Escrito Proyecto Rio Zanatenco [PDF]

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ESTUDIO HIDROLOGICO PARA LA OBRA DE PROTECCIÓN Y TOMA UBICADA EN EL RIO ZANATENCO, CHIAPAS

1

PROFESOR: ING. RICARDO GARCIA VALDIVIA ALUMNA: AZUETA TABLADA VANIA GABRIELA

INDICE 1. GENERALIDADES

4

1.1 INTRODUCCION

4

1.2 UBICACIÓN PROYECTO

5

2. ESTUDIO CLIMATOLOGICO

6

2.1 ESTACIONES CLIMATOLOGICAS

6

2.2 INTENSIDAD DE LLUVIA

8

2.3 CURVAS (i-d-Tr)

9

3. ESTUDIO HIDROLOGICO

9

3.1 FISIOGRAFIA

10

3.2 COBERTURA DEL SUELO

12

3.3 GASTO DE DISEÑO

12

4. ESTUDIO POTOMOLOGICO

15

4.1 FORMA DEL CAUCE

15

4.2 MODELO DEL TERRENO

15

5. CONTROL DE AVENIDA

16

5.1 SECCIONES NATURALES DEL TERRENO

16

5.2 SECCIONES MODIFICADAS GEOMETRICAMENTE

18

5.3 PUENTE

20

6. SOCAVACIÓN

22

6.1 SOCAVACIÓN M17-1

24

6.2 SOCAVACIÓN M17-2

27

6.3 SOCAVACIÓN M17-3

30

6.4 SOCAVACIÓN M17-4

33

6.5 MODIFICACION SECCION Y PUENTE

36

2

7. OBRA DE TOMA 7.1 SOCAVACION

36 38

7.1.1 SOCAVACIÓN M17-1

38

7.1.2 SOCAVACIÓN M17-2

38

7.1.3 SOCAVACIÓN M17-3

39

7.1.4 SOCAVACIÓN M17-4

39

7.2 PERDIDAS POR FRICCION DE LA REJILLA

40

7.3 DIAMETRO Y PERDIDAD DE FRICCION DE TUBERIA

41

7.4 CAMPANA DE SUCCION

42

7.5 ELEMENTOS GEOMETRICOS DEL CARCAMO DE BOMBEO

42

3

1. GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCIÓN Se denomina obra de toma al conjunto de estructuras que se construyen con el objeto de extraer el agua de forma controlada y poder utilizarla con el fin para el cual fue proyectado su aprovechamiento. De acuerdo con el aprovechamiento se proyectan obras de toma para presas de almacenamiento, presas derivadoras, plantas de bombeo y tomas directas en corrientes permanentes. En el caso de las presas de almacenamiento, la función de la obra de toma depende de los objetivos del almacenamiento y así se tienen tomas para generación de energía eléctrica, para riego, dotación de agua potable, desvío de la corriente durante la construcción y como desagües para el vaciado rápido del vaso. Las obras de toma para abastecimiento de agua se utilizan en presas para controlar, regular y derivar el gasto hacia la conducción. Su importancia radica en que es el punto de inicio del abastecimiento, por lo que debe ser diseñada cuidadosamente para evitar un déficit en el suministro o en encarecer innecesariamente los costos del sistema por un sobredimensionamiento. La subvaluación en la capacidad de la toma genera un servicio de agua deficiente durante los periodos de máxima demanda, que se reflejan en la imposibilidad de entregar el caudal requerido o dejar tramos de la red de distribución sin suministro. Por otra parte, la sobrevaluación, además de encarecer los proyectos de obra, hace que la operación hidráulica sea deficiente, ya que puede implicar, en el caso de servicios entubados, bajas presiones. Las obras de toma pueden también funcionar como reguladoras, para dar salida a aguas temporalmente almacenadas en el espacio destinado al control de avenidas, o para desalojar con anticipación a la llegada de avenidas. Además, las obras de toma en presas pueden servir para vaciar el vaso cuando se hace necesario inspeccionarlo, hacer reparaciones indispensables, o para mantener el paramento mojado de la presa u otras estructuras normalmente inundadas. Las obras de toma pueden también auxiliar para descargar el vaso cuando se desean controlar peces inútiles u otros animales acuáticos en el vaso. El dimensionamiento de las obras de toma incluye como base, el conocimiento de la demanda de agua en sus diferentes usos (agrícola, ganadero o doméstico), así como los niveles de operación, mínimos y máximos, del cuerpo de agua de la fuente (presa, rio, corriente superficial, manantial, etc.)

4

1.2 UBICACIÓN DEL PROYECTO El proyecto se encuentra ubicado en el Río Zanatenco, el cual se ubica en la parte noroeste del municipio de Tonalá, Chiapas, dentro de la región Istmo Costa. El 40% de la cuenca del Río Zanatenco forma parte de la Reserva de la Biosfera "La Sepultura". El Río Zanatenco, nace en las partes altas de la Sierra Madre de Chiapas, dentro de la Reserva de la Biosfera "La Sepultura", donde obtiene la mayor captación de agua de lluvia generando los ríos donde la confluencia de los escurrimientos fluviales le dan origen, y baja hasta desembocar en los esteros de la costa del Pacífico, creando un ecosistema donde se mantiene y reproducen una gran diversidad de peces y crustáceos de gran importancia económica y para el equilibrio ecológico. En la cuenca se encuentran asentadas 37 localidades con una población total de 48,680 habitantes.

5

2. ESTUDIO CLIMATOLÓGICO La fase inicial ha consistido en una recopilación exhaustiva de los datos existentes en la CONAGUA, tanto por su proximidad a la traza como por las longitudes de las series de datos que proporcionan.

2.1 ESTACIONES CLIMATOLÓGICAS A continuación se indica la estación que finalmente se seleccionó para el proyecto. ESTACION 7168

NOMBRE TONALA

ESTADO CHIAPAS

SITUACION OPERANDO

LATITUD 0016.084

LONGITUD -093.744

ALTITUD 55 msnm

Se utilizó esta estación pues es la única operando actualmente que se encuentra cerca en la zona de estudio.

ESTACIÓN TONALA

La precipitación es el principal elemento del ciclo hidrológico y se encuentra ligada con el proceso del escurrimiento, puesto que en la medida en que las descargas pluviales saturan el suelo, se inicia la escorrentía directa. La evaluación de la precipitación media depende principalmente de la cantidad y calidad de la información que se ha generado en la red de estaciones climatológicas cercanas, 6

en este caso se ha seleccionado la de la estación Tonalá, con periodo de operación entre 1961 y 2013, que corresponde a un total de 52 años efectivos de operación. La precipitación media anual en el proyecto de interés se considera, con base a la estación mencionada. La información de lluvias mensuales y anuales de dicha estación se muestra a continuación. LLUVIA MAX 24 H. AÑO

ENE

FEB

MAR

APR

MAY

JUN

JUL

AUG

SEP

OCT

NOV

DEC

1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2012 2013

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 47 0.8 0 0 5.3 0 12.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 3 3.5 0 5 0 28 0 0 0 0 7.6 20.2 0 3 0 1.1 0 0.2 0 58.1 26.9 0 0 0 0 0 0 13.4 0 1

0 0 2 0 0 0 2 0 3.3

31 9.5 20 44 29 18.5 5.5 12 21.3 0 10.3 58.3 10.6 37 0 79.8 18 34.9 25.9 17.9 15.7 9.5 0 0 13.3 49.7 0 0 2.2 23.5 1.2 46 11.1

87.5 139 87 111 80 52.5 44.5 73 66.5 77.3 48 55.8 71.2 120.5 29.7 43 33.9 48.3 53.7 21 217.1 39.8 56.9 49.4 60.3 60 75.8 65.8 113 74.4 71.9 82.2 87.4 36.6 74.8 43.3 91.7 87.5 89

0

75.5 60 290 67 88 93 148 115 125.8 70.1 51.3 51.5 119 142.8 40.8 60.3 35.2 66.5 68.2 257.5 53.8 125.4 23.2 149.6 42.8 33.5 62.1 214.8 208.5 50.2 73 72.3 171.7 50.9 55.1 56 62.4 180.8 96 92.1 51.8 136.4 115.4 47.1 92.2 50.5 59.1 121.8 55.4

9 74 0.1 21 30.5 20 71 38 42.2 20 66 52 31.7 4 21.7 22.9 54.3 68.6 57.9 6.9 32.3 24.2 76 23.5 21.2 24.1 0 63 43.7 22.8 46.8 8.6 60.9 85 40.5 6.5 72 44.6 22 23.8 33.5 32.2 71.5 90.9 269.6 115.7 144.8 44.4

86.5 0 130 3 0 0.5 0 15.3 0 0 1.2 24.5 4.6 8.2 1.3 12.9 4.4 9.7 0 0 0.1 19.1 3.4 0.5 75.8 7.3 0 6.6 17 5.5 0 17.8 0 18.8 22.2 2.7 165.2 96.4 1 26.9 1 17.5 7.9 13.9 12.8

2 0 0 1.5 0 0 7.5 3.5 0 10.5 0 0 0 0 0.1 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6.8 0.2 0 0 0

0 0 0 0 0 7.4 0 0 0

31 79 47 59 43.5 42 38 37 70.2 64.5 47.2 88.2 151 36.8 54.2 51 33 79.6 74.8 58.7 111.2 16.2 30.1 61.8 95.4 77.5 32.5 85.3 56.8 75.1 105.3 59 87.4 28 230.6 112.6 38.2 94 45 55.3 49.3 19.8 110.5 77.5 120 86.5 71.9 42.3 73.1

0

60

112

0 6.3 0 3

18.6 11.8 10.8 0 14

33.5 26 36 40 90 83 44.8 80 6.5 24.5 23 55 82 103.8 45.2 68.1 84 57.9 44.3 81.3 59.6 114.9 15.3 66 53.4 107.1 32.1 32.2 29.2 35.7 75.3 36.7 21.9 60.3 142.2 73 58 28 36

0.3 2.8 0 0 0 0

2 0 0 1 9 0 29 0 3.1

0.3 10.5 0 2.3 7.9 12 39.6 7.3 12.5

20.1 25.1 42.7 67.2 79.2 55.8 88.1 46 64.3

39.1 39.2 54.2 57 124.2 70.6 52.3 125.4 128

96 73 94 69 30 63 54 67 71.5 96.8 21 40.8 64.9 79.5 46.7 58.4 23.5 82.9 69.3 96.2 111.2 39.7 63.5 69.1 84.7 74.3 56.9 90.2 58 58 34.8 42.3 82.5 32.7 56 70.8 36 59.3 74 50.2 57.1 64.1 35.7 51.1 114.5 312.7 98.8 88.8 39.4

0

0

5

255

63.3

57.7

0 0 0 0 14.3 7

0 6 0 64.5 9 0 0 3.6 0.6 0 1.8 1.3 60.2 0 9.6 0 0.5 0 0 0 2.3 25.1 0 8.1

10.4 103.7

0 1.2 0 0 1.1

2.5 3.9 0

0.9 0

2.5 0

96 139 290 111 90 93 148 115 125.8 96.8 66 88.2 151 142.8 54.2 79.8 84 82.9 74.8 257.5 217.1 125.4 76 149.6 95.4 107.1 75.8 214.8 208.5 75.1 105.3 82.2 171.7 85 230.6 112.6 165.2 180.8 96 92.1 57.1 136.4 115.4 90.9 269.6 312.7 144.8 125.4 128 10.4 255

7

2.2 INTENSIDAD DE LLUVIA Ecuación de Bell Bell (1969) propuso una fórmula para determinar las curvas IntensidadDuración-Periodo de retorno, a partir de las lluvias con duraciones hasta de 120 minutos. Esta fórmula permite estimar la altura de lluvia para una cierta duración entre 5 y 120 minutos y periodo de retorno entre 2 y 100 años, si se conoce la altura de lluvia con duración de una hora. La ecuación es la siguiente: t PTr = (0.35LnTr + 0.76)(0.54t 0.25 − 0.50) 25.32

La ecuación es válida para 2 años ≤ T ≤ 100 años y 5 minutos ≤ t ≤ 120 minutos Donde 𝑡 𝑃𝑇𝑟 Es la precipitación en mm para una duración de t minutos y periodo de retorno de T años;

𝑃260 Es la precipitación en mm para una duración de 60 minutos y periodo de retorno de 2 años; t Es la duración de la lluvia entre 5 y 120 minutos, en minutos; T Es el periodo de retorno en años. Aplicando la ecuación de Bell se obtuvieron los siguientes datos No.

Tr

Hp (mm)

1 2

2 5

108.5 194.2

3 4 5 6 7

10 20 50 100 200

238.3 265.6 297.3 320 342.3

8 9

500 1000

371.6 393.5

10 11

2000 5000

415.4 444.1

5 16.725 22.074 26.121 31.471 35.518 39.565

10 25.035 33.042 39.100 47.108 53.166 59.223

15 30.607 40.397 47.803 57.593 64.999 72.405

20 34.917 46.086 54.535 65.704 74.153 82.602

30 41.543 54.832 64.884 78.172 88.225 98.277

45 48.876 64.511 76.337 91.971 103.798 115.625

60 54.549 71.998 85.197 102.646 115.845 129.044

Duraciones (min) 90 120 63.270 70.016 83.508 92.412 98.817 109.354 119.056 131.750 134.365 148.691 149.675 165.633

150 75.593 99.773 118.064 142.244 160.536 178.827

180 80.387 106.100 125.551 151.264 170.716 190.167

220 85.921 113.405 134.196 161.679 182.470 203.260

250 89.595 118.253 139.933 168.591 190.271 211.950

300 95.041 125.442 148.439 178.840 201.838 224.835

320 97.030 128.066 151.545 182.582 206.060 229.538

350 99.844 131.781 155.940 187.878 212.037 236.196

5 200.696 264.892 313.455 377.651 426.214 474.777

10 150.208 198.255 234.601 282.648 318.994 355.340

15 122.427 161.587 191.211 230.372 259.996 289.619

20 104.751 138.258 163.604 197.111 222.458 247.805

30 83.087 109.663 129.768 156.345 176.449 196.554

45 65.169 86.014 101.783 122.629 138.397 154.166

60 54.549 71.998 85.197 102.646 115.845 129.044

Duraciones (min) 90 120 42.180 35.008 55.672 46.206 65.878 54.677 79.370 65.875 89.577 74.346 99.783 82.817

150 30.237 39.909 47.226 56.898 64.214 71.531

180 26.796 35.367 41.850 50.421 56.905 63.389

220 23.433 30.929 36.599 44.094 49.764 55.435

250 21.503 28.381 33.584 40.462 45.665 50.868

300 19.008 25.088 29.688 35.768 40.368 44.967

320 18.193 24.012 28.415 34.234 38.636 43.038

350 17.116 22.591 26.733 32.208 36.349 40.491

Tr 2 5 10 25 50 100 Tr 2 5 10 25 50 100

=

𝑃 𝑃2

𝑟 𝑟

=

(𝑇𝑟 2 𝑡 𝑃𝑇𝑟 = 0.35

𝑃2

𝑟

)

+ 0.76 0.54

=

0.5

0.25 − 0.50

𝑃260

=

(K)= (Hp)= 𝑡 𝑃𝑇𝑟 = 0.35

0.5 108.5

+ 0.76 0.54

54.25

0.25 − 0.50

min

25.32

8

2.3 CURVAS I-D-TR A partir de estos los datos anteriores se generan las curvas i-d-Tr. Curvas I-D-Tr

Tr

450

25.0884221

10

29.6878887

25

35.7680528

Tr=25

50

40.3675194

Tr=50

100

44.966986

Tr=2

400

Tr=5

Intensidad de Lluvia

350

Tr=10

300

i

5

250 200 150 100 50 0

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Duracion (min)

3. ESTUDIO HIDROLÓGICO Cuando se desea desarrollar una nueva infraestructura es necesario realizar un estudio hidrológico o estudio hidráulico; ya que si dichos proyectos discurren en las proximidades de los cauces de los ríos, de un arroyo o de otras masas de agua de propiedad pública, pueden verse afectadas por tu obra. Por ello, se realizan los estudios de hidrología y los estudios de inundabilidad, que regulan las diferentes confederaciones hidrográficas. El estudio hidráulico en definitiva, es un documento que define cuáles son las consecuencias hidráulicas que una obra o proyecto puede llegar a afectar el estado de una cuenca hidrológica que le corresponde. Para realizar este estudio se delimitan las zonas del proyecto. Esto tiene como objetivo definir exactamente el cauce de una cuenca hidrográfica y sus características físicas. Luego, se realiza un estudio hidráulico del cauce para obtener los perfiles transversales y los puntos donde existe algún elemento especial, como bien podría ser un vado o un estrechamiento del cauce.

9

3.1 FISIOGRAFÍA Ya conocido el sitio de estudio, se hizo el trazo de la cuenca y se obtuvieron sus características fisiográficas que a continuación se muestran

DATOS DE LA CUENCA AREA (km2) ESCURRIMIENTO MAS LARGO (km)

199.57 28.73

Mediante el criterio de Taylor Shwartz se la pendiente media del cauce y posteriormente el tiempo de concentración se analizó con el método de Kirpich, método de Rowe y método de SCS, de donde se seleccionó para su uso el resultado obtenido por el método de Kirpich pues fue el más acertado.

10

PENDIENTE MEDIA DEL CAUCE CRITERIO DE TAYLOR SHWARTZ

Tramos

Longitud del Tramo Longitud Acumulada Cota de Inicio Cota de llegada Pendiente

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Σ

256 325 210 300 340 250 261 920 1742 3073 6897 14156

255.59 580.12 790.12 1090.11 1430.11 1680.11 1940.63 2860.63 4602.58 7675.88 14572.6 28728.4

1300 1200 1100 900 800 700 600 500 400 300 200 100

1200 1100 1000 800 700 600 500 400 300 200 100 0

0.3913 0.3081 0.4762 0.3333 0.2941 0.4000 0.3838 0.1087 0.0574 0.0325 0.0145 0.0071

Perfil del Cauce 408.62 584.63 304.32 519.59 626.93 395.28 420.50 2790.50 7270.32 17037.56 57274.84 168423.09 256056.17

1400 1200 1000 800 600 400 200 0

100000

10000

1000

100

S = 0.0126

TIEMPO DE CONCENTRACION

METODO DE ROWE

METODO DE KIRPICH (0.000325)( T=

0. 7

)⁰̇̇⁷⁷ 4.746

hrs.

T=

0

METODO SCS . 5

5

30 5(

2.989

hrs.

T=

0.

0)

2.9356

hrs.

11

3.2 COBERTURA DEL SUELO El término "cobertura de suelo" se refiere a la descripción del material físico en la superficie de la Tierra, diferenciándose así del término "uso de suelo", el cual está definido por las asignaciones derivadas de la actividad humana en un territorio. Sin embargo, ambos están estrechamente relacionados, razón por la que muchos proyectos combinan el mapeo de uso y la cobertura de suelo. Para el estudio del sitio se hizo uso de las cartas edafológicas, donde se muestra la cobertura del suelo, esta carta se presenta a continuación

Esta carta se ocupó para poder calcular los gastos de diseño que se ocuparan en los modelos hidrológicos.

3.3 GASTOS DE DISEÑO Para el cálculo del gasto de diseño de ocuparon dos métodos, el método Racional y el método de Ven Te Chow. Donde se calcularon los coeficientes respectivamente con el uso de la carta edafológica, los resultados se presentan a continuación. Se utilizó el resultado del método Racional.

12

METODO RACIONAL

COEFICIENTE PONDERADO

COEFICIENTE ZONA Zona Suburbana Praderas Zona Boscosa

TIPO

Min

Max

C

A (Km2)

A*C

Zona Suburbana

0.10

0.30

0.20

2.5096

0.5019

Suelos Arenosos Con Pendientes Medias

0.10

0.15

0.13

85.4590

10.6824

Pendiente Superior 7%

0.35

0.58

0.47

95.3914

44.3570

Planos

0.31

0.48

0.40

Areas De Cultiv o

16.2115

6.4035

199.5714

61.9448

Tr

I

5

25.088

10 25 50 100

29.688 35.768 40.368 44.967

C.P= 0.3104

= 0.27

Tr= 5

Tr= 10

Tr= 25

Tr= 50

Tr= 100

C= i= A=

0.3104 25.088 199.5714

C = 0.3104 i= 29.688 A = 199.5714

C = 0.3104 i= 35.768 A = 199.5714

C = 0.3104 i= 40.368 A = 199.5714

C = 0.3104 i= 44.967 A = 199.5714

Q=

432.0390807

Q = 511.24491

Q = 615.94932

Q = 695.15516

Q = 774.36099

13

METODO VEN TE CHOW = S= N= P= A= =

NUMERO DE ESCURRIMIENTO N DE LA CUENCA Tipo de suelo Uso de la tierra o cobertura D Selv a mediana subperennifolia D Pastizal inducido D Pastizal cultiv ado D Cultiv o permanente temporal C Bosque mesófilo de montaña C Zona urbana

N 76 84 84 88 62 90 =

A (km²) 100.9639 58.3540 19.9817 1.7248 16.0576 2.4895 199.5714

DATOS 28728.24 m 0.0126 78.292 320 mm 2 199.5714 300 min

x= =(

)0.6

0.00505

Q= 2.7

N*A 7673.2549 4901.7355 1678.4610 151.7850 995.5705 224.0529 15624.8597

NP= 78.292

A (Km2)

L (m)

S (m/m)

TIPO DE SUELO

N

d (Hr)

Intensidad (mm/hr)

P=id (cm)

Pe (cm)

Fac. Esc. (cm/hr) (X)

199.5714

28728.24

1.26

C,D

78.292

5

25.09

12.545

6.822165111

1.364433022

199.5714

28728.24

1.26

C.D

78.292

5

29.69

14.845

8.815745927

199.5714

28728.24

1.26

C.D

78.292

5

35.77

17.885

199.5714

28729.24

1.26

C.D

78.292

5

40.37

199.5714

28730.24

1.26

C.D

78.292

5

44.96

Tp (hr)

d/Tp

Fac. red.(Z)

Q (m³/s)

3.345727582 1.49444325

0.8

605.599222

1.763149185

3.345727582 1.49444325

0.8

782.568113

11.54269608

2.308539217

3.345727582 1.49444325

0.8

1024.63773

20.185

13.65483466

2.730966933

3.345802117 1.49440996

0.8

1212.13092

22.48

15.79301915

3.15860383

3.345876651 1.49437667

0.8

1401.93618

14

4. ESTUDIO POTOMOLÓGICO 4.1 FORMA DEL CAUCE Se obtuvieron los datos con un Grid de Puntos del sitio, así con ayuda del programa Civil CAD se pudieron obtener las curvas de nivel y la forma del cauce analizado. A continuación se muestran imágenes del cauce

4.2 MODELO DE TERRENO Después de tener ubicado el cauce, se realizaron secciones mediante el programa Civil CAD para así obtener las secciones del terreno, que posteriormente servirían para realizar el modelo hidrológico en Hec Ras.

15

5. CONTROL DE AVENIDA 5.1 SECCIONES NATURALES DEL TERRENO Una vez obtenidas estas secciones en Civil CAD, se obtuvieron sus coordenadas para asi poderlas ingresar al programa de Hec Ras, asi como el gasto para un periodo de retorno de 100 años obtenido por el Método Racional. Se obtuvieron las siguientes secciones (checar PDF Perfiles Naturales) y se observa de la siguiente manera

16

Se observa que el cauce se desborda por lo que se deben crear bordos para el control de avenidas.

17

5.2 SECCIONES MODIFICADAS GEOMETRICAMENTE Se modificaron las secciones donde existía un desborde a causa del caudal para un Tr=100 años, en el programa de Hec Ras, haciendo que ya no se desbordara el cauce en estudio. Se obtuvieron las siguientes secciones (abrir PDF Perfiles Bordos) y se observa de la siguiente forma

18

Se puede observar que el cauce ya no se desborda y posteriormente se introducirá un puente.

19

5.3 PUENTE Se introdujo un puente entre las secciones 30 y 29 con un ancho de 20m, cuenta con dos pilas cuya longitud es de 5m. Al introducir el puente se modificaron las características del cauce como su velocidad, pues después del puente en las secciones aguas abajo las velocidades aumentaron. Se obtuvieron las siguientes secciones (abrir PDF Perfiles puente). Se observa de la siguiente forma

20

21

6. SOCAVACIÓN Se denomina socavación a la excavación profunda causada por el agua. Uno de los tipos de erosión hídrica, puede deberse al embate de las olas contra un acantilado, a los remolinos del agua, especialmente allí donde encuentra algún obstáculo la corriente, y al roce con las márgenes de las corrientes que han sido desviadas por los lechos sinuosos. En este último caso es más rápida en la primera fase de las avenidas. La socavación provoca el retroceso de las cascadas y de los acantilados que, al ser privados de apoyo en su base, se van desplomando progresivamente. También representa un papel esencial en la formación y migración de los meandros. Los fenómenos naturales siempre han existido y son impredecibles, si bien hoy en día se cuentan con metodologías que permiten tener una aproximación bastante razonable de un fenómeno natural tal como un huracán, un tsunami e incluso una erupción volcánica, la realidad es que aún se está lejos de predecir con exactitud la magnitud de varios incidentes naturales como los sismos. Uno de los principales problemas que afectan a los puentes que cruzan ríos con un caudal importante es el fenómeno de la socavación en la cimentación. Técnicamente la socavación no es otra cosa sino la erosión o descenso del fondo del cauce de un río durante el paso de una creciente (ordinario o extraordinario) al ser arrastrados los materiales que constituyen el lecho del cauce. La socavación afectará a la estructura en mayor o menor medida dependiendo de algunos factores como son la topografía, la profundidad del lecho del río, si su forma es muy irregular o no, si la pendiente longitudinal es muy pronunciada, si el ancho del río es muy grande y sobre todo si el tirante tiene una altura importante. También importa si los apoyos sobre el río presentan un esviaje importante y sobre todo, si están adecuadamente protegidos contra la socavación. Este fenómeno no es nuevo, se presenta con bastante regularidad en las estructuras que cruzan ríos y de no tomarse en cuenta en el diseño de la cimentación o bien si esta no está adecuadamente protegida, se pone en riesgo la estabilidad de la estructura y la seguridad de los usuarios.

22

Tipos de Socavación Socavación general: Este tipo de socavación ocurre de manera natural en los ríos independientemente de que exista o no un puente en su cauce y se desarrolla a corto o largo plazo. La de corto plazo ocurre durante una o varias avenidas separadas a intervalos cortos de tiempo y en general se recuperan el nivel original del fondo del cauce al reducirse la creciente. Por otro lado la de largo plazo requiere de largos periodos que van desde meses hasta varios años e implica una degradación progresiva del fondo del cauce y la erosión de los márgenes del río. Dicha degradación progresiva implica la disminución casi permanente del nivel del fondo debido a flujos muy prolongados, actividad humana como puede ser la construcción de presas, etc. La erosión de los márgenes del río es un fenómeno importante a tomarse en cuenta ya que puede ocasionar que la estructura se vea rodeada por el río al ser socavados los terraplenes de acceso y con ello los estribos o caballetes. Socavación Local: Ocurre por la interferencia de las pilas y estribos en el flujo de agua y se caracteriza por la formación de una poza alrededor de tales elementos o bien de forma adyacente a ellos. También se puede considerar socavación local la que ocurre a espigones y otro tipo de obras sobre ríos.

Se realizaron los cálculos de la socavación general y local para el estudio del puente, con ayuda de los datos de cuatro muestras del suelo que se tiene en el sitio.

23

6.1 SOCAVACION M17-1 SOCAVACION M17-1 ABERTURA (mm)

3

76.200

RETENIDO %PARCIA (gr) L 0.000

0.000

%PASA 100.000

2

50.800

0.000

0.000

100.000

1/2"

38.100

0.300

4.290

95.710

1"

25.400

1.650

23.600

72.110

3/4"

19.000

0.658

9.410

62.700

1/2"

12.700

0.964

13.790

48.910

3/8" 1/4"

9.500

0.548

6.300

0.362

7.840 5.180

0.518

7.410

28.480

10

2.000

0.144

7.860

20.620

20

0.841

0.092

5.020

15.600

30

0.595

0.056

3.060

12.540

40

0.420

0.032

1.740

10.800

60

0.250

0.066

3.610

7.190

100

0.140

0.088

4.800

2.390

200

0.074

0.036

1.960

0.430

Pasa 200

0.000

0.008

0.430

0.000

5.522

100.000

%PASA

76.200 50.800

100.000 100.00

100.000

38.100 25.400

95.71 72.11

90.000

19.000 12.700 9.500 6.300 4.760 2.000 0.841 0.595 0.420 0.250 0.140 0.074 0.000

62.70 48.91 41.07 35.89 28.48 20.62 15.60 12.54 10.80 7.19 2.39 0.43 0.00

Pi (%)

Di Pi

0.000

0.000

0.000

44.450

0.300

5.433

241.489

31.750

1.650

29.880

948.705

22.200

0.658

11.916

264.535

15.850

0.964

17.457

276.700

11.100

0.548

9.924

110.156

7.900

0.362

6.556

51.789

5.530

0.518

9.381

51.875

3.380

0.144

2.608

8.814

1.421

0.092

1.666

2.367

0.718

0.056

1.014

0.728

0.508

0.032

0.580

0.294

0.335

0.066

1.195

0.400

0.195

0.088

1.594

0.311

0.107

0.036

0.652

0.070

0.037

0.008

0.145

0.005

Ʃ=

100.000

1958.238

35.890

4.760

ABERTURA (mm)

Pi (gr)

63.500

41.070

4

Ʃ=

Di (mm)

50

Gravas

90.547

Arenas Finos

9.31 0.145 Ʃ=

=

13

=

19.58

Curva Granulometrica

80.000 70.000

% Pasa

MALLA

60.000

50.000 40.000

30.000 20.000

10.000 0.000 100.000

10.000

1.000

0.100

Abertura (mm)

24

99.855

Granulares

0.145 100.000

Cohesiv os

MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Q=

432.03

Q=

511.24

Q=

615.949

Q=

695.155

Q=

Tr =

5

Tr =

10

Tr =

25

Tr =

50

Tr =

100

A=

109.153

A=

127.474

A=

137.03

A=

145.55

A=

159.21

774.361

h=

2.74

h=

2.99

h=

3.29

h=

3.44

h=

3.695

S.L.A =

48.38

S.L.A =

50.52

S.L.A =

52.78

S.L.A =

53.8

S.L.A =

55.49

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

Be =

65.75

Be =

65.75

Be =

65.75

Be =

65.75

Be =

65.75

Vel Med =

1.21

Vel Med =

1.28

Vel Med =

1.37

Vel Med =

1.43

Vel Med =

1.48

145

Vc =

1.72

Vc =

1.75

Vc =

1.78

Vc =

1.79

Vc =

1.81

hm =

1.660

hm =

1.939

hm =

2.084

hm =

2.214

hm =

2.421

α=

2.823

α=

2.579

α=

2.755

α=

2.812

α=

2.697

β=

0.861

β=

0.890

β=

0.929

β=

0.958

β=

0.988

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

μ=

0.980

μ=

0.980

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Hs =

4.1998

Hs =

4.2699

Hs =

4.8669

Hs =

5.1078

Hs =

5.2951

SOCAVACION GENERAL

1.4598 145.98

SOCAVACION GENERAL

1.2799 127.99

SOCAVACION GENERAL

1.5769 157.69

SOCAVACION GENERAL

1.6678 166.78

SOCAVACION GENERAL

1.6001 160.01

m cm

m cm

m cm

m cm

> 1 T/m2

m cm

25

METODO LAURSEN Y TOCH

=

2b

Tr = 5 años

h= b=

Tr = 10 años

2.74 1.2

m m

h= b=

1.9 0.9

2

SOCAVACION LOCAL

2.99 1.2

m cm

m m

h= b=

2 0.9

2

2.052 205.2

Tr = 25 años

SOCAVACION LOCAL

2.16 216

3.29 1.2

m m

2.1 0.9

2

m cm

Tr = 50 años

SOCAVACION LOCAL

2.268 226.8

m cm

Tr = 100 años

h= b=

3.44 1.2

2

2.15 0.9

SOCAVACION LOCAL

2.322 232.2

m m

h= b= 2

m cm

SOCAVACION LOCAL

3.695 1.2

m m

2.2 0.9 2.376 237.6

m cm

SOCAVACION TOTAL

T=

L+

L

Tr = 5 años

L Tr = 5 años

Tr = 5 años

Tr = 5 años

Tr = 5 años

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.5118

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.4399

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.8449

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.9898

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.9761

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.052

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.16

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.268

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.322

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.376

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.4598

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.2799

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.5769

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.6678

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.6001

m

26

6.2 SOCAVACIÓN M17-2

SOCAVACION M17-2 MALLA

ABERTURA (mm)

3

76.200

0.000

0.000

100.000

2

50.800

0.000

0.000

100.000

1/2"

38.100

0.110

1.280

98.720

1"

25.400

2.182

25.330

73.390

3/4"

19.000

0.680

7.890

65.500

1/2"

12.700

1.196

13.880

51.620

9.500

0.746

8.660

%PASA

6.300

0.314

3.650

39.310

4

4.760

0.528

6.130

33.180

10

2.000

0.186

8.020

25.160

20

0.841

0.110

4.740

20.420

30

0.595

0.086

3.700

16.720

40

0.420

0.072

3.100

13.620

60

0.250

0.146

6.290

7.330

100

0.140

0.110

4.740

2.590

200

0.074

0.044

1.900

0.690

Pasa 200

0.000

0.016

0.690

0.000

6.526

100.000

ABERTURA (mm)

%PASA

76.200

100.000

50.800

100.00

38.100 25.400

98.72 73.39

19.000 12.700 9.500 6.300 4.760 2.000 0.841 0.595 0.420 0.250 0.140 0.074 0.000

65.50 51.62 42.96 39.31 33.18 25.16 20.42 16.72 13.62 7.33 2.59 0.69 0.00

Pi (gr)

Pi (%)

Di Pi

63.500

0.000

0.000

0.000

44.450

0.110

1.686

74.923

31.750

2.182

33.435

1061.577

22.200

0.680

10.420

231.321

15.850

1.196

18.327

290.478

11.100

0.746

11.431

126.886

7.900

0.314

4.812

38.011

5.530

0.528

8.091

44.742

3.380

0.186

2.850

9.633

1.421

0.110

1.686

2.394

0.718

0.086

1.318

0.946

0.508

0.072

1.103

0.560

0.335

0.146

2.237

0.749

0.195

0.110

1.686

0.329

0.107

0.044

0.674

0.072

0.037

0.016

0.245

0.009

Ʃ=

100.000

1882.631

42.960

1/4"

Ʃ=

Di (mm)

50

Gravas

88.201

Arenas Finos

11.55 0.245 Ʃ=

=

12

=

18.83

99.755

Granulares

0.245 100.000

Cohesiv os

Curva Granulometrica 110.000

90.000

% Pasa

3/8"

RETENIDO %PARCIA (gr) L

70.000

50.000

30.000

10.000

100.000 -10.000

10.000

1.000

0.100

Abertura (mm)

27

MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Q=

432.03

Q=

511.24

Q=

615.949

Q=

695.155

Q=

Tr =

5

Tr =

10

Tr =

25

Tr =

50

Tr =

100

A=

109.153

A=

127.479

A=

137.03

A=

145.55

A=

159.21

774.361

h=

2.74

h=

2.99

h=

3.29

h=

3.44

h=

3.695

S.L.A =

48.38

S.L.A =

50.52

S.L.A =

52.78

S.L.A =

53.8

S.L.A =

55.49

D50 =

12

D50 =

12

D50 =

12

D50 =

12

D50 =

12

Dm =

18.83

Dm =

18.83

Dm =

18.83

Dm =

18.83

Dm =

18.83

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

Be =

65.75

Be =

65.75

Be =

65.75

Be =

65.75

Be =

65.75

Vel Med =

1.21

Vel Med =

1.28

Vel Med =

1.37

Vel Med =

1.43

Vel Med =

1.48

Vc =

1.68

Vc =

1.70

Vc =

1.73

Vc =

1.74

Vc =

1.76

hm =

1.660

hm =

1.939

hm =

2.084

hm =

2.214

hm =

2.421

α=

2.823

α=

2.579

α=

2.755

α=

2.812

α=

2.697

β=

0.861

β=

0.890

β=

0.929

β=

0.958

β=

0.988

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

μ=

0.980

μ=

0.980

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

Z=

0.319

Z=

0.319

Z=

0.319

Z=

0.319

Z=

0.319

Hs =

4.2304

Hs =

4.3005

Hs =

4.9015

Hs =

5.1440

Hs =

5.3325

SOCAVACION GENERAL

1.4904 149.04

SOCAVACION GENERAL

1.3105 131.05

SOCAVACION GENERAL

1.6115 161.15

SOCAVACION GENERAL

1.7040 170.40

SOCAVACIO N GENERAL

1.6375 163.75

m cm

m cm

m cm

m cm

> 1 T/m2

m cm

28

METODO LAURSEN Y TOCH

=

2b

Tr = 5 años

h= b=

Tr = 10 años

2.74 1.2

m m

h= b=

1.9 0.9

2

SOCAVACION LOCAL

m cm

2.99 1.2

m m

h= b=

2 0.9

2

2.052 205.2

Tr = 25 años

SOCAVACION LOCAL

3.29 1.2

m cm

m m

2.1 0.9

2

2.16 216

Tr = 50 años

SOCAVACION LOCAL

2.268 226.8

m cm

Tr = 100 años

h= b=

3.44 1.2

2

2.15 0.9

SOCAVACION LOCAL

2.322 232.2

m m

h= b=

m cm

3.695 1.2

2

2.2 0.9

SOCAVACION LOCAL

2.376 237.6

m m

m cm

SOCAVACION TOTAL

T=

L+

L

Tr = 5 años

L Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.5424

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.4705

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.8795

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.0260

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.0135

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.052

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.16

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.2680

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.322

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.376

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.4904

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.3105

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.6115

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.7040

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.6375

m

29

6.3 SOCAVACIÓN M17-3

SOCAVACION M17-3 MALLA

ABERTURA (mm)

RETENIDO (gr)

%PARCIAL

%PASA

3

76.200

0.000

0.000

100.000

2

50.800

0.000

0.000

100.000

1/2"

38.100

0.000

0.000

100.000

1"

25.400

0.000

0.000

100.000

3/4"

19.000

0.658

13.050

86.950

1/2"

12.700

0.964

19.120

67.830

0.548

9.500

10.870

6.300

0.362

7.180

49.780

4

4.760

0.518

10.270

39.510

10

2.000

0.144

10.900

28.610

20

0.841

0.092

6.960

21.650

30

0.595

0.056

4.240

17.410

40

0.420

0.032

2.420

14.990

60

0.250

0.066

5.000

9.990

100

0.140

0.088

6.660

3.330

200

0.074

0.036

2.720

0.610

Pasa 200

0.000

0.008

0.610

0.000

3.572

100.000

ABERTURA (mm)

%PASA

76.200

100.000

50.800

100.00

38.100 25.400

100.00 100.00

19.000 12.700 9.500 6.300 4.760 2.000 0.841 0.595 0.420 0.250 0.140 0.074 0.000

86.95 67.83 56.96 49.78 39.51 28.61 21.65 17.41 14.99 9.99 3.33 0.61 0.00

Pi (%)

Di Pi

0.000

0.000

0.000

44.450

0.000

0.000

0.000

31.750

0.000

0.000

0.000

22.200

0.658

18.421

408.947

15.850

0.964

26.988

427.755

11.100

0.548

15.342

170.291

7.900

0.362

10.134

80.062

5.530

0.518

14.502

80.194

3.380

0.144

4.031

13.626

1.421

0.092

2.576

3.659

0.718

0.056

1.568

1.126

0.508

0.032

0.896

0.455

0.335

0.066

1.848

0.619

0.195

0.088

2.464

0.480

0.107

0.036

1.008

0.108

0.037

0.008

0.224

0.008

Ʃ=

100.000

1187.330

Gravas Arenas Finos

56.960

1/4"

Ʃ=

Pi (gr)

63.500

50

=

7

=

11.87

85.386 14.39 0.224 Ʃ=

99.776

Granulares

0.224 100.000

Cohesivos

Curva Granulometrica 110.000

90.000

70.000

% Pasa

3/8"

Di (mm)

50.000

30.000

10.000

100.000 -10.000

1.000

10.000

0.100

Abertura (mm)

30

MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

432.03 5 109.153 2.74 48.38 7 11.87 1.5 65.75 1.21

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

511.24 10 127.479 2.99 50.52 7 11.87 1.5 65.75 1.28

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

615.949 25 137.03 3.29 52.78 7 11.87 1.5 65.75 1.37

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

695.155 50 145.55 3.44 53.8 7 11.87 1.5 65.75 1.43

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

774.361 100 159.21 3.695 55.49 7 11.87 1.5 65.75 1.48

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.40 1.660 2.823 0.861 1.731 0.980 0.331 4.6017

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.42 1.939 2.579 0.890 1.731 0.980 0.331 4.6777

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.44 2.084 2.755 0.929 1.731 0.990 0.331 5.3252

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.45 2.214 2.812 0.958 1.731 0.990 0.331 5.5862

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.47 2.421 2.697 0.988 1.731 0.990 0.331 5.7891

SOCAVACION GENERAL

1.8617 186.17

SOCAVACION GENERAL

1.6877 168.77

SOCAVACION GENERAL

2.0352 203.52

SOCAVACION GENERAL

2.1462 214.62

SOCAVACION GENERAL

2.0941 209.41

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

31

METODO LAURSEN Y TOCH

=

2b

Tr = 5 años

h= b=

Tr = 10 años

2.74 1.2

2

1.9 0.9

SOCAVACION LOCAL

2.052 205.2

m m

h= b=

2.99 1.2

m m

2 0.9

2

m cm

Tr = 25 años

2.16 216

SOCAVACION LOCAL

Tr = 50 años

h= b=

3.29 1.2 2.1 0.9

2

m cm

SOCAVACION LOCAL

m m

2.268 226.8

Tr = 100 años

h= b=

3.44 1.2 2.15 0.9

2

m cm

SOCAVACION LOCAL

m m

2.322 232.2

h= b=

3.695 1.2 2.2 0.9

2

m cm

SOCAVACION LOCAL

m m

2.376 237.6

m cm

SOCAVACION TOTAL

T=

L+

L

Tr = 5 años

L Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.9137

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.8477

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.3032

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.4682

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.4701

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.052

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.16

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.2680

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.322

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.376

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.8617

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.6877

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

2.0352

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

2.1462

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

2.0941

m

32

6.4 SOCAVACION M17-4

SOCAVACION M17-4 MALLA

ABERTURA (mm)

RETENIDO (gr)

%PARCIAL

%PASA

3

76.200

0.000

0.000

100.000

2

50.800

0.000

0.000

100.000

1/2"

38.100

0.300

4.290

95.710

1"

25.400

1.650

23.600

72.110

3/4"

19.000

0.658

9.410

62.700

1/2"

12.700

0.964

13.790

48.910

9.500

0.548

7.840

6.300

0.362

5.180

35.890

4

4.760

0.518

7.410

28.480

10

2.000

0.144

7.860

20.620

20

0.841

0.092

5.020

15.600

30

0.595

0.056

3.060

12.540

40

0.420

0.032

1.740

10.800

60

0.250

0.066

3.610

7.190

100

0.140

0.088

4.800

2.390

200

0.074

0.036

1.960

0.430

Pasa 200

0.000

0.008

0.430

0.000

5.522

100.000

ABERTURA (mm)

%PASA

76.200

100.000

Pi (%)

Di Pi

0.000

0.000

0.000

44.450

0.300

5.433

241.489

31.750

1.650

29.880

948.705

22.200

0.658

11.916

264.535

15.850

0.964

17.457

276.700

11.100

0.548

9.924

110.156

7.900

0.362

6.556

51.789

5.530

0.518

9.381

51.875

3.380

0.144

2.608

8.814

1.421

0.092

1.666

2.367

0.718

0.056

1.014

0.728

0.508

0.032

0.580

0.294

0.335

0.066

1.195

0.400

0.195

0.088

1.594

0.311

0.107

0.036

0.652

0.070

0.037

0.008

0.145

0.005

Ʃ=

100.000

1958.238

Gravas Arenas Finos

41.070

1/4"

Ʃ=

Pi (gr)

63.500

50

=

13

=

19.58

90.547 9.31 0.145 Ʃ=

Curva Granulometrica 100.000

50.800

100.00

38.100 25.400

95.71 72.11

90.000

19.000 12.700 9.500 6.300 4.760 2.000 0.841 0.595 0.420 0.250 0.140 0.074 0.000

62.70 48.91 41.07 35.89 28.48 20.62 15.60 12.54 10.80 7.19 2.39 0.43 0.00

80.000 70.000

% Pasa

3/8"

Di (mm)

60.000 50.000 40.000 30.000 20.000

10.000 0.000 100.000

10.000

1.000

0.100

Abertura (mm)

33

99.855

Granulares

0.145 100.000

Cohesivos

MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

432.03 5 109.153 2.74 48.38 6 11.50 1.5 65.75 1.21

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

511.24 10 127.479 2.99 50.52 6 11.50 1.5 65.75 1.28

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

615.949 25 137.03 3.29 52.78 6 11.50 1.5 65.75 1.37

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

695.155 50 145.55 3.44 53.8 6 11.50 1.5 65.75 1.43

Q= Tr = A= h= S.L.A = D50 = Dm = ɣ= Be = Vel Med =

774.361 100 159.21 3.695 55.49 6 11.50 1.5 65.75 1.48

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.33 1.660 2.823 0.861 1.731 0.980 0.332 4.6284

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.35 1.939 2.579 0.890 1.731 0.980 0.332 4.7045

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.37 2.084 2.755 0.929 1.731 0.990 0.332 5.3553

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.38 2.214 2.812 0.958 1.731 0.990 0.332 5.6177

Vc = hm = α= β= ɕ= μ= Z= Hs =

1.40 2.421 2.697 0.988 1.731 0.990 0.332 5.8215

SOCAVACION GENERAL

1.8884 188.84

SOCAVACION GENERAL

1.7145 171.45

SOCAVACION GENERAL

2.0653 206.53

SOCAVACION GENERAL

2.1777 217.77

SOCAVACION GENERAL

2.1265 212.65

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

> 1 T/m2

m cm

34

METODO LAURSEN Y TOCH

=

2b

Tr = 5 años

Tr = 10 años

h= b=

2.74 1.2

2

1.9 0.9

SOCAVACION LOCAL

2.052 205.2

m m

m cm

Tr = 25 años

h= b=

2.99 1.2

2

2 0.9

SOCAVACION LOCAL

2.16 216

m m

Tr = 50 años

h= b=

3.29 1.2 2.1 0.9

2

m cm

SOCAVACION LOCAL

m m

2.268 226.8

m cm

Tr = 100 años

h= b=

3.44 1.2

2

2.15 0.9 2.322 232.2

SOCAVACION LOCAL

m m

h= b=

3.695 1.2 2.2 0.9

2

m cm

SOCAVACION LOCAL

m m

2.376 237.6

m cm

SOCAVACION TOTAL

T=

L+

L

Tr = 5 años

L Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.9404

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

3.8745

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.3333

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.4997

m

SOCAVACIÓN TOTAL=

4.5025

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.052

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.16

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.2680

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.322

m

SOCAVACI ÓN LOCAL =

2.376

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.8884

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

1.7145

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

2.0653

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

2.1777

m

SOCAVACI ÓN GENERAL =

2.1265

m

35

6.5 MODIFICACIÓN SECCIÓN Y PUENTE En conclusión las socavaciones mayores se presentan en un Tr = 100 años por lo cual se deberá aumentar la longitud de las pilas para proteger el puente de la socavación. El perfil de la sección se modificó de la siguiente manera

7. OBRA DE TOMA La forma de captar el agua de una corriente superficial mediante una toma directa varía según el volumen de agua por captar y de las características de la corriente, es decir, el régimen de escurrimiento (permanente o variable), su caudal en épocas de sequias y durante avenidas, velocidad, pendiente del cauce, topografía, construcción geológica, material de arrastre, etc. Partes de una toma de obra lateral Bocatoma: Se localizara en un tramo de la corriente que este a salvo de la erosión del azolve y aguas arriba de cualquier descarga de tipo residual. Clave del conducto de la toma: Se situara a un nivel inferior al de las aguas mínimas de la corriente. Rejilla: En la boca de entrada llevara una rejilla formada por barras y alambrón con un espacio libre, la velocidad media a través de la rejilla será de 0.10 a 0.15 m/s para evitar en lo posible el arrastre de material flotante.

36

La velocidad mínima dentro del conducto será de 0.6 m/s para evitar azolve En el proyecto de la obra se dispondrán los elementos que permitan la operación, acceso, inspección y limpieza de los diversos componentes de la obra.

37

7.1 SOCAVACION 7.1.1 SOCAVACIÓN M17-1 MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Q=

432.03

Q=

511.24

Q=

615.949

Q=

695.155

Q=

Tr =

5

Tr =

10

Tr =

25

Tr =

50

Tr =

100

A=

102.66

A=

112.59

A=

126.22

A=

135.45

A=

142.85

774.361

h=

2.62

h=

2.84

h=

3.12

h=

3.31

h=

3.46

S.L.A =

46.06

S.L.A =

47

S.L.A =

48.17

S.L.A =

48.98

S.L.A =

49.61

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Vel Med =

1.28

Vel Med =

1.38

Vel Med =

1.49

Vel Med =

1.57

Vel Med =

1.65

Vc =

1.71

Vc =

1.73

Vc =

1.76

Vc =

1.78

Vc =

1.79

hm =

1.613

hm =

1.769

hm =

1.983

hm =

2.128

hm =

2.244

α=

3.060

α=

3.104

α=

3.092

α=

3.102

α=

3.162

β=

0.861

β=

0.890

β=

0.929

β=

0.958

β=

0.988

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Hs =

4.1866

Hs =

4.5693

Hs =

4.9672

Hs =

5.2413

Hs =

5.4981

SOCAVACION GENERAL

1.5666 156.66

SOCAVACION GENERAL

1.7293 172.93

SOCAVACION GENERAL

1.8472 184.72

SOCAVACION GENERAL

1.9313 193.13

SOCAVACION GENERAL

2.0381 203.81

m cm

m cm

m cm

m cm

> 1 T/m2

m cm

7.1.2 SOCAVACIÓN M17-2 MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Q=

432.03

Q=

511.24

Q=

615.949

Q=

695.155

Q=

Tr =

5

Tr =

10

Tr =

25

Tr =

50

Tr =

774.361 100

A=

102.6563

A=

112.8926

A=

126.2195

A=

135.4513

A=

142.8471

h=

2.62

h=

2.84

h=

3.12

h=

3.31

h=

3.46

S.L.A =

46.06

S.L.A =

47

S.L.A =

48.17

S.L.A =

48.98

S.L.A =

49.61

D50 =

12

D50 =

12

D50 =

12

D50 =

12

D50 =

12

Dm =

18.83

Dm =

18.83

Dm =

18.83

Dm =

18.83

Dm =

18.83

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Vel Med =

1.28

Vel Med =

1.38

Vel Med =

1.49

Vel Med =

1.57

Vel Med =

1.65

Vc =

1.66

Vc =

1.69

Vc =

1.71

Vc =

1.73

Vc =

1.74

hm =

1.613

hm =

1.774

hm =

1.983

hm =

2.128

hm =

2.244

α=

3.060

α=

3.091

α=

3.092

α=

3.102

α=

3.162

β=

0.861

β=

0.890

β=

0.929

β=

0.958

β=

0.988

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

μ=

0.980

μ=

0.980

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

Z=

0.319

Z=

0.319

Z=

0.319

Z=

0.319

Z=

0.319

Hs =

4.2496

Hs =

4.6220

Hs =

5.0025

Hs =

5.2783

Hs =

5.5367

SOCAVACIO GENERAL

1.6296 162.96

SOCAVACIO GENERAL

1.7820 178.20

SOCAVACIO GENERAL

1.8825 188.25

SOCAVACIO GENERAL

1.9683 196.83

SOCAVACIO GENERAL

2.0767 207.67

m cm

m cm

m cm

m cm

38

> 1 T/m2

m cm

7.1.3 SOCAVACIÓN M17-3 MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Q=

432.03

Q=

Tr = 25 años

511.24

Q=

Tr = 50 años

615.949

Q=

Tr = 100 años

695.155

Q=

774.361

Tr =

5

Tr =

10

Tr =

25

Tr =

50

Tr =

100

A=

102.66

A=

112.89

A=

126.22

A=

135.45

A=

142.85

h=

2.62

h=

2.84

h=

3.12

h=

3.31

h=

3.46

S.L.A =

46.06

S.L.A =

47

S.L.A =

48.17

S.L.A =

48.98

S.L.A =

49.61

D50 =

7

D50 =

7

D50 =

7

D50 =

7

D50 =

7

Dm =

11.87

Dm =

11.87

Dm =

11.87

Dm =

11.87

Dm =

11.87

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Vel Med =

1.28

Vel Med =

1.38

Vel Med =

1.49

Vel Med =

1.57

Vel Med =

1.65

Vc =

1.39

Vc =

1.41

Vc =

1.43

Vc =

1.45

Vc =

1.46

hm =

1.613

hm =

1.774

hm =

1.983

hm =

2.128

hm =

2.244

α=

3.060

α=

3.091

α=

3.092

α=

3.102

α=

3.162

β=

0.861

β=

0.890

β=

0.929

β=

0.958

β=

0.988

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

μ=

0.980

μ=

0.980

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

Z=

0.331

Z=

0.331

Z=

0.331

Z=

0.331

Z=

0.331

Hs =

4.6225

Hs =

5.0243

Hs =

5.4339

Hs =

5.7309

Hs =

6.0087

SOCAVACION GENERAL

2.0025 200.25

SOCAVACION GENERAL

2.1843 218.43

SOCAVACION GENERAL

2.3139 231.39

SOCAVACION GENERAL

2.4209 242.09

SOCAVACION GENERAL

2.5487 254.87

m cm

m cm

m cm

m cm

> 1 T/m2

m cm

7.1.4 SOCAVACIÓN M17-4

MODELO HIDRAULICO Tr = 5 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Q=

432.03

Q=

511.24

Q=

615.949

Q=

695.155

Q=

Tr =

5

Tr =

10

Tr =

25

Tr =

50

Tr =

100

A=

102.66

A=

112.59

A=

126.22

A=

135.45

A=

142.85

774.361

h=

2.62

h=

2.84

h=

3.12

h=

3.31

h=

3.46

S.L.A =

46.06

S.L.A =

47

S.L.A =

48.17

S.L.A =

48.98

S.L.A =

49.61

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

D50 =

13

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

Dm =

19.58

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

ɣ=

1.5

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Be =

63.65

Vel Med =

1.28

Vel Med =

1.38

Vel Med =

1.49

Vel Med =

1.57

Vel Med =

1.65

Vc =

1.71

Vc =

1.73

Vc =

1.76

Vc =

1.78

Vc =

1.79

hm =

1.613

hm =

1.769

hm =

1.983

hm =

2.128

hm =

2.244

α=

3.060

α=

3.104

α=

3.092

α=

3.102

α=

3.162

β=

0.861

β=

0.890

β=

0.929

β=

0.958

β=

0.988

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

ɕ=

1.731

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

μ=

0.990

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

> 1 T/m2

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Z=

0.318

Hs =

4.1866

Hs =

4.5693

Hs =

4.9672

Hs =

5.2413

Hs =

5.4981

SOCAVACION GENERAL

1.5666 156.66

SOCAVACION GENERAL

1.7293 172.93

SOCAVACION GENERAL

1.8472 184.72

SOCAVACION GENERAL

1.9313 193.13

SOCAVACION GENERAL

2.0381 203.81

m cm

m cm

m cm

m cm

39

> 1 T/m2

m cm

7.2 PERDIDAS POR FRICCION DE LA REJILLA Es necesario calcular las perdidas por fricción de la rejilla pues junto con las pérdidas del tubo nos darán la elevación donde se debe colocar el tubo en la cámara de bombeo y asi no tener perdida de energía. En un principio de cálculo las dimensiones de la rejilla pues debía entrar un gasto de 500lps, y en cada una de las rejillas deberían pasar 4lps. Se obtuvo lo siguiente

CALCULO DE PERDIDA POR FRICCION DE LA REJILLA 2

=

=

2

α= s= b= v= Cf =

60 0.05 0.13 0.6 2.92

k=

0.7073

he =

0.0130

n ° m m m/s

m

40

7.3 DIAMETRO Y PERDIDAD DE FRICCION DE TUBERIA A continuación se presenta el cálculo del diámetro del tubo asi como su pérdida por fricción OBRA DE TOMA CALCULO DEL TUBO DATOS Q= v= S= NAME = NAMO = NAMIN = NAH = e= Ho =

0.5 1.5 2 23.65 23.17 22.94 15.2 0.5 2.58

= m/s milesimas m m m m m m

2

Realizando un proceso iterativ o de obtiene: Øcalculado =

0.178 m 178 mm

Øcomercial =

200 mm

CALCULO DE PERDIDA POR FRICCION EN TUBERIAS 2

= L= D= v= f= E= μ= Re =

0.5 0.2 1.5 0.041 0.0015 0.00001 225

E/D =

0.0075

hf =

0.01175459

2 m m m/s mm

m

41

7.4 CAMPANA DE SUCCIÓN

CAMPANA DE SUCCIÓN

V= No. De Bombas = Q= Q por bomba = A= D de la campana = D nominal de la campana = Vel. Real =

1.5 6 0.5 0.083 0.055 0.266 0.250 1.69

m

2

m m m

7.5 ELEMENTOS GEOMETRICOS DEL CARCAMO DE BOMBEO ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DEL CARCAMO

=2

W= C= S= X= L= B= E= Befectiv o =

= 0.5

0.500 0.125 0.375 0.063 1.000 3.750 2.500 4.050

=

3 2

=

4

=4

=

+

+

=

2 3

m m m m m m m m

42

43