes máximas y realizado el modelo hidráulico para esas crecientes bajos dos escenarios de modelación (condiciones naturales y Con puente), se concluye que el puente colgante proyectado sobre el río Man en el sector Santa Clara tiene capacidad hidráulica suficiente para evacuar crecientes iguales o menores para periodos de retorno de 50 años, es decir, el periodo de retorno de diseño del puente es el correspondiente a la creciente de 50 años. Durante crecientes de periodo de retorno mayor a 50 años, los accesos del puente asi como la llanura aluvial sobre ambas orillas permanecerían anegadas mientras bajan los niveles de tal inundación. Es recomendable que el puente nuevo se proyecte para que este por lo menos en la cota 103.25, es decir 1.25m por encima de la ubicación actual del estribo izquierdo -ver plano topográfico-.

Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 6-27



Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 6-28



7

BIBLIOGRAFÍA 

Corantioquia, 2006. Plan maestro de acueducto y alcantarillado de Caucasia.



Departamento de Antioquia. 1997. Hidrología de Antioquia.



Norma RAS-200. Título D

Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 7-29



8

ANEXOS

Anexo 1 Levantamientos altiplanimétricos del tramo de estudio

Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 8-30



Anexo 2 Resultados de la modelación hidráulica para los demás periodos de retorno del Escenario Sin puente (Condiciones Naturales)

Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 8-31



Tabla 8—1. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 2.33 años de periodode retorno, Escenario sin puente. Sección

Cota Fondo Nivel agua (m) (m)

Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

102.65

10.79

1.91

423.62

150.00

0.28

7.70

0+15

96.95

102.32

56.05

3.10

233.86

95.39

0.48

22.07

0+30

97.04

102.17

79.41

3.46

205.41

92.74

0.56

27.46

0+45

97.15

102.17

82.62

3.34

207.47

96.31

0.57

28.86

0+60

96.14

101.69

152.25

4.46

162.44

99.03

0.77

41.64




Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

103.03

2.10

480.67

150.00

0.29

14.56

9.46

0+15

96.95

102.62

3.48

262.49

98.74

0.53

77.72

27.57

0+30

97.04

102.41

3.93

228.35

96.25

0.62

113.48

35.02

0+45

97.15

102.42

3.78

232.27

150.00

0.63

77.97

24.47

0+60

96.14

102.14

4.48

214.55

150.00

0.74

111.43

32.31




Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

103.38

2.29

534.04

150.00

0.31

19.32

11.45

0+15

96.95

102.87

3.89

298.02

150.00

0.57

72.59

24.01

0+30

97.04

102.50

4.63

237.23

98.44

0.72

182.00

47.92

0+45

97.15

102.53

4.39

249.45

150.00

0.72

123.04

34.07

0+60

96.14

102.47

4.67

263.14

150.00

0.74

131.28

38.34


Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 8-32





Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

103.85

2.49

603.62

150.00

0.32

25.25

13.69

0+15

96.95

103.34

4.07

368.20

150.00

0.57

86.12

28.49

0+30

97.04

102.82

5.10

280.94

150.00

0.77

162.82

41.10

0+45

97.15

102.48

5.53

241.95

150.00

0.91

245.99

53.48

0+60

96.14

102.51

5.65

269.86

150.00

0.89

233.67

56.66




Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

104.27

2.75

667.53

150.00

0.34

34.29

16.77

0+15

96.95

103.73

4.39

426.07

150.00

0.59

111.11

34.68

0+30

97.04

103.23

5.34

343.38

150.00

0.77

194.10

48.83

0+45

97.15

102.85

5.86

296.19

150.00

0.92

297.79

64.62

0+60

96.14

102.74

6.24

304.31

150.00

0.95

324.05

72.24


Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 8-33



Anexo 3 Resultados de la modelación hidráulica para los demás periodos de retorno del Escenario con puente

Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 8-34



Tabla 8—6. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 2.33 años de periodode retorno, Escenario con puente. Sección


Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

99.50

7.27

81.69

39.32

1.61

1866.65

256.71

0+15

96.95

101.25

4.77

137.33

87.17

0.85

133.26

30.81

Bridge 0+30

97.04

101.13

5.14

121.96

51.95

0.94

274.48

56.35

0+45

97.15

101.48

4.51

143.65

88.88

0.84

207.90

50.28

0+60

96.14

101.72

4.39

165.57

99.13

0.76

146.20

40.75


Tabla 8—7. Resultados modelo hidráulico para la creciente de 5 años de periodode retorno, Escenario con puente. Sección


Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

99.82

7.83

94.49

40.58

1.64

2247.45

286.97

0+15

96.95

101.72

4.94

178.40

88.26

0.83

151.38

36.50

Bridge 0+30

97.04

101.68

5.29

160.99

90.16

0.91

177.43

38.60

0+45

97.15

101.81

4.84

173.78

90.79

0.87

264.55

62.13

0+60

96.14

102.14

4.48

214.55

150.00

0.74

111.43

32.31




Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

100.14

8.36

107.75

41.84

1.66

2647.67

316.64

0+15

96.95 Bridge

102.10

5.23

212.94

92.67

0.84

171.66

40.57

0+30

97.04

101.74

6.28

166.96

90.34

1.07

297.63

55.15

0+45

97.15

101.65

6.32

159.46

89.89

1.16

581.00

102.82

0+60

96.14

102.47

4.67

263.14

150.00

0.74

131.28

38.34

Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 8-35






Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

100.53

8.96

124.25

43.36

1.69

3144.39

351.03

0+15

96.95 Bridge

102.54

5.56

254.84

97.86

0.85

197.26

45.17

0+30

97.04

101.94

7.19

184.95

90.90

1.20

452.04

75.12

0+45

97.15

101.82

7.23

175.01

90.86

1.31

885.38

139.22

0+60

96.14

102.21

6.52

225.13

150.00

1.06

345.07

69.80




Potencia (N/m s)


Área (m²)

Ancho (m)

No. Froude


0+00

96.87

100.88

9.55

159.31

150.00

1.72

1143.80

133.49

0+15

96.95 Bridge

102.73

6.43

276.53

150.00

0.96

201.20

40.76

0+30

97.04

102.18

8.08

206.43

92.90

1.31

633.98

95.88

0+45

97.15

102.03

8.13

193.83

94.10

1.43

1221.90

173.51

0+60

96.14

102.25

7.83

231.49

150.00

1.27

601.57

102.02


Versión: 1.0

Aprobó: LDUR

Página 8-36


Estudio Hidrologico-Hidráulico Río Man-Taraza

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