Estudio Hidrologico Quebrada La Moscav4

SOCODA - INTERPLAST ESTUDIO HIDROLÓGICO-HIDRAÚLICO DE LA CUENCA MEDIA DE LA QUEBRADA LA MOSCA VEREDA TOLDAS MUNICIPIO DE GUARNE

LUIS FERNANDO QUINTERO LÓPEZ Ingeniero Geólogo – U. Nacional de Colombia Colombia Ms. en Hidrología Ms. en Ingeniería de Riegos

MEDELLIN, NOVIEMBRE DE 2013

TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN

1

2. FISIOGRAFÍA DE LA CUENCA Y PRECIPITACIÓN PRECIPIT ACIÓN NETA

2

2.1. Parámetros Morfométricos De La Cuenca

2

2.2. Cálculo Del Tiempo De Concentración

3

2.3. Estaciones de Referencia

4

2.4. Cálculo del Hietograma de Diseño

8

3. CÁLCULO HIDROLÓGICO

11

3.1. Método De Williams Y Hann

11

3.1.1. Cálculo De Caudales Máximos A Partir Del Hidrograma Unitario De William & Hann. 15

3.2. Método De University Soil Conservation Service (Scs) 3.2.1. Cálculo Del Número De Curva (Cn). 3.2.2. Obtención Del Hidrograma Unitario Para Una Lluvia De Duración Igual A La Lluvia Efectiva (Según SCS). 3.2.3. Cálculo De La Precipitación Efectiva.

15 15 18 21

3.3. Método De Snyder

21

3.4. Método Racional

26

4. RESUMEN DE RESULTADOS HIDROLÓGICOS

27

4.1. Caudal Escogido

27

5. ESTUDIO HIDRAÚLICO

28

5.1. EVOLUCION DEL CAUCE NATURAL DE LA QUEBRADA LA MOSCA

28

5.2. ESTADO Y CARACTERISTICAS DEL PUENTE

36

5.3. CALCULO HIDRÁULICO EN CAUCE NATURAL (ACTUAL)

38

5.4. DESCRIPCIÓN DEL TRAMO EVALUADO

39

5.5. CONDICIONES LÍMITE PARA LA MODELACIÓN

43

5.6. GEOMETRIA DE LAS SECCIONES

44

5.7. MODELACIONES

44

5.8. ANÁLISIS ACERCA DEL COMPORTAMIENTO DEL RÉGIMEN DE FLUJO DE LA CORRIENTE EN EL SECTOR MODELADO 47

6.

PROPUESTA DE RECTIFIACION DE CAUCE

49

6.1.

RECUPERACION DEL CAUCE DE LA QUEBRADA LA MOSCA

49

6.2.

SECCION TIPO PARA EL TRAMO A RECTIFICAR.

50

6.2.1. Diagnóstico Hidráulico

6.3.

51

MODELACION HIDRAULICA DEL TRAMO A RECTIFICAR 52

6.3.1. Tablas de Resultados de la Simulación.

64

6.4. ANÁLISIS ACERCA DEL COMPORTAMIENTO DEL RÉGIMEN DE FLUJO DE LA CORRIENTE EN EL SECTOR MODELADO 65 6.5.

Soporte Digital de los Cálculos Realizados.

65

7. CONCLUSIONES. CONCLUSIONES.

66

ANEXOS

68

LQ

LUIS QUINTERO Ing. Geólogo - Hidrólogo

1

1. INTRODUCCIÓN El presente estudio hidrológico e hidráulico de la cuenca media de la Quebrada La Mosca en la Vereda Toldas del Municipio de Guarne, se realiza para determinar su dinámica fluvial con respecto a la variación de cauce que viene presentando en un trayecto de unos 200 metros, y que afecta los predios en margen derecha e izquierda de las las empresas INTERPLAST INTERPLAST y SOCODA respectivamente. De dicho estudio, se pretende definir las causas que originan la modificación del cauce y mediante la modelación hidráulica determinar las condiciones de sección hidráulica, velocidad de la corriente, numero de Froude para definir una nueva sección hidráulica, con la misma trayectoria a la que existía antes de que se presentaran los eventos actuales, mediante la conformación de unas orillas en margen derecha e izquierda que se realizaran en llantas recicladas que evitaran la erosión que actualmente se presenta, permitiendo conservar la línea cauce diseñada y que existía anteriormente. Para la determinación de las causas que originaron la modificación de cauce, se trabajaron las fotografías aéreas del google earth de los años 2005, 2006, 2010, 2011 y 2013. A partir de su georeferenciacion, se reconstruyo igualmente el cauce que existía antes de la desviación actual y que ha sufrido variaciones por la erosión de orillas que se viene presentando. Para el estudio hidrológico del Quebrada La Mosca en el Municipio de Guarne, se considera como punto de control el puente de ingreso a la vereda Toldas por el retorno 9 de la autopista Medellín, Bogotá y que queda contiguo a TINTORIENTE SA, pues se pretende determinar el comportamiento hidrológico de la quebrada ante un evento torrencial, la capacidad hidráulica del cauce actual y su influencia en el área del recorrido de unos 200 metros aguas arriba. Este punto de control está ubicado en las coordenadas:

Este: 854.023

Norte: 1´180.242

Cota: 2.090 msnm

Con el fin de determinar los parámetros morfométricos, se trabajó la plancha cartográficas 147, en escala 1: 100.000 del Instituto geográfico Agustín Codazzi IGAC, mediante el uso de Cad, dibujando la divisoria de aguas, y la red de drenaje principal, tal como se observa en el plano 1. Se emplearon además el uso de SIG (sistemas de información geográfico), tanto vectorial como raster, con el fin de determinar los parámetros morfométricos de la cuenca.

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2

2. FISIOGRAFÍA DE LA CUENCA Y PRECIPITACIÓN NETA 2.1. Parámetros Morfométricos De La Cuenca Para el cálculo de los parámetros morfometricos, se utilizó la plancha 147 del IGAC a escala 1: 100.000, de la que se delimito la cuenca de la quebrada la mosca y se trazaron los drenajes hasta el punto de control ubicado en el puente cercano a TINTORIENTE, de la vía que accede a la vereda Toldas en el municipio de Guarne. Los parámetros morfométricos de la cuenca (Tabla N.1.) fueron calculados mediante el SIG MapMaker, a partir de la cartografía existente.

Plano N.1. Ubicación geográfica del puente Toldas con respecto a la cuenca de la quebrada La Mosca.

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3 Tabla N.1. Parámetros morfométricos del Quebrada La Mosca hasta el punto de control (puente La Pica), con coordenadas planas 847.639 E, 1 ’168.150 N

Area de drenaje Longitud Cauce principal Longitud río hasta la divisoria Pendiente cauce principal Pendiente cuenca Cota mayor cuenca Cota menor cuenca Cota mayor río Cota menor río

km² km

126.86

km %

16.7

% m m m m

3.33

15.366

2.19 2700 2144 2480 2144

2.2. Cálculo Del Tiempo De Concentración Los tiempos de concentración se calcularon por los métodos de SCS - Ranser, Kirpich, Témez, Giandiotti, utilizando los parámetros morfométricos. Los resultados se muestran en la tabla N.2. TABLA N.2. Tiempos de Concentración

METODO DE CALCULO Scs-Ranser California Higways and public Kirpich Témez Giandiotti Johnstone Ven Te Chow

HORAS

MINUTOS

1.13 1.95 2.36 2.06 4.64 5.01 1.88

68.06 117.08 141.98 123.74 278.64 301.02 112.71

Para la elección del tiempo de concentración se calculó el promedio de los valores medios, por lo que fueron descartados SCS Ranser, Giandiotti y Johnston. El resultado obtenido fue de 163.32 minutos (2.72 horas), que se establece como el tiempo de concentración para esta cuenca. Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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4

2.3. Estaciones de Referencia Para determinar las precipitaciones que ocurren en la cuenca, se identificaron las estaciones pluviométricas que se encuentran en su área de influencia como son: El convento, la Mosca, Chorrillos, la severa, Planta Villa Hermosa, La Severa, Vasconia y Rionegro La Macarena. Por el tamaño de la cuenca, los polígonos de Thiessen, nos muestran la influencia de las estaciones La Mosca (22%), La Severa (50%), Chorrillos (2.8%), San Vicente (8.7%), y Vasconia (16.7%) a nivel pluviográfico, suficiente para su cálculo. En el Plano N.2, se muestra como las estaciones y su influencia en la cuenca del Quebrada La Mosca en el Municipio de Guarne.

Plano N.2. Influencia de Estaciones Pluviográficas y Polígonos de Thiessen Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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5 La intensidad de precipitación pluvial para el cálculo del hietograma de diseño de acuerdo al tiempo de concentración de la cuenca, es la correspondiente a las Estaciones La Mosca, La Severa, Chorrillos, San Vicente, y Vasconia, estaciones pertenecientes a Empresas Públicas de Medellín. En la tabla 2A, se encuentra la ubicación geográfica de las estaciones y su precipitación media anual. TABLA N.2A. Estaciones Pluviométricas.

COORDENADAS

ESTACION X

Y

PRECIPITACION MEDIA ANUAL (mm)

Chorrillos

842280

1188220

1723.7

La Mosca

847000

1189300

1851.2

La Severa

847700

1184120

1781.8

San Vicente

861490

1186130

2173.3

Vasconia

844895

1178000

2182.6

La Macarena

859185

1172724

1888.6

En la tabla 2b, se relaciona la distribución de precipitación en cada estación. Tabla 2b. Distribución de la precipitación en las estaciones que aportan a la cuenca de la quebrada La Mosca. Enero Febr

Marzo Abril

Mayo Junio Julio

Agos

Sept

Oct

Nov

205.3 225.1 159.8 143.3 159.4 194.2 248.3 184.7

Dic

La mosca

53.7

71.5

110.5

Chorrillos

52.4

75.6

107.9 192.6 217.4 143.6 118.6 146.9 180.8 226.8 165.1

La Macarena

54.3

71.6

108.3

San Vicente

61.2

89.3

124.9 241.6 264.9 195.4 171.1

198

239.2 287.9 201.6 98.2

La Severa

53.4

76.6

114.1

149

179.8 230.6 190.3 109.2

Vasconia

76.4

104.3 143.9 233.5

182.7 230.5 181.2

170

187.7 210.7 152.1 128.3 259

178

192.5 212.1 226.6 171.5

149.6 177.9 212.8 282.9 227.3


95.4 96 87.3

137

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6

De la tabla 2b, se observa una distribución de precipitación y media anual similar en las estaciones La Mosca - La Macarena, Chorrillos – La Severa, y San Vicente – Vasconia, relación esta que nos servirá para relacionar igualmente las curvas intensidad duración frecuencia (IDF), a utilizar, ya que las estaciones La Mosca, San Vicente y La Severa, poseen estas curvas elaboradas por EPM, a partir de datos históricos, por lo que serán utilizadas las curvas IDF de su similar. En las figuras 1 se relacionan las curvas IDF correspondientes a las estaciones La Macarena, Chorrillos y Vasconia.


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7 Figura N.1. Curvas IDF de Las Estaciones La Macarena, Chorrillos y Vasconia.

CURVA IDF ESTACION MACARENA A R O H / M M N E D A D I S N E T N I

300.00 250.00

2.33

200.00

5 10

150.00

25

100.00

50

50.00

100

0.00 0

50

100

150

200

DURACION DE LA LLUVIA EN MIN.

CURVA IDF ESTACION CHORRILLOS A R O H / M M N E D A D I S N E T N I

300.00 250.00

2.33 5 10 25 50 100

200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 0

50

100

150

DURACION DE LA LLUVIA EN MIN.


200

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8

CURVAS IDF ESTACION VASCONIA A 600.00 R O 500.00 H / M 400.00 M N 300.00 E D 200.00 A D I S 100.00 N E 0.00 T N I

2.33 5 10 25 50 100

0

50 100 150 DURACION DE LA LLUVIA EN MINUTOS

La intensidad de la lluvia para un tiempo de concentración de 163.32 minutos (2.72 horas), se muestra en la tabla N.3. TABLA N.3. Intensidad de lluvia en mm/hr para una duración de 163.32 minutos y para diferentes períodos de retorno

TR

I (mm/hr)

2.33 5 10 25 50 100

15.55 18.81 21.51 24.78 27.24 29.64

2.4. Cálculo del Hietograma de Diseño Mediante la gráfica adimensional de Huff (1.967) se proyectó la distribución del hietograma de diseño para diferentes porcentajes de tiempo acumulados (10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% y 100%), así Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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9 TABLA N.4. Porcentajes de lluvia acumulada para diferentes porcentajes de tiempo acumulado según Huff (1967).

T ACUM T ACUM LLUVIA ACUM (MIN) (%) HUFF – 1967 (%) 16.33 10 16 32.66 20 46 49.00 30 69 65.33 40 77.5 81.66 50 84 97.99 60 89 114.32 70 91 130.66 80 94 146.99 90 96 163.32 100 100

De los datos de la tabla anterior se calculó el hietograma de diseño para cada período de retorno, así: TABLAS N.5, 6 y 7. HIETOGRAMA DE DISEÑO PARA TR = 2.33, 5 y 10 AÑOS Tr = 2.33 años Ptotal = 42.33 lluvia acum. lluvia total (mm) (mm)

6.77 19.47 29.21 32.81 35.56 37.67 38.52 39.79 40.64 42.33

6.77 12.70 9.74 3.60 2.75 2.12 0.85 1.27 0.85 1.69

Tr = 5 años Ptotal = 51.204 lluvia acum. lluvia total (mm) (mm)

8.19 23.55 35.33 39.68 43.01 45.57 46.60 48.13 49.16 51.20

8.19 15.36 11.78 4.35 3.33 2.56 1.02 1.54 1.02 2.05


9.37 26.93 40.39 45.37 49.17 52.10 53.27 55.03 56.20 58.54


9.37 17.56 13.46 4.98 3.81 2.93 1.17 1.76 1.17 2.34

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10

TABLAS N.8, 9 y 19. HIETOGRAMA DE DISEÑO PARA TR =25, 50 y 100 AÑOS Tr = 25 años Ptotal = 67.45 lluvia acum. lluvia total (mm) (mm)

10.79 31.03 46.54 52.27 56.66 60.03 61.38 63.40 64.75 67.45

10.79 20.23 15.51 5.73 4.38 3.37 1.35 2.02 1.35 2.70


11.86 34.10 51.15 57.45 62.27 65.98 67.46 69.69 71.17 74.13

11.86 22.24 17.05 6.30 4.82 3.71 1.48 2.22 1.48 2.97


12.91 37.11 55.66 62.52 67.76 71.80 73.41 75.83 77.44 80.67

12.91 24.20 18.55 6.86 5.24 4.03 1.61 2.42 1.61 3.23

Para determinar la precipitación efectiva de cada periodo de retorno, se utiliza la metodología del SCS, explicada en el aparte 3.2.3.


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11

3. CÁLCULO HIDROLÓGICO Para este estudio se hizo el cálculo hidrológico por cuatro métodos a saber:

3.1. Método De Williams Y Hann El hidrograma unitario sintético de Williams y Hann se desarrolló para el cálculo de la respuesta de una cuenca a una lluvia instantánea a partir de parámetros geomorfológicos como área, pendiente de la corriente principal y la relación largo ancho de la cuenca (Smith et al., 1997). Según William & Hann, las características geomorfológicas de una cuenca están bien representadas en la constante de recesión (K) y el tiempo al pico (Tp). Los modelos planteados se determinaron a partir de una muestra de 34 cuencas ubicadas en los Estados Unidos con áreas entre los 1.5 y 65 kilómetros cuadrados. Estas variables se correlacionaron con el área de las cuencas, las pendientes promedio de las quebradas y la relación Largo/Ancho, así: K = 27.0 * Ac

0.231

* Scp-0.777 * (Lc/Wc)0.124

Tp = 4.63 * Ac 0.422 * Scp-0.46 * (Lc/Wc)0.133 En donde: Ac: Area de la cuenca en millas cuadradas. Scp: Pendiente media del canal principal en pies/milla. Lc/Wc: Relación largo / ancho de la cuenca. La forma del hidrograma unitario sintético la definen las siguientes expresiones: TABLA N.11. Expresiones Utilizadas Para La Determinación De La Hidrógrafa Unitaria Sintética De William & Hann

U = UP (T / TP)N-1 * EXP[(1-N)*( T / TP – 1)] U = U0 exp [(t0 – t)/K] U = U1 exp [(t1 – t)/3K]

PARA T ≤ T0 Para t0 < t ≤ t1 Para t > t1


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12

La primera expresión representa la curva de concentración del hidrograma unitario hasta el tiempo to en la parte decreciente y las dos expresiones restantes definen la curva de recesión. La siguiente ilustración muestra la forma del hidrograma unitario sintético de Williams & Hann y los parámetros que la determinan:

Figura N.2. Hidrograma Unitario Sintético De Williams Y Hann (Tomada De Smith Et Al., 1997, Figura 6.4, Página 98).

Una vez calculados K y Tp se determinan dos nuevos parámetros: n y B y los tiempos to y t1 para definir en su totalidad el hidrograma unitario sintético. Las ecuaciones para el cálculo de n, to y t1 se usan las siguientes ecuaciones:

n = 1 + {1/(2K/Tp) + √[1/4(K/Tp) 2 + Tp/K]}2 t0 = Tp[1 + 1/√(n – 1)] t1 = t0 + 2K El parámetro B se calcula a partir de una gráfica desarrollada por William y Hann (Figura N.3.).


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13

Figura N.3. Relación Entre B Y N Del Hidrograma Unitario De Williams Y Hann (Tomada De Smith Et Al., 1997, Figura 6.4, Página 100).

El caudal pico del hidrograma unitario, Up en pies cúbicos por segundo, se calcula con la siguiente expresión: Up = B * Ac / Tp Para la obtención de la hidrógrafa unitaria sintética se deben discretizar las abscisas en intervalos tales que la lluvia de diseño tenga una duración múltiplo de este valor. Para cada t se obtienen las ordenadas del hidrograma unitario sintético, con unidades pies3 /s/pulg y el tiempo en horas. En la tabla N.12 se presentan los parámetros para la determinación del hidrograma unitario sintético de William & Hann correspondientes a del Quebrada La Mosca. En la figura N.4, se muestra el hidrograma unitario sintético.


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14

Tabla N.12. Parámetros y Tiempos del Hidrograma Unitario Sintético de Williams & Hann Calculados para el Quebrada La Mosca

PARAMETRO K (hr) Tp n B Up (m /s.mm) to (hr) t1 (hr) U0 (m /s.mm) U1 (m3/s.mm)

VALOR 1.808 2.956 6.454 523.9 341.749 2.95 7.838 231.035 31.267

H.U. de Williams y Hann 12

10

) m m / s / ³ m ( U

8

6

4

2

0 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0 5.0 6.0 Tiempo (horas)

7.0

8.0

9.0

10.0

Figura N.4. Hidrograma Unitario Sintético de Williams & Hann para la Cuenca del Quebrada La Mosca y de Duración Igual al Tiempo de Concentración de La Cuenca


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15

3.1.1. Cálculo De Caudales Máximos A Partir Del Hidrograma Unitario De William & Hann. Para la determinación de los hidrogramas instantáneos de Williams & Hann para la lluvia de diseño se hace la convolución de la precipitación efectiva con el hidrograma unitario. En la Tabla N.13. Se muestran los resultados obtenidos por el método de Williams & Hann. Tabla N.13. Caudales Máximos para La Cuenca del Quebrada La Mosca por El Método De Williams & Hann

TR (Años) 2.33 5 10 25 50 100

CAUDAL MAXIMO (m3 /s) 44.14 72.85 100.91 139.35 170.89 203.64

3.2. Método De University Soil Conservation Service (Scs) El modelo del SCS se basa en un grupo de hidrógrafas observadas de diversas cuencas de distintos tamaños en los Estados Unidos (Smith et al). El método a seguir para la obtención del hidrograma unitario sintético de SCS es el siguiente:

3.2.1. Cálculo Del Número De Curva (Cn). El número de curva se usa para definir la precipitación efectiva que es la que genera la escorrentía directa. Según la humedad antecedente de la cuenca se definen tres grupos así: Suelos secos AMC I, suelos intermedios AMC II y suelos húmedos AMC III. La Tabla N.13 A. muestra los números de curva que se definen de acuerdo al uso del suelo y el grupo hidrológico del suelo (A, B, C o D) en condiciones antecedentes de humedad AMC II. En el plano N.3 se observa el uso actual del suelo. Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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16 Tabla 13 A. Números de curva de escorrentía para usos selectos de suelo agrícola, urbana y suburbana (Condiciones antecedentes de humedad AMC (II), Ia =0,2 S)


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17

Plano N. 3. Uso actual del suelo en la cuenca media y alta del quebrada La Mosca. Tomado del mapa de Uso del Suelo Actual MASORA, 1999.

Como se aprecia en el plano 3, la cuenca alta de la quebrada La Mosca hasta el puente de TINTORIENTE tiene un uso del suelo rural en donde se observa bosque natural, plantado, cultivos transitorios y pastos de acuerdo al mapa de uso actual del suelo del municipio de Guarne anexo. Teniendo en cuenta que en períodos invernales las cuencas se hayan en un estado alto de humedad, se escogieron los números de curva que representan las condiciones de suelos húmedos AMC III. Para la cuenca del Quebrada La Mosca, se asume un valor de CN = 70 para el área en zona rural, equivalente a un 95.3% (237.24 km 2). El restante 4.7% (5.9 km2) lo constituye el área urbana del municipio de Guarne y el corredor industrial a un costado de la autopista medellin Bogota, con un CN = 85. Con los datos anteriores, obtenemos un CN ponderado de 70.7.


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18

3.2.2. Obtención Del Hidrograma Unitario Para Una Lluvia De Duración Igual A La Lluvia Efectiva (Según SCS). Para la obtención del Hidrograma Unitario se necesita encontrar el tiempo al pico en horas y el caudal pico en metros cúbicos por segundo por milímetro. Las ecuaciones que relacionan estos parámetros son: Tr = (LC 0.8 * (S+1)0.7) / (1900 * SC 0.5) Donde: Tr = Tiempo de rezago (tiempo en horas desde el centroide del hietograma de la precipitación efectiva hasta el caudal pico del hidrograma unitario) LC = Longitud del canal principal en pies S = Factor de retención o almacenamiento en pulgadas SC = Pendiente promedio de la cuenca en porcentaje El factor de retención se relaciona con el número de curva (CN) así: S = (1000 / CN) – 10 Donde: S = Factor de retención o almacenamiento en pulgadas CN = Número de Curva El tiempo de concentración, según el SCS, se encuentra a partir del tiempo de rezago de la siguiente forma: TC = 5/3 TR


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19

Donde: Tc = Tiempo de concentración en horas Tr = Tiempo de rezago en horas La duración de la lluvia efectiva que genera el hidrograma unitario, está relacionada con el tiempo de concentración de la forma: T = 0.133 TC Donde: T = Duración de la lluvia efectiva en horas Tc = Tiempo de concentración en horas Y el tiempo al pico se relaciona con la duración de la lluvia efectiva y el tiempo de rezago, de acuerdo con la siguiente expresión: TP = (T/2) + TR Donde: Tp = Tiempo al pico en horas T = Duración de la lluvia efectiva en horas Tr = Tiempo de rezago en horas El caudal pico se calcula de la siguiente forma: Up = (2.08*AC) / (TP/10) Donde: Up = Caudal pico en metros cúbicos por segundo por milímetro Ac = Área de la cuenca en kilómetros cuadrados Tp = Tiempo al pico en horas La Tabla N.14. Muestra los datos de entrada y salida (parámetros) obtenidos para la construcción del hidrograma unitario para la cuenca en estudio.


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20

Tabla N.14. Parámetros para la Construcción del Hidrograma Unitario Sintético del SCS

PARÁMETRO

VALOR

UNIDAD

T rezago T concentración T lluvia efectiva t pico Up Up

1.633 2.722 0.362 1.814 13067 14.568

horas horas horas horas ft /s/Pulg m /seg/mm

La siguiente ilustración muestra el hidrograma unitario del SCS para el Quebrada La Mosca H.U. del S.C.S 16 14 12 ) m m / s / ³ m ( U

10 8 6 4 2 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tiempo (horas)

Figura N.5. Hidrograma Unitario Sintético de la cuenca del Quebrada La Mosca según SCS.


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21

3.2.3. Cálculo De La Precipitación Efectiva. Para el cálculo de la precipitación efectiva se usa la siguiente ecuación: Pe = (P – 0.2*S)2 / (P + 0.8*S) Donde: Pe = Precipitación efectiva en mm P = Precipitación total en mm S = Factor de retención o almacenamiento en mm Luego de encontrar el hidrograma para una precipitación efectiva calculada según cada período de retorno, y convolucionando el hidrograma unitario sintético con la lluvia de intensidad constante y duración igual al tiempo de concentración de la lluvia, se obtuvieron los siguientes resultados para el Quebrada La Mosca. Tabla N.15. Resultados del Cálculo Hidrológico por El Método del SCS para cada Período de Retorno

TR (Años) 2.33 5 10 25 50 100

CAUDAL MAXIMO (m3 /s) 68.17 112.09 155.23 214.36 262.92 313.36

3.3. Método De Snyder El modelo de Snyder fue desarrollado a partir de una serie de estudios sobre cuencas cuyas áreas oscilan en un rango entre 10 y 10000 millas cuadradas en los Montes Apalaches de los Estados Unidos de Norteamérica, para una duración de la lluvia efectiva igual a T R/5.5 don TR es el tiempo de rezago. El modelo, calcula un hidrograma unitario a partir de algunas características físicas de la cuenca. Es generalmente aplicado en cuencas donde no se tiene registro de caudales. Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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22 Zinder asume el rezago de una lluvia en la cuenca, ya que esta depende de las características físicas y no esta determinado por el tipo de lluvia o sus variaciones. El tiempo de rezago se calcula usando la siguiente expresión: 0 .8

S  1 TR = L 1900  S

0 .7

C

0 .5

C

En donde: TR = Tiempo de rezago en horas LC = Longitud del canal principal S = Factor de retención o almacenamiento Sc = Pendiente de la cuenca en porcentaje. El modelo propone calcular el caudal pico por milla cuadrada, u p, como: Up = Cp

640 T R

Donde: Up = Caudal pico del hidrograma unitario por unidad de área Cp = Coeficiente TR = Tiempo de rezago. El coeficiente C p, depende de la topografía de la cuenca y se recomienda, por ejemplo, para cuencas de alta pendiente utilizar C p = 0.8. Una vez obtenido el caudal pico por unidad de área de la cuenca, el caudal pico total se obtiene como: UP = up Ac Donde: UP = Caudal pico del hidrograma unitario Ac = Área de la cuenca


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23

El tiempo al pico, es el tiempo en el que se presenta la máxima concentración de escorrentía directa, puede calcularse como: TP = T/s + T R Donde: TP = Tiempo al pico en horas T = Duración de la lluvia en horas TR = Tiempo de Rezago en Horas. Para el tiempo base del Hidrograma unitario, se propone la siguiente ecuación: tb = 3 + 3 T

R

24

Donde: tb = Tiempo base en días. Los tiempos característicos para calcular el hidrograma unitario de Snyder para la cuenca del Quebrada La Mosca, se representan en la tabla N.16. Tabla N.16. Parámetros utilizados para la Hidrógrafa Unitaria de Snyder Cp TR Tc ts up Up Up Tp tb' tb W 50 W 75

0.8 1.633 2.722 0.297 229 11198 12.484 2.994 76.900 11.977 2.181 1.246

horas horas horas pie³/s/mi2/pulg pie³/s/pulg m³/s/mm horas horas horas horas horas


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24

Para el dibujo de la Hidrógrafa Unitaria, se utilizan puntos conocidos que se calculan a partir de los anteriores parámetros. Estos puntos se presentan en la tabla N.17. y la Hidrógrafa unitaria se presenta en la figura N. 6.

Tabla N.17. Puntos Conocidos en la Hidrógrafa Unitaria de Snyder

PUNTO A B Tp D E Tb

TIEMPO 2.267 2.579 2.994 3.825 4.448 76.900

Q (m³/s/mm) 6.242 9.363 12.484 9.363 6.242 0

Luego de encontrar el hidrograma para una precipitación efectiva calculada según cada período de retorno por medio del método del SCS anteriormente expuesto, y convolucionando el hidrograma unitario sintético con la lluvia de intensidad constante y duración igual al tiempo de concentración, se obtuvieron los resultados mostrado en la tabla18.


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25

H.U. de Snyder 14 12 10 ) m m / s / ³ m ( U

8 6 4 2 0 0

5

10

15

20

25

30

35

Tiempo (horas)

Figura N.6. Hidrógrafa Unitaria de Snyder

TABLA N.18. Resultados del Cálculo Hidrológico por El Método de Snyder

TR (Años) 2.33 5 10 25 50 100

CAUDAL EN M /S 49.89 82.74 114.92 159.10 195.41 233.15


40

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3.4. Método Racional La fórmula general del método Racional es: Q = C * I * A / 3.6 Donde:

Q: caudal pico en m 3/s asociado a un periodo de retorno dado, Tr, C: coeficiente de escorrentía I: intensidad en mm/h para TR, y un tiempo de concentración Tc. A: área de la cuenca en km 2. El coeficiente de escorrentía se adopta de forma ponderada, teniendo en cuenta las áreas en suelo urbano y rural y adoptando un coeficiente de acuerdo a los usos del suelo. A nivel general, se adopta para el área urbana un C = 0.75 y para el área rural un C = 0.3, obteniendo un C ponderado de 0.321, tal como se observa en la tabla 18 a. Tabla 18 a. Cálculo del coeficiente de Escorrentía area % area Area rural 121 95.3 Área Urbana 6 4.7 127

C 0.30 0.75

C equivalente 0.321

Los resultados obtenidos por el método racional para la cuenca del Quebrada La Mosca fueron los siguientes: Tabla N.19. Resultados del Cálculo Hidrológico por El Método Racional

Tr (años)

Q m³/s

2.33 5 10 25 50 100

175.87 212.74 243.22 280.23 308.01 335.17


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27

4. RESUMEN DE RESULTADOS HIDROLÓGICOS Los resultados obtenidos por los diferentes métodos se presentan en la Tabla N.20. Tabla N.20. Resumen de Resultados Hidrológicos Tr

2.33

5

10

25

50

100

Williams y Hann Snyder SCS Racional

44.14

72.85

100.91

139.35

170.89

203.64

49.89 68.17 175.87

82.74 112.09 212.74

114.92 155.23 243.22

159.10 214.36 280.23

195.41 262.92 308.01

233.15 313.36 335.17

84.52 175.87

120.11 212.74

153.57 243.22

198.26 280.23

234.31 308.01

271.33 335.17

54.07

89.23

123.69

170.93

209.74

250.05

MEDIA Maximo Media sin racional

4.1. Caudal Escogido Se observa en cada uno de los cálculos como no hay una tendencia central entorno a un valor para determinar el caudal, por lo que es conveniente recoger la metodología con el caudal medio sin tener en cuenta el método racional, pues este presenta valores muy altos, incluso para periodos de retorno bajos, muy distantes de los otros tres métodos. Tabla N.21. Caudales De Diseño Para Cada Período De Retorno

TR (Años) 2.33 5 10 25 50 100

CAUDAL (m3 /s) 54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.05


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5. ESTUDIO HIDRAÚLICO El estudio hidráulico del tramo del Quebrada La Mosca que se hace para determinar la evolución de la línea de cauce que ha venido erosionando la margen izquierda en un tramo de 200 metros en el sector del puente de TINTORIENTE hacia aguas arriba, se realiza mediante la restitución de fotografías aéreas del programa Google Earth de los años 2005, 2006, 2010, 2011 y 2013. A partir de dichas fotos se muestra la evolución del cauce actual, en donde se observa un ensanchamiento de la sección hidráulica de la quebrada la Mosca por erosión en la margen izquierda, debido probablemente a que la sección hidráulica del puente ubicado a la altura de TINTORIENTE, no funciona plenamente, debido a que parte de su sección libre fue ocupada por una estructura de concreto que va unida a la aleta izquierda, y que defiende el puente ante la erosión de las aguas en periodos de creciente.

5.1. EVOLUCION DEL CAUCE NATURAL DE LA QUEBRADA LA MOSCA A partir de las fotografías aéreas mostradas por el programa Google Earth en varias épocas durante un transcurso de 8 años entre 2005 y 2013, se observa la evolución del cauce, para lo cual fue necesaria la georeferenciacion de dichas fotos con el fin de dibujar las líneas de cauce de la quebrada la mosca en las fotos aéreas obtenidas de dicho programa. En las imágenes 1 a 5 tomadas en los años 2005, 2006, 2010, 2011 y 2013 se observa la evolución de la quebrada la Mosca en un tramo de 260 metros (de acuerdo a la topografía levantada en octubre de 2013), del cual se realizara una evaluación con respecto a la variación de la línea de cauce producto de la erosión que se presenta actualmente sobre margen izquierda afectando predios de las empresas INTERPLAST en margen izquierda y SOCODA en margen derecha en un trayecto de unos 200 metros aguas arriba del puente ubicado en la empresa TINTORIENTE. Es de aclarar que no se encontraron fotografías anteriores al año 2005 ni tampoco las de los años 2007, 2008, 2009 y 2010.


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Imagen 1. Fotografía aérea del año 2005. Obtenida del programa Google Earth



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30




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Las imágenes 1 a 5, muestran igual área de toma en distintos periodos de tiempo, por lo que es posible definir variaciones significativas del territorio, que para el caso que nos ocupa especialmente, la del cauce de la quebrada La Mosca, en las que se observa recorriendo el territorio de occidente (izquierda) a oriente (derecha), hasta el puente que sirve de acceso a la vereda Toldas en el municipio de Guarne. Si observamos con detalle las fotos de los años 2005 y 2006, concluimos que prácticamente no hay variación en la línea de cauce del tramo de quebrada, mientras que para las fotos de los años 2010 y 2011, se observa un ensanchamiento de la sección hidráulica que avanza en forma de meandro hacia margen izquierda en predios de la empresa INTERPLAST, dejando un playón del lado de la empresa SOCODA. En la foto del año 2013, se observa la consolidación de dicha modificación de cauce. De la restitución de las distintas líneas de cauce en cada una de las fotografías, se obtiene la imagen 6 en las que se plasman los cauces de los años 2005 en azul intenso, del año 2006 en azul celeste, del año 2010 en amarillo, del año 2011 en naranja y del año 2013 en fucsia. Para el fondo de la imagen 6, se utilizó la fotografía aérea del año 2013. Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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Imagen 6. Líneas de Cauce obtenidas a partir de las fotos aéreas.


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En la imagen 6, se observa que para los años 2005 y 2006 se presenta una leve variación de corriente que ocasiona la socavación del puente en su costado norte, por una erosión de la corriente en marque izquierda, tal como se aprecia en la imagen 7.

Imagen 7. Obsérvese en la imagen 2006 como se presenta una erosión de margen izquierda (en azul celeste) a partir de la variación del cauce del año 2005 (en azul intenso), que socaba y afecta la estabilidad del estribo norte del puente.

Esta situación al parecer se corrige, ya que la foto del año 2010 (ver imagen 8), nos muestra que el cauce no evoluciona en los niveles de erosión observados en la imagen 7, sino que se conforma en un cauce muy amplio, conformando un meandro producto de la erosión en margen izquierda que comienza unos 200 metros aguas arriba del puente (contados a partir del cauce actual).


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34

Imagen 8. Observe la evolución del cauce en el año 2010 (en trazo amarillo), conformando un cauce amplio y su variación con respecto al cauce del año 2005 (en azul intenso) y la corrección del año 2006 (en azul celeste).

En las fotos del año 2011 y 2013 (imágenes 9 y 10), se observa cómo evoluciona el meandro, ampliando su área hacia margen izquierda.

Imagen 9. Desplazamiento del meandro sobre margen izquierda a partir del cauce del año 2010 (en amarillo), hasta la franja naranja que delinea el cauce del año 2011.


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Imagen 10. Movimiento del cauce en el año 2013 (trazo en fucsia), con respecto al año 2011 (Trazo en naranja).

En la imagen 11, se observa (teniendo como fondo la imagen del año 2005), el cauce del año 2005 con respecto al cauce del año 2013, del cual se concluye que la evolución de este en margen izquierda, se debió a intervenciones que se realizaran entre los años 2007 a 2009, para evitar la socavación del puente producto de la erosión presentada en el año 2006 (imagen 7), ya que para el año 2010 esta no se presentaba, pero origina una erosión de margen 200 metros aguas arriba ocasionando la desviación del cauce actual.

Imagen 11. Movimiento del cauce entre el año 2013 (trazo en fucsia), con respecto al año 2005 (en azul intenso).


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36

5.2. ESTADO Y CARACTERISTICAS DEL PUENTE El puente en análisis, se ubica sobre la quebrada La Mosca a la altura de TINTORIENTE, con coordenadas X = 854.204 Y = 1´180.166, Z = 2090 msnm con una longitud de 20 metros y una luz de 1.8 metros del tipo losa sobre vigas de acuerdo a la clasificación de puentes dada en Manual Para la inspección visual de Puentes y pontones del INVIAS, realizado en octubre de 2006. De acuerdo a inspección visual, el concreto de la losa del puente no presenta fisuras, descascaramiento, ni deterioro, ni agrietamientos, por lo que estructuralmente se muestra estable. Con respecto a las aletas y estribos, no se presentan grietas verticales en la unión entre aleta estribo izquierdo, no hay deterioro del concreto, no se observan asentamientos de los estribos, ni socavación de la quebrada en los estribos, ni problemas del concreto expuesto. Con respecto a su sección hidráulica libre, tiene una dimensión de 1.8 metros de altura x 13.5 metros de largo (ver foto 1); sin embargo, se evidencia que esta longitud era mayor, pues se observó en la parte inferior del puente una estructura de concreto, que ocupa parte de esta sección hidráulica y que va unida a una aleta construida sobre margen izquierda, probablemente realizada entre los años 2007 y 2009 como defensa del puente ante la erosión en margen izquierda que se presentara en el año 2006 y que se evidencia en la fotografía aérea de la imagen 7. En la foto 2, se observa esta estructura de concreto que cubre parte de la sección hidráulica del puente.


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Foto 1. Sección hidráulica libre del puente sobre la quebrada La Mosca

Foto 2. Estructura hidráulica en concreto Calle 60 # 75 – 150 150 int 123 Medellín – Colombia Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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5.3. CALCULO HIDRÁULICO EN CAUCE NATURAL (ACTUAL) La estimación del nivel de agua en el tramo de 260 metros, consiste básicamente en la estimación de los perfiles de flujo correspondiente a los caudales determinados en el estudio hidrológico. Los resultados de estos perfiles son útiles para la estimación de las zonas de la elevación de la lámina de agua del tramo en interés. Por tanto, se calcularon los perfiles de flujo para los caudales máximos estimados en el estudio hidrológico correspondientes a 2.33, 5, 10, 25, 50 y 100 años de periodo de retorno. En la Tabla N. 22 se relacionan los caudales modelados. Tabla N.22. Caudales De Diseño Modelados.

TR (Años) 2.33 5 10 25 50 100

CAUDAL MODELACION (m3 /s) 54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.05

Para el recorrido comprendido por el curso del quebrada La Mosca en el tramo de 260 metros a la altura del puente TINTORIENTE, se realizó la modelación hidráulica por medio del software HEC-RAS 3.1.1., desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos, que pertenece a la nueva generación de programas para el análisis de flujo en ríos y canales, el cual constituye una actualización de los programas HEC-2 y HEC-RAS 2.1. Los puntos de inicio y fin de la modelación, tienen las siguientes coordenadas (ver figura 7):


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39 Tabla N.23. Coordenadas puntos de inicio y fin de la modelación.

COORDENADA X Y

INICIO (Est. 260) 1.180.220 854.072

FINAL (Est. 0 ) 1.180.153 854.224

LONGITUD (m) 260

Para su modelación, se realizó la topografía de secciones transversales al cauce de la quebrada La Mosca en donde la sección presentaba variaciones en el tramo en análisis. Para lo anterior se tuvo en cuenta además la topografía del área, realizada el 13 de Octubre de 2013 por el Topógrafo Jader Bustamante (plano 1 de 3 anexo y 4 de este informe), la plancha 147 del IGAC y las imágenes del Google Earth, así como los puntos de control tomados con GPS GARMIN OREGON 550 t. En total se realizaron 9 secciones (la 0, 22, 24.5, 27, 40, 60, 140, 240, 260). Entre la sección 22 y 27, se ubicó la sección 24.5 que representa el puente a la altura de TINTORIENTE. La sección 260 corresponde al inicio de la modelación tramo este que no ha sufrido intervención, cuyas márgenes se muestran estables sin variación del cauce; la sección 240 igualmente se ubica en un terreno sin intervención. Entre las secciones 240 y 40, se observa como el cauce de la quebrada la Mosca ha sufrido una variación notable de su cauce, debido a la erosión de márgenes que se viene presentando desde el año 2007, de acuerdo a la fotointerpretación realizada y reflejada en la imagen 11. Entre la sección 22 y 27, se ubica el puente a un aldo de la empresa TINTORIENTE, que comunica con la vereda Toldas, por lo que a este se le realizo una sección adicional, la 24.5.

5.4. DESCRIPCIÓN DEL TRAMO EVALUADO El Quebrada La Mosca, se puede considerar como un río de llanura, debido a su forma oval - redondeada y respuesta hidrológica rápida, calculado mediante el índice de Gravelius o Coeficiente de Compacidad. Parámetro adimensional que relaciona el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de igual área que el de la cuenca. Este parámetro, describe la geometría de la cuenca y está estrechamente relacionado con el tiempo de concentración del sistema hidrológico. Las cuencas redondeadas tienen tiempos de concentración cortos con gastos picos muy fuertes y recesiones rápidas, mientras que las alargadas tienen gastos picos más atenuados y recesiones más prolongadas. El tramo objeto de estudio, presenta un carácter meándrico debido a la poca pendiente del trayecto (del orden de 0.2 a 0.4%), lo que le confiere el flujo del tipo Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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subcrítico (laminar), en el cual el control se localiza aguas abajo. Las secciones de cauce son muy similares y se observa un fuerte control de la línea de cauce en la cota 2091 msnm. En las secciones, se determinó a su vez el número de Manning n, de acuerdo a los materiales constitutivos tanto del cauce, como de las márgenes derecha e izquierda así: Para el cálculo del número de Manning, se tuvo en cuenta la ecuación de Garde & Raju (1978), y Subramanya (1982), señalada en el aparte 9.2. Hidrología de Antioquia de la Secretaría de Obras Públicas del Departamento de Antioquia. n = 0.047 * (D 50)1/6 Donde: n = Coeficiente de Manning D50 = Diámetro medio de las partículas en metros. Por lo observado en el tramo del quebrada La Mosca se presenta en el lecho del río gravas que han sido transportados por la corriente aguas abajo, hasta alcanzar su posición actual, considerando D50 = 0.07 m. Luego n = 0.03 Como todas las secciones del tramo en análisis, transcurren por el cauce natural y este se constituye en gravas ( < 0.07 m) , se le asignará n = 0.03 Para los retiros tanto en margen derecha como izquierda, se tiene: arbustos y pastos, luego n = 0.03. Estos valores, igualmente se comparan con los de la Tabla 5-6. Valores del coeficiente de rugosidad n, del texto de Ven Te Chow Hidráulica de Canales.


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41

Tabla N 24. Números de Manning. Tomada del manual del Hec – ras.

En general el cauce de la quebrada La Mosca, se presenta amplio y meándrico, incisado y continuo, iniciando en la sección 260 con un ancho en cauce de 11.8 mts y llegando a la sección 20 con un ancho de 20 mts (de lámina de agua) en forma trapezoidal. Es de aclarar que en la sección 140, se observa una ampliación del canal del orden de 45 metros, debido a la erosión de márgenes que ha ocasionado la variación del cauce y desplazamiento del meandro. La pendiente media del tramo es de 0.03 %, es decir inferior al 1%, lo cual le confiere al trayecto la característica de meándrico y al flujo la clasificación de laminar o subcrítico, por lo que el control hidráulico se localiza aguas abajo.


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Figura 7. Secciones realizadas en la quebrada La Mosca para la Modelación Hidráulica. Tomado del Hec- Ras.

Plano 4. Secciones realizadas en la quebrada La Mosca para la Modelación Hidráulica, en mapa topográfico del área en análisis. Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

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Foto 3. Vista panorámica del área en margen izquierda.

5.5. CONDICIONES LÍMITE PARA LA MODELACIÓN Las Condiciones límite son necesarias para comenzar el cálculo de la superficie de la lámina de agua al final del río (aguas arriba o aguas abajo). El conocer la superficie del agua en la sección inicial es necesario para que el programa comience los cálculos. En un régimen de flujo subcrítico, las condiciones límite estarán aguas abajo del río. Si en cambio el régimen es supercrítico, las condiciones límite estarán necesariamente aguas arriba del río. Para el tramo en análisis, se modeló con un régimen subcrítico. Para el presente cálculo hidráulico, se toma la altura crítica (recordemos que para condiciones críticas el Fr = 1), como método de cálculo para cada sección, a partir de la cual se realiza la modelación hidraúlica.


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44

5.6. GEOMETRIA DE LAS SECCIONES En las figuras 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 16 se observa la geometría de las secciones modeladas en cada caso.

5.7. MODELACIONES Se realiza una modelación hidráulica mediante el programa hec ras, para determinar la capacidad de las secciones en las avenidas de la quebrada La Mosca con periodos de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50 y 100 años. En las figuras 8 a 14 se muestran los niveles de la lámina de agua en cada una de las secciones levantadas para cada uno de los periodos de retorno modelados.


38

.03

.03

.03

2094

Legend

WS 100 años WS 50 años WS 25 años WS 10 años WS 5 años

2092

WS 2.33 años Ground BankSta ) m ( n o i t a v e l E

2090

2088

2086 -100

-80

-60

-40

-20

0

Station (m)

Figura 8. Sección 260.


20

40

60

39

.03

.03

.03

2094

Legend WS 100 años WS 50 años WS 25 años WS 10 años WS 5 años

2092

WS 2.33 años Ground BankSta ) m ( n o i t a v e l E

2090

2088

2086 -200

-150

-100

-50 Station (m)



0

50

40

.03

.03

.03

2092

Legend

WS 100 años WS 50 años WS 25 años

2091

WS 10 años WS 5 años WS 2.33 años Ground

2090

BankSta ) m ( n o i t a v e l E

2089

2088

2087

2086 -150

-100

-50

0 Station (m)



50

100

41

.03

.03

.03

2092

Legend


2091


2090

BankSta ) m ( n o i t a v e l E

2089

2088

2087

2086 -120

-100

-80

-60

-40

-20

0

Station (m)



20

40

60

42

.03

2093

.03

.03 Legend

WS 100 años WS 50 años

2092


2091

WS 2.33 años Ground BankSta

2090 ) m ( n o i t a v e l E

2089

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50 Station (m)



0

50

43

.03

.03

.03

2092

Legend

WS 100 años WS 50 años 2091

WS 25 años WS 10 años WS 5 años WS 2.33 años

2090

Ground BankSta ) m ( n o i t a v e l E

2089

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50 Station (m)



0

50

44

modelacion actual

Plan: Plan 01 RS = 24.5

17/12/2013

BR

.03

.03

.03

2092

Legend WS 100 años WS 50 años WS 25 años

2091

WS 10 años WS 5 años WS 2.33 años 2090

Ground BankSta

) m ( n o i t a v e l E

2089

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50 Station(m)

Figura 14. Sección 24.5 puente Tintoriente.


0

50

45

modelaci on actual

Plan: Plan 01

17/12/2013

RS = 22 en el puente a un costado de TINTORIENTE .03

.03

.03

2092


2091


Ground BankSta

) 2089 m ( n o i t a v e l E

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50

0

Station (m)

Figura 15. Sección 22. Aguas abajo del puente de Tintoriente.


50

46

modelaci on actual

Plan: Plan 01

17/12/2013

RS = 0 .03

.03

.03

2091


2090


2089


BankSta

2088

2087

2086

2085 -120

-100

-80

-60

-40

-20

0

Station (m)

Figura 16. Sección 0. Aguas abajo del puente de Tintoriente.


20

40

47

LQ


5.8. ANÁLISIS ACERCA DEL COMPORTAMIENTO DEL RÉGIMEN DE FLUJO DE LA CORRIENTE EN EL SECTOR MODELADO Al observar y comparar cada una de las secciones modeladas y de los resultados mostrados en la tabla 25, se concluye como el galibo del puente, es suficiente para evacuar caudales con periodo de retorno hasta de 10 años. Así mismo y hacia aguas arriba del puente en las secciones 40, 60, 140, 240 y 260, se observa como la cota 2091 ejerce un control hidráulico para caudales con periodo de retorno superior a los 25 años; Aguas abajo del puente, se observa que los caudales son evacuados por el cauce actual, ya que la sección en este punto es más amplia (de unos 20 metros). En la sección 140, se observa a su vez la mayor sección de cauce (de unos 50 metros), cuya ampliación se debió a la erosión de margen que se viene evidenciando desde el año 2007 (esta es la única sección modelada que aloja todos los caudales simulados). La sección 140, reproduce lo que se viene presentando entre las secciones 240 y 40 y es la erosión continuada que ocasiona la perdida de banca y con ello la inestabilidad de las márgenes y ampliación del cauce lo cual fue ya ampliamente discutido en la fotointerpretación de las fotos aéreas entre los años 2005 a 2013. Por lo anterior, se propone una rectificación del cauce a las condiciones anteriores al año 2007, que es cuando se inician los procesos de erosión de márgenes y que generaron la modificación del cauce e inestabilidad de terrenos.


48

LQ


Tabla 25. Resultados del cálculo hidráulico. Reach

River Sta

Profile

Q Total

Min Ch El

W.S. Elev

Crit W.S.

E.G. Elev (m) 2088.80 2089.36 2089.75 2090.88 2091.02 2091.18

E.G. Slope (m/m) 0.008049 0.005249 0.002281 0.000472 0.000602 0.000729

260 260 260 260 260 260

2.33 años 5 años 10 años 25 años 50 años 100 años

(m3/s) 54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

(m) 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

(m) 2088.30 2088.96 2089.53 2090.80 2090.92 2091.04

(m)

INT-SOC INT-SOC INT-SOC INT-SOC INT-SOC INT-SOC

(m/s) 3.15 2.95 2.35 1.44 1.66 1.87

Flow Area (m2) 17.19 36.39 65.40 142.13 150.01 158.08

Top Width (m) 12.13 47.72 54.50 64.61 64.94 65.28

0.84 0.72 0.50 0.24 0.28 0.31


240 240 240 240 240 240


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

2088.32 2089.00 2089.56 2090.80 2090.92 2091.04

2088.65 2089.21 2089.70 2090.86 2091.01 2091.16

0.003067 0.001735 0.001001 0.000303 0.000395 0.000528

2.55 2.31 1.99 1.35 1.57 1.85

21.86 53.38 84.12 158.89 166.73 174.71

13.98 53.45 55.99 63.76 64.43 69.70

0.57 0.45 0.35 0.20 0.23 0.27


140 140 140 140 140 140


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

2088.18 2088.85 2089.45 2090.77 2090.88 2090.99

2088.34 2089.00 2089.58 2090.83 2090.97 2091.10

0.002257 0.001980 0.001364 0.000375 0.000490 0.000604

1.79 1.74 1.61 1.14 1.33 1.52

30.20 51.39 76.85 153.12 160.64 168.57

22.82 37.60 47.99 66.53 69.55 73.45

0.50 0.47 0.41 0.23 0.26 0.30


60 60 60 60 60 60


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

2087.77 2088.65 2089.33 2090.74 2090.84 2090.95

2088.09 2088.86 2089.48 2090.80 2090.93 2091.06

0.004150 0.001618 0.000958 0.000294 0.000385 0.000477

2.50 2.12 1.95 1.41 1.64 1.85

21.63 49.32 77.19 186.52 199.34 212.98

16.38 37.80 44.98 118.59 125.14 132.58

0.68 0.46 0.37 0.22 0.25 0.28


40 40 40 40 40 40


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.40 2085.40 2085.40 2085.40 2085.40 2085.40

2087.87 2088.69 2089.33 2090.73 2090.84 2090.94

2087.98 2088.81 2089.46 2090.80 2090.92 2091.05

0.001159 0.000895 0.000723 0.000252 0.000329 0.000407

1.46 1.51 1.58 1.20 1.40 1.58

36.96 59.26 78.30 185.43 199.12 213.54

23.32 29.27 29.87 127.88 134.10 140.35

0.37 0.34 0.31 0.19 0.22 0.25


27 27 27 27 27 27


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20

2087.54 2088.33 2088.94 2090.63 2090.71 2090.78

2087.21 2087.74 2088.16 2088.66 2089.02 2089.36

2087.92 2088.75 2089.41 2090.78 2090.90 2091.03

0.004649 0.003363 0.002966 0.000672 0.000884 0.001093

2.76 2.86 3.01 1.89 2.20 2.48

19.59 31.16 41.04 132.25 142.37 153.07

13.41 15.50 16.96 134.10 138.87 143.74

0.73 0.64 0.62 0.31 0.36 0.40

INT-SOC

24.5


22 22 22 22 22 22


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20

2087.21 2087.74 2088.16 2088.66 2089.03 2089.36

2087.21 2087.74 2088.16 2088.66 2089.03 2089.36

2087.84 2088.55 2089.12 2089.79 2090.27 2090.72

0.009302 0.008619 0.008358 0.008019 0.007758 0.007690

3.51 3.98 4.34 4.71 4.94 5.18

15.42 22.41 28.48 36.28 42.45 48.26

12.52 13.98 15.08 16.27 17.16 17.92

1.01 1.00 1.01 1.01 1.00 1.01


0 0 0 0 0 0


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.00 2085.00 2085.00 2085.00 2085.00 2085.00

2086.91 2087.51 2088.00 2088.70 2088.97 2089.20

2086.91 2087.51 2088.00 2088.70 2088.97 2089.20

2087.58 2088.32 2088.87 2089.35 2089.61 2089.83

0.009227 0.008637 0.008427 0.005067 0.004729 0.004523

3.61 4.00 4.12 3.67 3.73 3.80

14.97 22.30 29.99 52.83 67.17 81.31

11.42 13.78 17.61 48.19 58.60 67.29

1.01 1.00 1.01 0.81 0.80 0.79

2088.96

2087.66

Vel Chnl

Froude # Chl

Bridge


49

LQ


6. PROPUESTA DE RECTIFIACION DE CAUCE Para recuperar las condiciones de estabilidad de los terrenos que conforman tanto la margen izquierda como derecha en un trayecto actual de 200 metros sobre la quebrada la Mosca aguas arriba del puente a la altura de TINTORIENTE, y que delimita los terrenos de las empresas INTERPLAS y SOCODA, se plantea la siguiente propuesta de rectificación ajustada a las condiciones hidrológicas e hidráulicas de dicha quebrada.

6.1.

RECUPERACION DEL CAUCE DE LA QUEBRADA LA MOSCA

Con el fin de realizar una propuesta de recuperación del cauce de la quebrada La Mosca, se procedió a reconstruir la sección de cauce a partir de la fotointerpretación de la imagen 11, en la que se observa el discurrir de la corriente hídrica en un tramo de unos 130 metros con una sección homogénea sin erosión en márgenes (observar imágenes 1 y 2 y comparar con las imágenes 3, 4 y 5). En la imagen 12, se observa el ancho de la sección de 12 metros y la longitud a rectificar que pasa de unos 170 metros actuales a unos 130 metros, tomando como punto de inicio la sección 0+40 de la topografía entregada.

Imagen 12. En azul intenso se observa el tramo a rectificar sobre foto aérea del año 2005 y en fucsia el tramo actual por el que discurre la quebrada La Mosca.


50

LQ


De acuerdo a lo anterior, la sección hidráulica del cauce tendrá un ancho de 12 metros; así mismo y con base en las fotos aéreas de los años 2005 y 20013, la longitud de cauce se reducirá en unos 40 metros, pues en este periodo de tiempo, es que el cauce de la quebrada ha erosionado los terrenos y ampliado su cauce. El diseño de cauce y de las secciones a rectificar de la quebrada la mosca en un trayecto de 130 metros, se muestran en el plano 2 de 3 Anexo.

6.2.

SECCION TIPO PARA EL TRAMO A RECTIFICAR.

Para el diseño de la sección de cauce a rectificar, se tuvo en cuenta: 1. de acuerdo a las fotografías aéreas, la sección de la lámina de agua mostrada en las fotografías de los años 2005 y 2006 y que corresponde en general a un ancho de sección de 12 metros. 2. Así mismo, a la pendiente del cauce que para el caso de la cota de fondo entre el puente de TINTORIENTE (sección 24.5, ver figura 14), y el inicio de rectificación de cauce (sección 240, ver figura 9) es de 2085.2 m y 2086 m respectivamente. 3. La altura del talud que se define entre el fondo de cauce y la margen izquierda y derecha, que para el caso actual es de 4.5m de media de las secciones a intervenir. 4. El tipo de sección que se tenía antes de la erosión actual, y que de acuerdo a fotos del Dr. Hernán Montoya, mostraban un cauce trapezoidal. De acuerdo a lo anterior, la sección tipo para el tramo a rectificar tendrá como se determinó en 6.1, una sección de 12 metros en forma trapezoidal, con una altura desde el fondo de cauce de 2.5 metros, una berma en ambas márgenes de 5 metros y un talud final de 2 metros, para una sección total de 4.5 metros de profundidad y ancho de 24 metros, tal como se observa en la figura 17.


51

LQ


Figura 17. Sección de cauce propuesto a rectificar en la quebrada la Mosca en una longitud de 130 metros

Para la contención de las márgenes, se propone se realicen en una estructura de muro en llantas, las cuales facilitaran las labores de conformación del canal de manera amigable con el medio ambiente, ya que se podrá realizar el reciclaje de este elemento. El diseño de la estructura del muro en llantas, se observa en el plano 3 de 3 anexo.

6.2.1. Diagnóstico Hidráulico A continuación se realizará la revisión hidráulica de la sección tipo y así poder determinar si su comportamiento es el adecuado. Para esto se utilizará la ecuación de Manning. Q = (1/n) * R

2/3

* S ½ * A

Donde; Q = caudal (m3/s) n = rugosidad (adimensional). Ver Tabla 26 R = Radio Hidráulico = Área mojada / perímetro mojado S = pendiente (m/m) A = Área (m2) Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

52

LQ


Tabla 26. Rugosidad de superficies

Cunetas y Canales revestidos Hormigón 0,013-0,017 Hormigón revestido con gunita 0,016-0,022 Encachado 0,020-0,030 Paredes de hormigón, fondo de 0,017-0,020 grava Paredes encachadas, fondo de 0,023-0,033 grava Revestimiento bituminoso 0,013-0,016 Fuente: tomada de S.M. Woodward and C. J Posey. "Hydraulics of steady flow in open channels"

Para la figura 17, teniendo un borde libre de 1m se tienen los siguientes valores: Numero de Manning n = 0,033 R = Área Mojada/ Perímetro mojado = 53,72 m2 / 26.32 m = 2.04 m S = (2086 – 2085.2) / 130 m = 0.00615 Área = 53,72 m2. De donde: Q = 205 m 3, Lo cual nos muestra que el canal es suficiente para contener caudales con periodos de retorno superiores a los 50 años.

6.3.

MODELACION HIDRAULICA DEL TRAMO A RECTIFICAR

Para esta modelación, se rectificó el cauce en una longitud de 130 metros, tal como se mostró en el punto 6.1 y la imagen 12. En total se modelaron 213 metros, dentro de los que se encuentran los 130 metros a rectificar cuyo inicio y fin de modelación se muestra en la tabla 27, mismos que corresponden a la modelación anterior (ver figura 18 y plano 5). Como el recorrido es menor, se renombraron las secciones de acuerdo a las nuevas longitudes, tal como se muestra en el plano 2 y de este, se modelaron 9 secciones (la 0, 22, 24.5, 27, 40, 80, 100, 200, 213); entre la sección 22 y 27, se ubicó la sección 24.5 que representa el puente a la altura de TINTORIENTE. Las secciones 0, 22, 24.5, 27, 200 y 213 no fueron modificadas, ya que sus canales naturales presentan cauces estables sin erosión en margen. La sección 213 corresponde a la sección 260 de la modelación anterior y en esta Calle 60 # 75 – 150 int 123 Medellín – Colombia Tel.: 446 32 79 www.luisquinterolopez.com cel.: 311 771 3736

53

LQ


se da inicio a la modelación. Las secciones 40, 80 y 100, se rectificaron de acuerdo al punto 6.2 y la figura 17. Tabla N.27. Coordenadas puntos de inicio y fin de la modelación.

COORDENADA X Y

INICIO (Est. 213) 1.180.220 854.072

FINAL (Est. 0 ) 1.180.153 854.224

LONGITUD (m) 213

Los números de Manning tanto para margen derecha como para margen izquierda y cauce se dejaron con los mismos valores para las secciones que no variaron, pues las condiciones no varían. Para las secciones 40, 80 y 100, de acuerdo a la tabla 24, se mantuvieron los números de Manning en margen izquierda como derecha ya que no se varia su condición; para el área del canal central, se varia a 0.025, debido a que este se conforma sin arbustos ni pastos, pero que puede llegar a ser igual a 0.03 cuando estos se arraiguen. Las condiciones límites de modelación no varían, obteniendo los resultados mostrados en las figuras 19 a 27, para caudales con periodo de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50 y 100 años respectivamente.

Figura 18. Secciones realizadas en la quebrada La Mosca para la Modelación Hidráulica. Tomado del Hec- Ras.


54

LQ


Plano 5. Secciones realizadas en la quebrada La Mosca para la Modelación Hidráulica, en mapa topográfico modificado del área en análisis.


55

LQ


RECTIFICACION CANAL

Plan: MODELACION RECTIFICACION

03/01/2014

RS = 213 i nicio de la modelacion .03

.03

.03

2094


2092



2090

2088

2086 -100

-80

-60

-40

-20

0

20

Station(m)

Figura 19. Sección 213. Inicio de la Modelación. Comparar con la Figura 8.


40

60

56

LQ


RECTIFICACION CANAL


03/01/2014

RS = 200 .03

.03

.03

2094


2092



2090

2088

2086 -200

-150

-100

-50 Station(m)

Figura 20. Sección 200. Comparar con la Figura 9.


0

50

57

LQ


RECTIFICACION CANAL


03/01/2014

RS = 100 .03

.025

.03

2092


2091


2090

BankSta


2089

2088

2087

2086 -120

-100

-80

-60

-40

-20

0

Station(m)



20

40

60

58

LQ


RECTIFICACION CANAL


03/01/2014

RS = 80 .03

.025

.03

2092


2091


2090

BankSta


2089

2088

2087

2086 -120

-100

-80

-60

-40

-20

0

Station(m)



20

40

60

59

LQ


RECTIFICACION CANAL


03/01/2014

RS = 40 .03

.025

.03

2092


2091


Ground BankSta


2089

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50 Station(m)



0

50

60

LQ


RECTIFICACION CANAL


03/01/2014


.03

.03

2092


2091


Ground BankSta


2089

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50 Station(m)



0

50

61

LQ


RECTIFICACION CANAL

Plan: MODELACION RECTIFICACION RS = 24.5

03/01/2014

BR

.03

.03

.03

2092


2091


Ground BankSta


2089

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50 Station(m)

Figura 25. Sección 24.5.


0

50

62

LQ


RECTIFICACION CANAL


03/01/2014


.03

.03

2092


2091


Ground BankSta


2089

2088

2087

2086

2085 -150

-100

-50 Station(m)



0

50

63

LQ


RECTIFICACION CANAL


03/01/2014

RS = 0 .03

.03

.03

2091


2090


2089

BankSta


2088

2087

2086

2085 -120

-100

-80

-60

-40

-20

Station(m)



0

20

40

64

LQ


6.3.1. Tablas de Resultados de la Simulación. Los resultados de la modelación se presentan en la tabla 28, no encontrando variación en el régimen de Flujo, ni se observan cambios significativos en la elevación de la lámina de agua, con respecto a los resultados presentados en la modelación del canal actual resultados que se presentaron en la tabla 25. Reach

River Sta

Profile

Min Ch El (m) 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

W.S. Elev (m) 2088.41 2089.38 2089.90 2090.92 2091.12 2091.36

Crit W.S. (m)

2.33 5 años 10 años 25 años 50 años 100

Q Total (m3/s) 54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

E.G. Elev (m) 2088.84 2089.53 2090.02 2090.99 2091.21 2091.47

E.G. Slope (m/m) 0.006540 0.001712 0.001047 0.000399 0.000472 0.000581

Vel Chnl (m/s) 2.90 1.94 1.76 1.35 1.52 1.76

Flow Area(m2) 18.75 57.13 86.50 150.16 163.42 180.58

Top Width(m) 15.41 52.74 58.46 64.94 66.73 79.75

Froude # Chl 0.77 0.43 0.35 0.23 0.25 0.28


213 213 213 213 213 213


200 200 200 200 200 200


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

2088.47 2089.41 2089.92 2090.92 2091.12 2091.36

2087.66

2088.74 2089.50 2090.00 2090.98 2091.20 2091.46

0.002393 0.000701 0.000535 0.000261 0.000380 0.000506

2.36 1.61 1.56 1.28 1.59 1.89

26.24 75.62 104.94 166.95 180.76 201.95

49.30 55.30 58.92 64.45 78.87 104.49

0.51 0.29 0.26 0.19 0.23 0.27


100 100 100 100 100 100


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

2088.26 2089.07 2089.56 2090.66 2090.74 2090.83

2088.53 2089.36 2089.89 2090.92 2091.11 2091.33

0.001824 0.002210 0.001831 0.000916 0.001273 0.001647

2.31 2.41 2.55 2.27 2.72 3.14

23.39 37.02 48.49 75.20 77.22 79.66

12.81 23.08 23.67 24.99 25.08 25.20

0.55 0.61 0.57 0.42 0.49 0.56


80 80 80 80 80 80


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00 2086.00

2087.74 2088.31 2089.03 2090.55 2090.57 2090.55

2089.95

2088.43 2089.23 2089.78 2090.89 2091.07 2091.27

0.006553 0.006315 0.006308 0.001278 0.001897 0.002743

3.67 4.26 3.85 2.57 3.14 3.76

14.73 20.95 32.11 66.52 66.83 66.44

10.73 11.41 21.65 23.48 23.50 23.48

1.00 1.00 1.01 0.49 0.59 0.71


40 40 40 40 40 40


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.40 2085.40 2085.40 2085.40 2085.40 2085.40

2087.57 2088.32 2088.95 2090.59 2090.62 2090.64

2089.56

2088.00 2088.83 2089.47 2090.82 2090.96 2091.11

0.003533 0.002817 0.003506 0.000787 0.001138 0.001582

2.90 3.16 3.19 2.15 2.60 3.08

18.65 28.27 38.80 86.37 88.71 90.01

12.38 13.28 22.28 61.49 67.37 70.42

0.75 0.69 0.77 0.39 0.47 0.55


27 27 27 27 27 27


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20

2087.54 2088.33 2088.94 2090.63 2090.71 2090.78

2087.21 2087.74 2088.16 2088.66 2089.02 2089.36

2087.92 2088.75 2089.41 2090.78 2090.90 2091.03

0.004649 0.003363 0.002966 0.000672 0.000884 0.001093

2.76 2.86 3.01 1.89 2.20 2.48

19.59 31.16 41.04 132.25 142.37 153.07

13.41 15.50 16.96 134.10 138.87 143.74

0.73 0.64 0.62 0.31 0.36 0.40

INT-SOC

24.5


22 22 22 22 22 22


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20 2085.20

2087.21 2087.74 2088.16 2088.66 2089.03 2089.36

2087.21 2087.74 2088.16 2088.66 2089.03 2089.36

2087.84 2088.55 2089.12 2089.79 2090.27 2090.72

0.009302 0.008619 0.008346 0.008019 0.007758 0.007690

3.51 3.98 4.34 4.71 4.94 5.18

15.42 22.41 28.49 36.28 42.45 48.26

12.52 13.98 15.08 16.27 17.16 17.92

1.01 1.00 1.01 1.01 1.00 1.01


0 0 0 0 0 0


54.07 89.23 123.69 170.93 209.74 250.00

2085.00 2085.00 2085.00 2085.00 2085.00 2085.00

2086.91 2087.51 2088.00 2088.70 2088.97 2089.20

2086.91 2087.51 2088.00 2088.70 2088.97 2089.20

2087.58 2088.32 2088.87 2089.35 2089.61 2089.83

0.009227 0.008637 0.008422 0.005067 0.004729 0.004523

3.61 4.00 4.12 3.67 3.73 3.80

14.97 22.30 30.00 52.83 67.17 81.31

11.42 13.78 17.61 48.19 58.60 67.29

1.01 1.00 1.01 0.81 0.80 0.79

2087.74 2088.31 2089.03

Bridge


65

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6.4.


ANÁLISIS ACERCA DEL COMPORTAMIENTO DEL RÉGIMEN DE FLUJO DEL TRAMO A RECTIFICAR.

La velocidad de las secciones no modificadas (secciones 200, 213, 0, 22 y 27), en general presentan las mismas velocidades al interior del canal; sin embargo y como es de esperarse, las secciones 40, 80 y 100 a modificar aumentan la velocidad a casi el doble de la que se tenía inicialmente, por lo que será necesario incrementar el valor n de Manning, mediante la siembra de especies nativas en la berma del canal y en las márgenes. La estructura en llantas de las márgenes izquierda y derecha evitara la erosión de estas y con ello las modificaciones en cauce que se vienen presentado, pudiendo recuperar los terrenos que se han perdido. Con respecto a las secciones 27 y 22, antes y después del puente de TINTORIENTE, se observa como las velocidades no cambian, lo cual es importante debido a la estabilidad del puente, pues garantiza la invariabilidad de las condiciones para no tener problemas con la infraestructura pública construida. Es de resaltar que en las secciones 40, 80 y 100 se contienen los caudales con periodo de retorno de hasta 100 años, lo cual es significativo y mejora las condiciones hidráulicas del canal. A su vez, el canal interior del diseño (canal entre bermas de la figura 17 con un ancho de sección de 12 metros), contiene las avenidas máximas con un periodo de recurrencia de 5 años (89 m 3).

6.5.

Soporte Digital de los Cálculos Realizados.

Estos se anexan en CD.


66

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7. CONCLUSIONES. 1. El cálculo hidrológico nos muestra un área de cuenca relativamente grande (126.86 km2), que se encuentra localizada en una zona con precipitaciones relativamente altas (entre 1750 y 2200 mm de media anual), lo que arroja caudales elevados para periodos de retorno bajos. 2. De acuerdo a las fotografías aéreas entre los años 2005 y 2013, se presenta una variación de cauce de unos 130 metros debido a la erosión en margen izquierda de la quebrada la Mosca, a la altura de las empresas SOCODA e INTERPLAST. 3. El Tramo modelado se encuentra dentro de la parte baja de la cuenca de la quebrada La Mosca, caracterizado por tener una pendiente inferior al 1% (0.6 %), ser incisado y profundo en forma de U de sección continua (mínima de 12 m), pero insuficiente para transportar los caudales calculados para los periodos de retorno de 5, 10, 25, 50 y 100 años, debido a su carácter meándrico (poca pendiente) y falta de capacidad hidraúlica. 4. Se practicaron 2 modelaciones hidráulicas, la primera en las condiciones actuales de cauce y la segunda con una variación de 130 metros en la línea de cauce y con una sección hidráulica diseñada de acuerdo a las condiciones presentadas por la quebrada en el año 2005. 5. La primera modelación se realizó en nueve (9) secciones, en las que se observa como los caudales medios calculados son evacuados para periodos de retorno de 2.33 años sin superar el cauce activo; sin embargo y debido al carácter de la cuenca, su alta torrencialidad y bajas pendientes (régimen laminar), los niveles de lámina de agua alcanzan elevaciones por encima del cauce activo para periodos de retorno de 5, 10, 25 50 y 100 años. La baja pendiente en los 260 m de modelación hacen que el flujo sea del tipo laminar y la corriente sea meándrica. 6. La sección 24.5 corresponde a la sección en donde se ubica el puente a la altura de TINTORIENTE, cuya sección hidráulica es insuficiente para evacuar caudales con periodo de retorno superiores a 10 años.


67

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7. Se utilizaron como cotas de modelación, las entregadas por la Topografía practicada en el área del proyecto, en donde se asume por inspección con la plancha IGAC 147 que la cota 95 de la topografía equivale a la 2087 de la plancha. 8. El cálculo hidráulico se realiza con las alturas determinadas por la altura crítica para los distintos caudales encontrados en los distintos periodos de retorno. 9. No se presentan variaciones en altura superiores a los 0.3 m en el tramo en análisis de lámina de agua entre una modelación y otra (con obra o sin obra). 10. La rectificación de cauce y del nuevo canal, mejoran la capacidad hidráulica de la quebrada en un tramo de 130 metros, volviendo su trayecto al encontrado en el año 2005, lo que posibilita la recuperación de terrenos perdidos. 11. Dicha rectificación reduce el recorrido del trayecto en unos 40 metros, lo cual ocasiona el incremento en la velocidad de circulación de aguas que podrá ser controlado con la protección en muros en llantas de las márgenes. 12. Con la rectificación no se afectan las obras aguas abajo encontradas como es el caso del puente a la altura de TINTORIENTE, en donde las velocidades de transito se mantienen. 13. Las condiciones de borde para la modelación hidráulica se hacen en régimen subcrítico (laminar) y con altura crítica (F = 1), pero los resultados muestran que los cálculos se efectuaron con números de Froude muy por debajo de 1. 14. Respecto a los niveles de inundación para los distintos periodos de retorno, de acuerdo a las modelaciones no se variaran las alturas por la obra construida en las secciones no intervenidas.


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ANEXOS


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Foto 1. Erosion en margen izquierda

Foto 2. Vista despues de un aguacero

Foto 3. Vista hacia aguas arriba del tramo a intervenir

Foto 4. Meandro conformado que ha erosionada margen izquierda

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Foto 5. Morfometria de los terrenos en margen izquierda

Foto 6. Morfometria de los terrenos en margen izquierda

Foto 7. Puente a la altura de TINTORIENTE.

Foto 8. Sección aguas abajo del puente de TINTORIENTE.

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Foto 9. Margen derecha

Foto 10. Ancho de vía y del puente de TINTORIENTE

Foto 11. Toma de secciones en quebrada por la Topografía

Foto 12. Topografía del tramo en análisis.

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Plano 1 de 3.

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Plano 2 de 3.

Estudio Hidrologico Quebrada La Moscav4

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