CONSULTORÍA ESPECIALIZADA PARA LA ESTRUCTURACIÓN DE CONCESIONES VIALES PARA EL SIGUIENTE GRUPO DE...

CONSULTORÍA ESPECIALIZADA PARA LA ESTRUCTURACIÓN DE

CONCESIONES VIALES PARA EL SIGUIENTE GRUPO DE CARRETERAS

GRUPO 1 CENTRO-SUR

CORREDORES 1: GIRARDOT - PUERTO SALGAR - IBAGUÉ

TRAMO 1: FLANDES - GIRARDOT - PUERTO SALGAR

SECTOR 1: VARIANTE FLANDES

Titulo Elaborado:

ESTUDIO DE HIDROLOGÍA, HIDROMETEOROLOGÍA, HIDRÁULICA Y SOCAVACIÓN

ESCALA

Revisión Descripción Redactado Fecha Averiguado Fecha Aprobado Fecha

0 Primera emisión Salvatore Esposito 14/12/2012 Francesco Romeo 14/12/2012 Salvatore Esposito Dic 2012

1 Segunda Emisión Salvatore Esposito 15/02/2013 Francesco Romeo 15/02/2013 Salvatore Esposito Feb 2013

2 Tercera Emisión Salvatore Esposito 22/02/2013 Francesco Romeo 22/02/2013 Salvatore Esposito Feb 2013

3 Cuarta Emisión Salvatore Esposito 02/07/2013 Francesco Romeo 02/07/2013 Salvatore Esposito Jul 2013

4 Quinta Emisión Salvatore Esposito 08/08/2013 Francesco Romeo 08/08/2013 Salvatore Esposito Ago 2013

c t s Cap Doc Pgr Rev

1 1 1 B RE 001 4

N. Elab.:

ESTUDIO DE HIDROLOGÍA, HIDROMETEOROLOGIA, HIDRÁULICA Y SOCAVACIÓN

VARIANTE FLANDES

TABLA DE CONTENIDO

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

2. CLIMATOLOGÍA ...................................................................................................................................... 9

2.1 Precipitación ...................................................................................................................... 12

2.2 Temperatura ...................................................................................................................... 12

2.3 Humedad Relativa .............................................................................................................. 13

2.4 Presión Atmosférica ........................................................................................................... 13

2.5 Radiación solar ................................................................................................................... 13

2.6 Velocidad del viento ........................................................................................................... 13

2.7 Nubosidad .......................................................................................................................... 13

2.8 Punto de Rocío ................................................................................................................... 13

2.9 Tensión de Vapor. .............................................................................................................. 13

3. HIDROLOGÍA .........................................................................................................................................14

3.1 Características de las cuencas ............................................................................................ 14

3.1.1 Área de drenaje..........................................................................................................................14

3.1.2 Tiempo de concentración ...........................................................................................................14

3.1.3 Período de retorno .....................................................................................................................15

3.2 Caudales de diseño............................................................................................................. 15

3.2.1 Método Racional ........................................................................................................................15

3.2.2 Método Regional de Caudales ....................................................................................................19

3.3 Mantenimiento de obras de drenaje.................................................................................. 19

3.3.1 Objetivos del Mantenimiento del Drenaje Vial...........................................................................19

3.3.2 MANTENIMIENTO DE OBRAS DE DRENAJE ..................................................................................20

3.3.3 LIMPIEZA DE ALCANTARILLAS Y PUENTES ...................................................................................24

3.4 ANTECEDENTES DE SUCESOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS .......................................... 25

4. ALCANTARILLAS Y BOX CULVERT...........................................................................................................27

5. OBRAS DE DRENAJE COMPLEMENTARIAS .............................................................................................29

5.1 Obras de drenaje superficial .............................................................................................. 29

5.2 Drenaje subsuperficial........................................................................................................ 31

VARIANTE FLANDES

6. PUENTES ...............................................................................................................................................33

6.1 Estudios hidráulicos ........................................................................................................... 38

6.1.1 Modelación Hidráulica ...............................................................................................................39

6.1.2 Resultados de Modelación Hidráulica .........................................................................................40

6.1.3 Socavación general.....................................................................................................................40

6.1.4 Socavación local .........................................................................................................................43

6.1.5 Cálculo de la socavación mediante el software HEC-RAS.............................................................45

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................................49

LISTA DE TABLAS

Tabla 1-1. Estaciones utilizadas para estudio hidrológico ............................................................................... 6

Tabla 2-1. Estación climatológica Universidad de Cundinamarca – Automática, parámetros climatológicos ... 9

Tabla 2-2 Estación climatológica Jerusalén, parámetros climatológicos ........................................................ 10

Tabla 2-3. Estación Climatológica (CP) Universidad de Cundinamarca – Automática, valores medios de

parámetros evaluados .................................................................................................................................. 11

Tabla 2-4. Estación Climatológica (CO) Jerusalén, valores medios de parámetros evaluados ........................ 12

Tabla 3-1 Cálculo Coeficiente de Escorrentía sector Girardot-Puerto Bogotá ................................................ 16

Tabla 3-2. Valores de los parámetros para cálculo de las curvas IDF de la estación Jerusalén ....................... 18

Tabla 3-3. Valores de los coeficientes para cada región geográfica de Colombia para cálculo de las curvas IDF

.................................................................................................................................................................... 18

Tabla 6-1. Valores de los Niveles del Río Magdalena en las Estaciones de Nariño, Arrancaplumas y Puerto

Salgar ........................................................................................................................................................... 35

Tabla 6-2. Valores de cota de los Niveles del Río Magdalena en las Estaciones de Nariño, Arrancaplumas y

Puerto Salgar ................................................................................................................................................ 35

Tabla 6-3. Valores de cota de los Niveles del Río Magdalena. Puente de Variante Flandes ........................... 36

Tabla 6-4. Caudales Máximos del Río Magdalena. Puente de Variante Flandes ............................................ 38

Tabla 6-5 Período de Retorno de Diseño....................................................................................................... 38

Tabla 6-6 Coeficiente β ................................................................................................................................. 42

Tabla 6-7 Diámetros equivalentes a suelos granulares, para suelos cohesivos .............................................. 44

Tabla 7-1. Método de Cálculo de Caudales de Diseño ................................................................................... 49

Tabla 7-2. Cantidades de Obra total.............................................................................................................. 49

Tabla 7-3. Cantidades de Obra según sus Dimensiones ................................................................................. 49

Tabla 7-4. Análisis de riesgo Variante Flandes ............................................................................................... 50

VARIANTE FLANDES

LISTA DE FIGURAS

Figura 1-1. Variante Flandes .......................................................................................................................... 5

Figura 2-1. Localización de las estaciones climatológicas de la Variante Flandes .......................................... 10

Figura 3-1. Curva IDF. Estación Jerusalén ..................................................................................................... 19

Figura 5-1 Dimensiones de la cuneta triangular ............................................................................................ 30

Figura 5-2 Detalle de cuneta externa (longitudinal de la vía) y filtro tipo geodrén con tubo .......................... 30

Figura 5-3 Esquema de estructura de Drenaje Subsuperficial típica .............................................................. 32

Figura 6-1. Estación Nariño. Niveles Máximos (cm). Ajuste estadístico asociados a diferentes períodos de

retorno ........................................................................................................................................................ 33

Figura 6-2. Estación Arrancaplumas. Niveles Máximos (cm). Ajuste estadístico asociados a diferentes

períodos de retorno ..................................................................................................................................... 34

Figura 6-3. Estación Arrancaplumas. Niveles Máximos (cm). Ajuste estadístico asociados a diferentes

períodos de retorno ..................................................................................................................................... 34

Figura 6-4. Perfil de fondo del Río Magdalena en todo su recorrido ............................................................. 36

Figura 6-5 Niveles del Río Magdalena en la Sección del Puente entre Flandes y Girardot .............................. 37

Figura 6-6. Software HidroSIG® estimación caudales máximos para diferentes períodos de retorno Rio

Magdalena en Flandes.................................................................................................................................. 38

Figura 6-7 Cálculo de socavación utilizando el método gráfico ...................................................................... 43

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1 Información Hidroclimatológica

ANEXO 2 Caudales de diseño

Anexo 2.1 Caudales de Diseño

Anexo 2.2 Áreas de Drenaje

ANEXO 3 Aspectos hidráulicos

Anexo 3.1 Aspectos Hidráulicos

Anexo 3.2 Planos Obras Típicas

Anexo 3.3 Planos Obras de Protección

Anexo 3.4 Planos Obras Complementarias

ANEXO 4 Puentes

Anexo 4.1 Modelación Hidráulica HEC-RAS

Anexo 4.2 Socavación Variante Flandes

Anexo 4.3 Mapa de riesgos

ANEXO 5 Regionalización

ANEXO 6 Comunicación CORMAGDALENA

ANEXO 7 Cantidades de Obra

VARIANTE FLANDES

1. INTRODUCCIÓN

En el siguiente informe se presentan las metodologías y los resultados de los análisis adelantados para la

obtención de los caudales de diseño y el diseño de la obras de drenaje del corredor vial Girardot - Puerto

Salgar – Ibagué, tramo: Flandes - Girardot - Puerto Salgar, sector: Variante Flandes.

Figura 1-1. Variante Flandes

Fuente: Tomada de mapa digital de Colombia, proyectado en Google Earth®.

La zona en estudio corresponde a una variante del tramo Girardot – Cambao – Puerto Bogotá y contempla la

construcción de una vía de calzada simple para establecer una conexión entre más eficiente a los municipios

del oriente del Tolima con los del suroccidente de Cundinamarca, con un puente nuevo sobre el Río

Magdalena. No se tiene información sobre el estado del terreno sobre el cual será construido.

Convenciones

Incicio del Tramo

Fin del tramo

Estaciones

Delimitación tramo

VARIANTE FLANDES

El objetivo del presente proyecto es la construcción de aproximadamente 6 kilómetros del Corredor 1, Sector Variante Flandes. Las principales características de drenaje del Sector Ibagué - Mariquita se tomaron a partir de la topografía de la zona y los registros de las estaciones cercanas.

El presente sector, que hace parte de la denominada Victoria Temprana, pertenece a la Cuenca Magdalena –

Cauca y tiene como eje central al río Magdalena. En la zona de estudio el régimen de precipitaciones

presenta dos estaciones lluviosas a lo largo del año, la primera de comienzos de abril a finales de junio y la

segunda de septiembre a finales de noviembre.

El caudal promedio anual del Río Magdalena en Girardot es de 1200 m3/s y en Puerto Salgar es de 1600 m3/s

siendo el drenaje principal de la victoria temprana. Este cauce será intervenido en dos grandes obras, con los

puentes nuevos Flandes - Girardot y Puerto Salgar - La Dorada. El Río Magdalena presenta su régimen de

caudales del mismo modo que las precipitaciones de la zona, presentándose sus máximos en los meses de

Abril y Noviembre, y los mínimos en los meses de Agosto y Enero.

Para la realización de los estudios y diseños que se presentan en este documento se tomó como base la

siguiente información:

- Hidrometeorología de la zona de estudio: A partir del análisis de datos de dos estaciones

climatológicas y tres estaciones limnigráficas operadas por el IDEAM. (Véase Tabla 1-1).

Tabla 1-1. Estaciones utilizadas para estudio hidrológico

Código T.E. Nombre de la estación Corriente Municipio Entidad

2123501 CO Jerusalén Q. Corralitos Jerusalén IDEAM

21235010 CP Universidad de Cundinamarca Magdalena Girardot IDEAM

21237010 LG Nariño Magdalena Nariño IDEAM

21237020 LG Arrancaplumas Magdalena Honda IDEAM

23037010 LG Puerto Salgar Magdalena Puerto Salgar IDEAM

Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia.

CO: Climatológica Ordinaria.

CP: Climatológica Principal.

LG: Limnigráfica.

- Estudios técnicos: De acuerdo con la consulta realizada durante las visitas al sitio del proyecto, y con

las diferentes entidades competentes, en este tramo no existe información disponible relacionada

con estudios previos, razón por la cual se realizaron los análisis con base en información primaria

obtenida directamente por el Consultor.

VARIANTE FLANDES

El presente informe se compone de los siguientes capítulos:

Capítulo 2: Climatología. Presenta las condiciones hidroclimatológicas de la zona de estudio, a partir de las

estaciones Universidad de Cundinamarca y Jerusalén con la medición de los parámetros de precipitación,

humedad relativa, temperatura, radiación solar, presión atmosférica, velocidad del viento. Las series

históricas de las estaciones analizadas se encuentran en el Anexo 1. del presente informe.

Capítulo 3. Hidrología: Describe la metodología para la determinación de características de la cuenca

como área de drenaje, periodo de retorno y tiempo de concentración; los diferentes procedimientos para

el cálculo de caudales de diseño. Adicionalmente, se presenta el análisis de antecedentes de sucesos

hidrológicos e hidráulicos de la zona. En el Anexo 2 se consigna el listado de obras de drenaje propuestas

consignando, para cada una de éstas, el área de drenaje correspondiente y demás parámetros requeridos

para el cálculo de caudales de acuerdo con la metodología utilizada.

Capítulo 4. Hidráulica de alcantarillas y box culvert: Se presenta la metodología y criterios utilizados para

el dimensionamiento de las obras de drenaje, así como los criterios de evaluación para la continuidad de

las obras existentes y los resultados de este proceso. Anexo 3 se presenta el listado de obras propuestas

y las dimensiones de las obras propuestas.

Capítulo 5. Obras de Drenaje Complementarias: Describe las obras de drenaje complementarias

utilizadas en el sector, conceptos y generalidades de criterios de diseño típicos. En el Anexo 3.5 se

encuentran los diseños típicos de las obras complementarias que serán localizadas a lo largo de la vía.

Capítulo 6. Puentes: Se presenta la metodología y estudio realizado para la estimación de los niveles

máximos del río Magdalena en cada periodo de retorno, a partir de las estaciones analizadas. Se

describen los estudios hidráulicos realizados con los caudales obtenidos a través de HidroSIG, la

metodología y resultados de la modelación Hidráulica. Se presenta la información referente a los

estudios de socavación realizados, esto es, la metodología empleada para el cálculo de socavación

general y local en estructuras y su correspondiente modelación. En el Anexo 5 se presentan los

resultados de la modelación hidráulica.

Capítulo 7. Conclusiones y Recomendaciones: Se presenta un resumen de los resultados de los cálculos y

modelaciones realizadas y las recomendaciones realizadas de acuerdo con estos resultados.

Adicionalmente, en el Anexo 6. Comunicación CORMAGDALENA, se presenta el estudio referente a los

embalses previstos sobre el río Magdalena, específicamente los que estarán localizados sobre Honda y

Nariño. De este informe, es importante resaltar lo siguiente:

Se determinaron 38 puntos a través de un estudio realizado en los años 70's, en los que intervinieron

entre otros, el Departamento Nacional de Planeación (DNP) e ISAGEN. De acuerdo con el convenio

Colombia-China (HidroChina-Cormagdalena), se llevará a cabo una actualización del estudio

realizado y en noviembre de 2013 se determinarán los puntos factibles para construir los embalses.

VARIANTE FLANDES

Las cotas y láminas de agua de los puntos de embalse estudiados en los años 70 se encuentran

desactualizada, CORMAGDALENA, contrastó estos valores con los valores establecidos por el DEM

para Colombia, de lo cual se concluyó la existencia de errores significativos.

Dada la prioridad del estudio vial desarrollado por FONADE para el gobierno nacional, en caso que el diseño

elaborado incida en los embalses proyectados por la Corporación Autónoma del Magdalena,

CORMAGDALENA, será la CAR quien deba modificar y cambiar sus diseños.

VARIANTE FLANDES

2. CLIMATOLOGÍA

El análisis climatológico se realizó con base en las series históricas de los parámetros de interés para el

diseño del corredor vial, y cuyas estaciones climatológicas del proyecto. El resumen de la información

analizada se presenta en las Tabla 2-1 y Tabla 2-2 y las series históricas obtenidas se presentan en el Anexo 1.

Para la toma y análisis de datos se seleccionaron las estaciones que se presentan a continuación, según los

siguientes criterios:

Ubicación. Se seleccionaron aquellas estaciones que se encuentran ubicadas estratégicamente en la

zona, de manera tal que sean representativas del comportamiento hidrometeorológico del proyecto.

Tipo de estación. Las estaciones seleccionadas son de tipo climatológicas, dado que cuentan con

pluviógrafo lo que permite registros continuos y observador propio, lo que garantiza la calidad de los

datos sometidos a estudio.

Rango de registro. Se seleccionaron aquellas estaciones con rangos de registro más amplio.

A continuación se presenta el listado de estaciones seleccionadas para el estudio con su respectiva

localización.

Tabla 2-1. Estación climatológica Universidad de Cundinamarca – Automática, parámetros climatológicos

COORDENADAS: CÓDIGO: 21235030

LATITUD: 04°31" N LONGITUD: 74°81" W

PARÁMETRO UNIDAD PERIODO DE

REGISTRO N° AÑOS

REGISTRO VALOR ANUAL

Valores medios mensuales de Temperatura °C 2005 - 2012 7 28.5

Valores medios mensuales de Velocidad del viento m/s 2005 - 2012 7 5.5

Valores totales mensuales de Radiación Solar Cal/cm2 2005 - 2012 7 189

Valores totales mensuales de Presión Atmosférica Mb 2005 - 2012 7 974.9

Valores medios mensuales de Humedad relativa % 2005 - 2012 7 67

Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM.

VARIANTE FLANDES

Tabla 2-2 Estación climatológica Jerusalén, parámetros climatológicos

COORDENADAS: CÓDIGO: 21235010

LATITUD: 04°33" N LONGITUD: 74°41" W

PARÁMETRO UNIDAD PERIODO DE

REGISTRO N° AÑOS

REGISTRO VALOR ANUAL

Valores totales mensuales de precipitación mm 1974 - 2012 38 1030.7

Valores N° días mensuales de precipitación día 1974 - 2012 38 121

Valores Máximos mensuales de precipitación en 24 horas - Máximo en 24 horas: 129.7 mm/día

mm/día 1974 - 2012 38 31.4

Valores medios mensuales de temperatura °C 1975 - 2009 35 28.1

Valores mínimos mensuales de temperatura - Valor mínimo mensual: 14.6 °C

°C 1975 - 2009 26 19.1

Valores máximos mensuales de temperatura - Valor máximo mensual: 41.0 °C

°C 1975 - 2009 35 37.2

Valores medios mensuales de tensión de vapor Mb 1975 - 2009 34 25.4

Valores medios mensuales de humedad relativa % 1975 - 2009 35 65

Valores medios mensuales de nubosidad Octas 1974 - 2012 37 5

Valores medios mensuales de punto de rocío °C 1979 - 2009 30 21.3

Figura 2-1. Localización de las estaciones climatológicas de la Variante Flandes

Fuente: Mapa digital de Colombia, proyectado en Google Earth.

VARIANTE FLANDES

Tabla 2-3 y

Tabla 2-4, se presentan los valores medios de cada parámetro tomados mes a mes durante el periodo de registro y su promedio ponderado, para cada una de las estaciones analizadas.

Tabla 2-3. Estación Climatológica (CP) Universidad de Cundinamarca – Automática, valores medios de parámetros evaluados

Parámetro Unidad Periodo

Promedio Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Valores medios mensuales de Humedad relativa

(%) 64.0 65.1 69.3 74.5 74.3 69.0 62.0 58.8 59.3 64.8 72.5 73.0 67.2

Valores medios mensuales de Presión Atmosférica

(mb) 975.5 975.3 976.0 977.5 971.5 953.4 987.8 976.2 976.2 976.4 976.0 976.5 974.9

Valores totales mensuales de Radiación Solar

(Cal/cm2) 196.6 179.1 181.4 195.0 183.1 188.7 204.8 193.8 196.1 189.0 178.3 186.6 189.4

Valores medios mensuales de Temperatura

(°C) 27.9 28.4 28.3 28.3 27.9 28.1 28.7 29.3 29.6 28.7 27.8 29.3 28.5

Valores medios mensuales de Velocidad del viento

(m/s) 5.9 6.0 5.3 6.0 4.3 4.4 4.9 5.4 5.6 6.4 6.4 6.0 5.5

VARIANTE FLANDES

Tabla 2-4. Estación Climatológica (CO) Jerusalén, valores medios de parámetros evaluados

Parámetro Unidad Periodo

Promedio Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Valores totales mensuales de precipitación

mm 48.8 73.4 105.5 150.4 132.5 44.2 40.0 46.6 96.3 139.3 100.6 52.8 85.9

Valores N° días mensuales de precipitación

día 7.0 8.0 10.0 14.0 13.0 8.0 7.0 7.0 10.0 15.0 12.0 8.0 9.9

Valores Máximos mensuales de precipitación en 24 horas

mm 22.3 29.0 42.3 45.4 41.9 20.6 20.5 21.8 36.2 38.5 34.7 23.3 31.4

Valores medios mensuales de temperatura

°C 28.3 28.4 28.1 27.8 27.6 27.9 28.5 29.1 28.7 27.6 27.1 27.6 28.1

Valores mínimos mensuales de temperatura

°C 18.5 18.4 19.2 19.8 19.4 19.1 18.6 18.9 19.4 19.4 19.5 19.0 19.1

Valores máximos mensuales de temperatura

°C 37.4 37.9 37.5 37.1 36.3 36.7 37.6 38.2 38.2 36.9 35.9 36.5 37.2

Valores medios mensuales de tensión de vapor

Mb 25.1 25.3 25.8 26.0 26.0 25.4 24.1 23.9 24.8 25.8 26.4 25.8 25.4

Valores medios mensuales de humedad relativa

% 68.0 68.0 71.0 71.0 72.0 70.0 65.0 62.0 66.0 72.0 75.0 72.0 69.3

Valores medios mensuales de nubosidad

Octas 4.0 5.0 5.0 5.0 5.0 4.0 5.0 5.0 4.0 5.0 5.0 5.0 4.8

Valores medios mensuales de punto de rocío

°C 21.2 21.3 21.4 21.6 21.6 21.4 20.5 20.4 21 21.5 21.9 21.6 21.3

2.1 PRECIPITACIÓN

La precipitación media multianual es de 1031 mm/año, correspondiente a una media de 86 mm/mes. Como

se observa, el régimen de precipitaciones registradas es bimodal, con periodos húmedos entre Marzo –

Mayo y Septiembre – Noviembre, con picos en Abril y Octubre. Los mayores valores de precipitación se

presentan en Abril (150,4 mm) y Octubre (139,3 mm). Los meses con menor precipitación son Junio

(44,2 mm), Julio (40,0 mm) y Agosto (46,6 mm). (Fuente: Estación Climatologica Jerusalen, Instituto de Hidrología,

Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia)

2.2 TEMPERATURA

La temperatura media es de 28,5°C, con valores máximos de 29,6°C en Septiembre y media mínima de 27,1°C

en Noviembre. (Fuente: Estación Climatologica Universidad de Cundinamarca, Instituto de Hidrología, Meteorología y

Estudios Ambientales de Colombia)

En la Tabla 2-3, se presenta la relación de los valores promedio de las temperaturas registradas. (Fuente:

Estación Climatologica Universidad de Cundinamarca, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de

Colombia)

VARIANTE FLANDES

2.3 HUMEDAD RELATIVA

En la Tabla 2-3 se presentan los valores medios mensuales multianuales para este parámetro. El promedio

mensual es de 67%, se observa un valor máximo de 69,3%. Para los meses de Enero, Febrero, Julio, Agosto y

Septiembre se presentan valores medios de humedad relativa del orden de 65%. (Fuente: Estación

Climatologica Universidad de Cundinamarca, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia)

2.4 PRESIÓN ATMOSFÉRICA

El valor Promedio de Presión Atmosférica que registra la estación es 974,9 mb, siendo el mes de Julio el que

mayor valor promedio de presión atmosférica presenta, con un valor de 987,9 mb. (Fuente: Estación

2.5 RADIACIÓN SOLAR

El valor medio mensual de Radiación Solar que registra la estación es de 189,4 cal/cm2, con un mínimo de

178,3 cal/cm2 en Octubre, y un valor medio máximo de 204,8 cal/cm2 en el mes de Julio. (Fuente: Estación

2.6 VELOCIDAD DEL VIENTO

En la Tabla 2-3, se observa que el valor medio de velocidad de viento de 5,5 m/s con un valor mínimo de

4,3 m/s en el mes de mayo y un valor máximo de 6,4 en el mes de octubre. (Fuente: Estación Climatologica

Universidad de Cundinamarca, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia).

2.7 NUBOSIDAD

El valor Promedio de Nubosidad es de 5 Octas. Se presentan periodos de nubosidad media constante

comprendidos en los meses de Febrero a Mayo, de Julio a Agosto y finalmente de Octubre a Diciembre.

(Fuente: Estación Climatologica Jerusalen, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia)

2.8 PUNTO DE ROCÍO

El valor medio de Punto de Rocío es de 21,3 °C. Con un valor mínimo de 20,4 °C en los meses de Junio y

Agosto, y un valor medio máximo de 21,9 °C en el mes de Noviembre. (Fuente: Estación Climatologica Jerusalen,

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia)

2.9 TENSIÓN DE VAPOR. Como se observa en la Tabla 2-4, el promedio de Tensión de Vapor es de 25,4 Mb, con un mínimo de 23,9

Mb en el mes de Agosto y un máximo de 26,4 Mb en el mes de Noviembre. (Fuente: Estación Climatologica

Jerusalen, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia)

VARIANTE FLANDES

3. HIDROLOGÍA

3.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS CUENCAS

Para describir la variación los diferentes procesos hidrológicos en una región, es necesario tener en cuenta

las características hidrológicas, así como las condiciones climáticas, físicas y de vegetación de la zona.

Para la determinación de las características físicas de cada cuenca del proyecto se utilizó la siguiente

información:

Planchas cartográficas 1:25000 del IGAC

Imágenes satelitales de Google Earth®

Establecimiento de las nuevas obras de drenaje de acuerdo a la cartografía y el trazado.

3.1.1 Área de drenaje

Es la superficie del terreno que contribuye al escurrimiento, hacia el cauce principal y sus tributarios,

delimitada por la divisoria de agua o línea imaginaria que se ubica en los puntos de mayor elevación

topográfica.

En el Plano del Anexo 2, se presenta cada una de las cuencas delimitadas.

3.1.2 Tiempo de concentración

El tiempo de concentración es el tiempo que toma el agua superficial en llegar desde el punto más alejado de

la cuenca hasta la obra de arte que la drena.

Para el presente estudio se adoptó la propuesta por Kirpich, la cual fue desarrollada a partir de datos de

pequeñas cuencas montañosas con pendientes altas, como se menciona en la publicación de Ven Te Chow:

Kirpich:

385,077,006626,0 SLTc

Donde:

Tc = Tiempo de concentración, en horas.

L = Longitud del cauce desde el sitio más alejado de la cuenca hasta el sitio de interés, en

kilómetros.

S = Pendiente ponderada del cauce principal de la cuenca en estudio, en m/m.

La pendiente ponderada del cauce principal, se calculó con la expresión propuesta por Taylor y Schwarz:

VARIANTE FLANDES

Donde:

LT = Longitud total del cauce principal, en kilómetros.

Li = Longitud en que se subdivide el cauce total, en kilómetros.

Si = Pendiente de cada uno de los tramos en que se subdivide la longitud del cauce

principal, en m/m.

El tiempo de concentración mínimo que se adoptó fue de 15 minutos, por debajo del cual según la

experiencia del consultor, los valores de la intensidad de diseño serían generalmente excesivos, dando lugar

a caudales de diseño inadecuados para el dimensionamiento de las obras. Este valor de tiempo de

concentración se adoptó donde el valor calculado por kirpich diera un valor menor y donde la cartografía no

ofrecía información suficiente para calcularlo por la metodología anteriormente mostrada.

3.1.3 Período de retorno

El cálculo de los caudales de diseño se realizó para períodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. Se

adoptarán para diseño períodos de retorno de 25 años para alcantarillas; y 100 años para puentes.

3.2 CAUDALES DE DISEÑO

Para determinar los caudales de las obras de drenaje, se empleó la siguiente metodología:

Para las cuencas menores a 2,5 km, se utilizó el método racional, por ser un método ampliamente

utilizado para cuencas pequeñas.

Para la cuenca del Puente sobre el Río Magdalena se utilizaron las estaciones Limnigráficas de

Nariño, Arrancaplumas y Puerto Salgar, extrapolando la información de niveles del río hasta llevarla a

Flandes.

3.2.1 Método Racional

Una metodología comúnmente utilizada en hidrología para generar caudales máximos en cuencas pequeñas

o menores donde no existe información hidrométrica, consiste en la estimación del caudal máximo

suponiendo una intensidad uniforme de la precipitación durante el tiempo de concentración de la cuenca. La

suposición de la uniformidad de la precipitación durante el tiempo de concentración, es una aproximación

que se hace teniendo en cuenta que en la realidad un evento de lluvia es uniforme durante el tiempo de

VARIANTE FLANDES

concentración de la cuenca. De esta forma, el caudal en un punto dado de la cuenca crecerá paulatinamente

hasta alcanzar un valor máximo cuando la totalidad de la cuenca esté contribuyendo a la escorrentía en el

sitio de concentración de las aguas.

El procedimiento para calcular el caudal máximo se conoce con el nombre de "Método Racional" y se

expresa mediante la relación:

Donde:

Q = Caudal máximo, en m3/s.

C = Coeficiente de escorrentía.

I = Intensidad de la lluvia, en mm/h.

A = Área de drenaje, en km2.

3.2.1.1 Coeficiente de escorrentía

El coeficiente de escorrentía, que relaciona el caudal máximo generado producido después de descontar las

pérdidas por almacenamiento, retención e infiltración, con la intensidad de precipitación que lo genera, es

propio de cada cuenca y depende principalmente del tipo de suelo, de la cobertura vegetal y de la pendiente

de la cuenca.

Para determinar los valores de los coeficientes de escorrentía se utilizaron imágenes satelitales de Google

Earth y la cartografía existente.

Los resultados del cálculo del coeficiente de escorrentía se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3-1 Cálculo Coeficiente de Escorrentía sector Girardot-Puerto Bogotá

COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

Características de las superficies tr (años)

2 5 10 25 50 100

Áreas no desarrolladas

Pastizales

Plano, 0-2% 0.25 0.28 0.3 0.34 0.37 0.41

Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 0.42 0.45 0.49

Pendiente superior a 7% 0.37 0.4 0.42 0.46 0.49 0.53

Bosques

VARIANTE FLANDES

COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

Características de las superficies tr (años)

2 5 10 25 50 100

Plano, 0-2% 0.22 0.25 0.28 0.31 0.35 0.39

Promedio, 2-7% 0.31 0.34 0.36 0.4 0.43 0.47

Pendiente superior a 7% 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

Áreas desarrolladas

Concreto/techo 0.75 0.8 0.83 0.88 0.92 0.97

Coeficiente de Escorrentía área de estudio

Praderas y pastizales 55%

Bosques Naturales 35%

Concreto/techo 10%

C = 0.365 0.397 0.418 0.459 0.49 0.531

Fuente: Chow, V.T.; Maidment, D.R.; Mays, L.W. Hidrología aplicada, McGraw-Hill, Bogotá 1994.

3.2.1.2 Intensidad de la precipitación

La intensidad de precipitación se seleccionó para un lapso igual al tiempo de concentración propio de la

cuenca y para el período de retorno establecido; consecuentemente, el caudal calculado corresponde a la

creciente con una frecuencia igual a la intensidad seleccionada.

Para determinar las intensidades máximas asociadas a diferentes períodos de retorno se empleó la

metodología empleada por Vargas y Díaz-Granados de la universidad de los Andes.

De acuerdo con el estudio “Curvas sintéticas de intensidad – duración y frecuencia para Colombia” de Díaz-

Granados y Vargas, la intensidad de la precipitación se puede calcular a partir de la siguiente expresión:

Dónde:

I : Es la intensidad promedio del aguacero para un período de retorno específico, en mm/h

T : Es el período de retorno, en años.

M : Es el promedio del valor máximo anual de precipitación diaria, en mm.

N : Número de días con lluvia al año.

PT : Precipitación media anual, en mm.

VARIANTE FLANDES

Para el tramo en estudio se seleccionó la estación Jerusalén (Cód: 21235010) por localizarse cerca a la vía en

estudio y por tener un buen período de registro.

En la Tabla 3-2. Valores de los parámetros para cálculo de las curvas IDF de la estación se presentan los

valores de M, N y PT obtenidos para la estación Jerusalén.

Tabla 3-2. Valores de los parámetros para cálculo de las curvas IDF de la estación Jerusalén

Estación Código M (mm) PT (mm) N (días)

Jerusalén 21235010 73,95 1030 121

En el Anexo 1 se presentan los valores del IDEAM utilizados para la estación Jerusalén.

Son coeficientes de calibración para la ecuación y dependen de la región geográfica de

Colombia. Los valores de estos coeficientes se presentan en la Tabla 3-2.

Tabla 3-3. Valores de los coeficientes para cada región geográfica de Colombia para cálculo de las curvas IDF

COEFICIENTE REGIÓN

Andina Caribe Pacífico Orinoquía

a 1,61 8,51 2,31 1,3E-26

b 0,19 0,21 0,19 0,19

c 0,65 0,5 0,58 0,58

d 0,75 -0,01 -0,20 1,19

e -0,15 -0,08 0,12 -1,46

f 0,08 0,28 0,4 8,28

Correlación (R²) 0,93 0,74 0,91 0,97

Por la ubicación del proyecto, los valores de los coeficientes de calibración que se utilizaron fueron los

correspondientes a los de la región Andina. De esta manera, por medio de la ecuación anterior, se

elaboraron las curvas de intensidad-duración-frecuencia, para duraciones entre 5 minutos y 360 minutos. A

continuación se presentan los resultados obtenidos de la curva IDF para la estación Jerusalén.

VARIANTE FLANDES

Figura 3-1. Curva IDF. Estación Jerusalén

3.2.2 Método Regional de Caudales

Para determinar los caudales máximos en cuencas que se determinaron posterior a la delimitación inicial y

en la medida que se complementó la topografía y la ubicación de las obras de drenaje en el tramo Variante

Flandes, se aplicó la metodología de curvas de regionalización, las cuales se obtuvieron para diferentes

periodos de retorno, tomando como base los caudales obtenidos para el modelo hidrológico desarrollado

inicialmente para el tramo Girardot-Puerto Bogotá.

En el Anexo 5. Regionalización, se presenta el Método Regional para la obtención de Caudales máximos del

presente tramo.

3.3 MANTENIMIENTO DE OBRAS DE DRENAJE

3.3.1 Objetivos del Mantenimiento del Drenaje Vial

Preservar las inversiones efectuadas en la construcción, el mejoramiento, la rehabilitación y el mantenimiento periódico de las vías.

Garantizar la transitabilidad permanentemente para que los usuarios puedan circular diariamente por las vías; es decir, que las interrupciones para su movilización sean mínimas durante el año.

VARIANTE FLANDES

Proporcionar comodidad, seguridad y economía en la circulación de los vehículos que utilizan las vías.

Hacer un uso eficiente y eficaz de los limitados recursos destinados al mantenimiento vial.

3.3.2 MANTENIMIENTO DE OBRAS DE DRENAJE

El sistema de drenajes de una vía comprende todas las construcciones cuyo objeto es la conducción

controlada de las aguas. Los objetivos principales de los sistemas de drenajes viales son:

Permitir el escurrimiento rápido de la lluvia hacia los sitios de descarga.

Permitir el paso, a través de la vía, de las aguas superficiales provenientes de precipitaciones o de corrientes naturales.

Controlar y evitar la acumulación de aguas freáticas que impliquen daños para la vía.

En general, prevenir el deterioro de la vía y sus componentes como resultado de la circulación de aguas superficiales y subterráneas.

Las obras de drenaje y subdrenaje, configuran un sistema que se destina a recibir y encauzar el agua para

sacarla, en forma eficiente y rápida, fuera del camino. De no hacerlo, la vía puede deteriorarse

prematuramente, pues el agua lluvia cuando fluye por la plataforma arrastra el material de afirmado, puede

ocasionar inestabilidad de los taludes; socavar alcantarillas, puentes, pontones, badenes y muros; erosionar

los terraplenes y el terreno natural y, además, causar numerosos daños adicionales.

La limpieza y el buen estado de las obras de drenaje, son condiciones esenciales para la preservación y el

funcionamiento eficiente de los caminos. Por esta razón, el mantenimiento periódico debe enfocarse a

asegurar que todos los elementos del sistema de drenaje mantengan las características físicas para que el

agua superficial y el agua subterránea, puedan fluir libre, eficiente y rápidamente.

En general, el mantenimiento, es el conjunto de actividades que se realizan para conservar en buen estado

las condiciones físicas de los diferentes elementos que constituyen el sistema de drenaje de una vía y, de

esta manera, garantizar que el transporte vehicular sea cómodo, seguro y económico. En la práctica lo que se

busca es preservar el camino y evitar su deterioro físico prematuro.

Procediendo de la manera anterior, se tendrá que después de construida, rehabilitada o reconstruida una vía

y que, por lo tanto, se encuentra en buenas condiciones, ella y sus obras de drenaje debe ser atendida

permanentemente mediante el mantenimiento rutinario y cuando se hayan cambiado sus condiciones de

bueno a un estado regular, realizar entonces el manteniendo periódico para volver a unas condiciones

similares a las iniciales.

Las actividades de mantenimiento se clasifican, usualmente, por la frecuencia como se repiten: rutinarias y

periódicas. En la realidad todas son periódicas, pues se repiten cada cierto tiempo en un mismo elemento.

Sin embargo, en la práctica las rutinarias se refieren a las actividades repetitivas que se efectúan

continuamente en diferentes tramos del camino y las periódicas son aquellas actividades que se repiten en

VARIANTE FLANDES

lapsos más prolongados, de más de un año. Bajo estas consideraciones, se definen el mantenimiento

rutinario y el mantenimiento periódico, de la siguiente manera:

Mantenimiento Rutinario, es el conjunto de actividades que se ejecutan permanentemente en las obras de

drenaje, a lo largo del camino, y se realizan diariamente en los diferentes tramos de la vía. Tiene como

finalidad principal la preservación de todos los elementos de drenaje con la mínima cantidad de alteraciones

o de daños y, en lo posible, conservando las condiciones que tenía después de la construcción o la

rehabilitación. Debe ser de carácter preventivo y se incluyen en este mantenimiento, las actividades de

limpieza de las obras de drenaje, el corte de la vegetación y las reparaciones de los defectos puntuales, entre

otras.

Mantenimiento Periódico, es el conjunto de actividades que se ejecutan en períodos, en general, de más de

un año y que tienen el propósito de evitar la aparición o el agravamiento de defectos mayores, de preservar

las características superficiales, de conservar la integridad estructural de las obras de drenaje y de corregir

algunos defectos puntuales mayores.

Para el cumplimiento de los objetivos trazados se deberá considerar los siguientes aspectos:

Evitar que las obras de drenaje estén obstruidas por materias sólidas o por arbustos y hierbas en más de un 20% de su sección transversal o una tercera parte (1/3) de su luz libre.

Mantener una revisión constante de las juntas, reposición o cambio de apoyos, reparación de socavaciones y elementos de seguridad.

Realizar la reposición o reparación de toda obra de drenaje que se encuentre en mal estado.

La limpieza de las obras de drenaje se debe hacer en toda su longitud, y no solo en sus extremos.

En general, se debe impedir la existencia de aguas no controladas en la vía, para evitar la erosión de taludes, derrumbes, socavación de estructuras y rotura de pavimentos.

Realizar los trabajos de construcción o reparación de las obras de drenaje en conformidad a la normativa vigente.

El sistema de drenaje, está constituido por los siguientes elementos:

Drenaje superficial:

1. Bombeo o pendiente transversal de la plataforma 2. Cunetas 3. Zanjas de coronación 4. Alcantarillas 5. Canales 6. Box-culvert. Pontones y Puentes

Subdrenaje:

Filtros longitudinales.

Otros: drenes de penetración transversal, capas drenantes, drenes de piedra, etc.

VARIANTE FLANDES

1. Bombeo

El bombeo es la pendiente transversal que se da a la plataforma en la capa de afirmado, para facilitar que el

agua de lluvia que cae directamente sobre ella, escurra eficientemente hacia las cunetas, los aliviaderos o al

terreno natural. En el mantenimiento periódico mediante las actividades de perfilado del camino, reposición

de afirmado y reconformación de la plataforma existente, se pretende mantener esta pendiente transversal.

2. Cunetas

Las cunetas son las zanjas laterales, generalmente triangulares, que se construyen paralelas al eje de la vía,

entre el borde de la plataforma y el pie del talud. La función de esta obra de drenaje es la de recibir y

evacuar eficientemente el agua de lluvia superficial proveniente de la superficie del afirmado del camino y de

los taludes. En el mantenimiento periódico se efectúa como actividad puntual la reparación de algunas

cunetas.

3. Zanjas de coronación

Las zanjas de coronación son las excavaciones que se hacen en el terreno natural, en la parte alta de los

taludes en corte, con el fin de interceptar y encauzar el agua lluvia superficial que escurre ladera abajo desde

mayores alturas, con la función de evitar la erosión de los taludes, la colmatación de las cunetas y la

afectación de la plataforma, por el agua y el material de arrastre. En el mantenimiento periódico del camino

se ejecuta como actividad puntual la reparación de algunas zanjas de coronación.

4. Alcantarillas

Las alcantarillas son elementos del sistema de drenaje constituidos por ductos que permiten y facilitan el

paso del agua, proveniente de cauces naturales, canales o cunetas, de un lado a otro del camino.

Generalmente son estructuras construidas en piedra, en concreto o metálicas. Se construyen en forma de

tubo y en cajón. En el mantenimiento periódico se efectúa como actividad puntual la reparación de

alcantarillas.

5. Canales

Los canales son zanjas generalmente rectangulares de dimensiones variables, algunas en terreno natural y

otras revestidas en piedra o en concreto, construidas para recibir y encauzar corrientes de agua provenientes

de cauces naturales o de otras obras de drenaje. Pueden estar localizados paralelos a la vía o en zonas donde

se concentran las aguas. En el mantenimiento periódico podría efectuarse la reparación de aquellos canales

que están desprotegidos superficialmente y, por su puesto, que se ha identificado que lo requieren.

6. Otras obras de drenaje superficial

Para el drenaje superficial, además, se utilizan otros elementos como son: los sardineles que son pequeñas

estructuras que se colocan en el borde exterior de la plataforma; también, los aliviaderos, que son

encauzamientos, generalmente de mampostería de piedra, que bajan transversalmente por los taludes de

VARIANTE FLANDES

los terraplenes y que reciben el agua de bordillos o cunetas para llevarla fuera de la vía. Otra obra,

denominada disipador de energía, se utiliza cuando es necesario encauzar agua de lluvia superficial en

grandes pendientes y recorridos largos. Un buen disipador de energía es también la vegetación que cubre

taludes de cortes y terraplenes y, se constituye en una efectiva protección contra la acción erosiva del agua o

del viento. En el mantenimiento periódico se efectúan reparaciones puntuales de los elementos anteriores.

7. Filtros

Los filtros son obras de subdrenaje constituidas por zanjas con material drenante cuya principal función es

facilitar la evacuación del agua desde el interior de la plataforma de la vía o desde la masa de suelo que

conforma los taludes o el terreno natural. En el mantenimiento periódico podría efectuarse, puntualmente,

la reparación de estos elementos.

8. Puentes

Los pontones son estructuras de longitud menor a 10 metros, que se utilizan para pasar una quebrada o una

depresión del terreno. Se construyen principalmente de: concreto, acero estructural, piedra o madera. Su

costo es relativamente alto y, al igual que los puentes, tienen un importante valor como patrimonio vial y

como elemento clave para la operación de la vía.

Los pontones son elementos importantes y valiosos que deben cuidarse permanentemente mediante un

riguroso mantenimiento, cuyo objetivo es lograr que todos estén en buenas condiciones estructurales y

siempre sean seguros para el tráfico.

Las actividades de mantenimiento periódico que se deben ejecutar son similares a las correspondientes a los

puentes y son las siguientes:

Reparaciones de barandas de pontones de concreto.

Reparaciones de pontones de madera.

La limpieza de los cauces o lechos de quebradas menores, empleando maquinaria y herramientas manuales, para quitar restos de ramas o troncos de madera, basuras, materiales producto de la erosión y otros obstáculos que puedan afectar el paso del agua durante las crecientes y, como consecuencia, producir impactos sobre el pontón y deteriorarlo o destruirlo.

Los puentes son las estructuras más importantes del camino, de longitud igual o mayor a 10 metros, que se

utilizan para pasar un río o una depresión del terreno. Se construyen principalmente de: concreto, acero

estructural, piedra o madera. Su costo generalmente es alto en comparación con los demás elementos del

camino y, por lo mismo, tienen un gran valor como patrimonio vial y como elemento crítico para la operación

del camino.

Los puentes, por su importancia y por su valor, son elementos que deben cuidarse permanentemente

mediante un riguroso mantenimiento, cuyo objetivo es lograr que todos ellos estén en buenas condiciones

estructurales y siempre sean seguros para la circulación vehicular.

VARIANTE FLANDES

El mantenimiento de estas estructuras deberá consistir en el uso de técnicas requeridas para la

determinación de las condiciones físicas de los elementos que la componen, a través de inspecciones

sistemáticas que proporcionen los datos necesarios para la toma de decisiones en relación a reparaciones,

refuerzo o sustitución de las estructuras.

Los problemas que se presentan en la conservación y mantenimiento de estas estructuras son numerosos,

diferentes y con frecuencia complejos, por lo que es necesario que esta actividad sea realizada por personal

con suficiente experiencia y capacidad técnica, ya que será responsable por la minuciosidad de la inspección

en el campo y análisis de los resultados, para así tomar las acciones adecuadas encaminadas a mantener la

condición de seguridad de la estructura y por ende del usuario.

Se debe prestar especial atención en la revisión y diagnóstico del estado de los Puentes, después de la

ocurrencia de sismos, crecidas hidrológicas o cualquier evento que pueda afectar la estabilidad de dichas

estructuras.

Las actividades de mantenimiento periódico a ejecutar, son puntuales y entre ellas están las siguientes:

Reparaciones de barandas de puentes de concreto.

Reparaciones de puentes de madera.

Cambio o reparación de maderamen de puentes metálicos.

La limpieza de los cauces o lechos de los ríos o quebradas, empleando maquinaria y herramientas manuales, para quitar restos de ramas o troncos de madera, basuras, materiales producto de la erosión y otros obstáculos que puedan afectar el paso del agua durante las crecientes y, como consecuencia, producir impactos sobre el puente y deteriorarlo o destruirlo.

3.3.3 LIMPIEZA DE ALCANTARILLAS Y PUENTES

3.3.3.1 Limpieza de alcantarillas

Consiste en la eliminación de todo tipo de material o residuo que obstruya el libre paso del agua a través de

la alcantarilla, permitiendo de este modo el mantenimiento de un buen drenaje y, por consiguiente, la

preservación del camino. Igualmente, se deberá efectuar la limpieza y encauzamiento, de los cursos de agua,

tanto al ingreso, como a la salida de la misma. El procedimiento a utilizar es el siguiente:

Se colocan las señales de seguridad.

Se retiran todas las piedras, tierra y ramas que se encuentren en la entrada, salida y dentro de la alcantarilla.

Se elimina el material retirado a media ladera, siempre que no afecte terrenos de cultivo, viviendas, canales, acequias, etc.

En caso contrario, se elimina el material en un botadero apropiado.

Al concluir la limpieza, se verifica que la alcantarilla haya recuperado su sección original.

Se retira las señales de seguridad.

VARIANTE FLANDES

La frecuencia de limpieza es dos veces por año, luego de los periodos invernarles característicos del régimen

climático en la zona del proyecto.

Al concluir la limpieza, la sección de la alcantarilla debe quedar totalmente libre de desperdicios.

3.3.3.2 Limpieza de puentes y pontones

Consiste en el mantenimiento de los puentes y pontones y su reparación cuando se observa que están

deteriorados. Además del puente o pontón, es necesario hacer limpieza del cauce de la quebrada cuando su

nivel está muy alto. Se recomienda una altura mínima de 3,0 m. El procedimiento a utilizar es el siguiente:

Se coloca las señales o elementos de seguridad si es necesario restringir el paso de los vehículos por el puente o pontón.

Se elimina el material depositado sobre el tablero y apoyos del puente o pontón.

Se observa el estado del entablado, de los amarres y pernos.

Se reparan los elementos que se encuentran en mal estado: tableros, rollizos, pernos y/o clavos, muros, etc.

Se limpia la quebrada de elementos que dificulten el paso del agua.

3.4 ANTECEDENTES DE SUCESOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS

La Variante Flandes es una vía nueva que pretende comunicar de manera más eficiente a los municipios del

oriente del Tolima con los del suroccidente de Cundinamarca, con un puente nuevo sobre el Río Magdalena.

El régimen de precipitaciones presenta dos estaciones lluviosas a lo largo del año, la primera de comienzos

de abril a finales de junio y la segunda de septiembre a finales de noviembre; presentando diferencias para la

precipitación promedio multianual de 1000 a 1500 mm/año.

El caudal promedio anual del Río Magdalena en el sector es de 1200m3/s. Este cauce será intervenido con

una gran obra, como lo es el puente nuevo entre Flandes y Girardot para el cual se calculó el caudal de

diseño de 6100m3/s. El Río Magdalena presenta un régimen de caudales del mismo modo que las

precipitaciones de la zona, presentándose sus máximos en los meses de Abril y Noviembre, y los mínimos en

los meses de Agosto y Enero.

El tramo ubicado a la margen izquierda del Río Magdalena es un tramo completamente nuevo ubicado en el

área rural del municipio de Flandes y a la margen derecha del Río es una ampliación de la actual carretera

entre Girardot y Puerto Bogotá, en ninguno de los dos casos las grandes crecientes del Río Magdalena en los

años 2008 y 2011 afectaron la vía existente ni el terreno donde está proyectada la nueva vía.

VARIANTE FLANDES

A partir de la información recopilada en campo y de los resultados de los estudios realizados para el presente

tramo se concluyó que no existen riesgos de tipo erosivo, de socavación o hidrológico e hidráulico. En el

Anexo 4.3 Mapa de Riesgos, se presenta la localización de las estaciones utilizadas para el estudio, asociadas

al régimen de lluvias, adicionalmente, se muestra la ubicación de las obras con algún tipo de riesgo (para este

tramo, no se localiza ninguna obra, puesto que la variante es nueva y el puente existente no presenta riesgo).

VARIANTE FLANDES

4. ALCANTARILLAS Y BOX CULVERT

El dimensionamiento hidráulico de las alcantarillas se realizó teniendo en cuenta las condiciones de flujo y la

localización del control hidráulico. Los parámetros adoptados fueron los siguientes:

Para estructuras con pendiente (So) superior a la pendiente crítica (Sc), se presentarán condiciones de

flujo con control de entrada. En caso contrario (So < Sc), existirá flujo con control de salida.

Los factores predominantes para flujo con control a la entrada utilizados para determinar la

capacidad de la alcantarilla son el área del conducto, la geometría de la entrada y la altura de la

lámina aguas arriba.

La altura de velocidad de aproximación se considera despreciable, comparada con la altura de la

velocidad dentro del conducto.

Si el control hidráulico se localiza a la entrada del conducto, el dimensionamiento de la alcantarilla

proyectada, se realiza mediante el criterio del U.S. BUREAU OF RECLAMATION:

3/896,0 DQ

Donde:

D: Diámetro del conducto (m)

Q: Caudal de diseño (m3/s)

El criterio con control a la entrada se empleó para las vías en consideración teniendo en cuenta la topografía

de la vía.

Para el caso de alcantarillas circulares el diámetro mínimo adoptado fue de 1,2 m debido a aspectos

constructivos, para evitar problemas por sedimentación y facilitar su mantenimiento

Para el dimensionamiento hidráulico de alcantarillas en cajón o box culvert, se utilizó la siguiente expresión

considerando control hidráulico a la entrada del conducto.

Donde:

Q: Caudal de diseño (m3/s)

b: Ancho del conducto

h: Altura del conducto, en metros, considerando que el nivel de agua para la creciente de diseño coincide

con la cota clave de la obra.

VARIANTE FLANDES

Una vez calculadas las dimensiones de las obras propuestas se determinaron las dimensiones típicas de las

obras propuestas.

En el Anexo 2. Se presenta la información referente al estudio hidrológico, esto es localización, tipo de obra,

área de drenaje, caudal de diseño, que se tomó como base para el dimensionamiento. De igual forma, en el

Anexo 3, se muestran los resultados del estudio hidráulico, es decir, el tipo de estructura, el número de

ductos, el diámetro o altura y la base para el caso de los box culvert, entre otros.

Para las estructuras propuestas a la margen izquierda del Río Magdalena, se determinó el tipo, número y

dimensiones de las estructuras, considerando que todas son nuevas.

VARIANTE FLANDES

5. OBRAS DE DRENAJE COMPLEMENTARIAS

Las obras de drenaje complementarias son utilizadas para conducir las aguas procedentes de la escorrentía

superficial y subsuperficial que llegan a las vías producto de las precipitaciones y las corrientes subterráneas

que drenan hacia la vía. Estas obras permiten la adecuada evacuación de las aguas, hacia las obras de

drenaje principal reduciendo los efectos nocivos que se producen sobre la misma y que pueden afectar su

estabilidad.

Para el presente sector, se tendrán dispuestas las obras complementarias en las zonas aledañas a la vía

donde se presenten mayores pendientes, sectores de altas precipitación o donde las características

geotécnicas del terreno, por el transporte de las aguas superficiales y/o subsuperficiales, puedan ocasionar

daños a la estructura.

A continuación se presentan las obras complementarias de drenaje típicas que serán utilizadas en el presente

sector.

5.1 OBRAS DE DRENAJE SUPERFICIAL

Las obras de drenaje superficial son aquellas utilizadas para el drenaje de las aguas superficiales, que

escurren sobre el terreno adyacente a la carretera y/o sobre ésta.

A continuación se presentan una descripción de las obras de drenaje superficial más comunes.

– Cunetas

Las cunetas son zanjas ubicadas a lado y lado de la corona cuya función es la de conducir por gravedad las

aguas provenientes del talud y por la zona pavimentada. Sus dimensiones varían dependiendo del volumen

de agua a evacuar, la longitud del corte y la pendiente.

Existen varios tipos de cunetas de acuerdo con diferentes criterios. Generalmente se plantean en secciones

transversales triangulares o trapezoidales y su diseño se basa en los principios hidráulicos en canales

abiertos.

Para el proyecto se utilizaron las cunetas tipo triangular. Para la evaluación de la capacidad hidráulica se

asumieron condiciones críticas.

Se aplicó entonces la ecuación de Manning modificada para el tipo de cuneta triangular.

2/13/5

Luego, se determinó la profundidad de agua con la ecuación:

VARIANTE FLANDES

Figura 5-1 Dimensiones de la cuneta triangular

Donde:

T = Ancho superficial, en m.

H = Altura de la cuneta, en m.

Luego de la realización de los procedimientos se estimaron las dimensiones de la cuneta teniendo en cuenta

los resultados arrojados, con el fin de garantizar la capacidad hidráulica de las mismas. Los esquemas típicos

de cunetas se encuentran consignados en el Anexo 3.4 Planos Obras Complementarias y serán utilizados para

todo el Sector puesto que se trata de una vía nueva.

Figura 5-2 Detalle de cuneta externa (longitudinal de la vía) y filtro tipo geodrén con tubo

VARIANTE FLANDES

– Pocetas o cajas colectoras

So estructuras localizadas a la entrada de las obras de drenaje principal que captan las aguas provenientes de

las cunetas permitiendo tránsito por debajo de la vía. Estas estructuras permiten el almacenamiento

temporal de las aguas y la unión de obras de drenaje principal o complementarias cuando se presentan

cambios de cota en el terreno.

Para el dimensionamiento de una poceta o caja colectora es necesario considerar las dimensiones y

profundidad de la tubería de la alcantarilla, la profundidad del filtro entrante o el tamaño de la estructura de

encole y la facilidad de mantenimiento de la obra.

– Contracunetas

Las contracunetas son zanjas construidas paralelamente a la carretera, por encima del talud en corte, lo en

taludes donde se proyectaron bermas de estabilización, las dimensiones de la sección transversal de las

contracunetas varían de acuerdo con las condiciones del terreno.

Las contracunetas se construyen en las zonas en las que el volumen de agua que llega al talud es

considerable y se utilizan con el fin de interceptar las aguas del mismo a fin de constituir una barrera que

permita la disminución de la acción erosiva de la misma y el volumen de agua que llega en las zonas aledañas

a la vía o las obras de drenaje principales.

– Descoles

Son obras que se proyectan para conducir el agua de drenaje, desde la salida de la alcantarilla o box –

culvert, hasta el receptor final. Normalmente vienen acompañadas de una estructura de disipación de

energía, con el fin de controlar las velocidades erosivas del agua.

– Bermas

Las bermas son obras cuya función es la de proteger el terreno y la vía de la erosión, se utilizan para conducir

más adecuadamente las aguas provenientes de la escorrentía superficial, hacia lavaderos, bajadas o

estructuras similares, lo que reduce la capacidad erosiva del agua sobre estas estructuras. Para este sector

específico véase informe geotécnico.

5.2 DRENAJE SUBSUPERFICIAL

Las obras de drenaje subsuperficial se utilizan para evacuar las aguas provenientes de la escorrentía

subsuperficial hacia las obras de drenaje principal o a los cauces de agua, con el fin de proteger los cimientos

de las vías. Algunas de las obras más comunes se presentan a continuación.

La utilidad de los subdrenes es la de interceptar y eliminar las aguas hacia las obras de drenaje principal o

cauces, adicionalmente, mantienen el nivel freático por debajo del pavimento, para protección de éste

último.

VARIANTE FLANDES

Los subredenes son zanjas de profundidad variable provistas de un tubo perforado en el fondo y rellenas con

material filtrante. El agua es conducida hacia el tubo donde, a través de las perforaciones ésta es evacuada

hacia donde no pueda ocasionar daños.

A continuación se presenta un esquema de la estructura antes descrita:

Figura 5-3 Esquema de estructura de Drenaje Subsuperficial típica

Los drenes pueden ocupar uno o ambos lados de la vía e inclusive, poseer dos o más zanjas de acuerdo con el

volumen de agua a evacuar.

VARIANTE FLANDES

6. PUENTES

El análisis de caudales máximos del Río Magdalena para los tramos variante Flandes, Girardot-Puerto Bogotá

y Puerto Bogotá-Puerto Salgar, se realizó con base en las series históricas de caudales máximos instantáneos

de las estaciones de Nariño (en el municipio de Nariño) Arrancaplumas (ubicada en Puerto Bogotá) y de

Puerto Salgar (en el municipio de Puerto Salgar) teniendo en cuenta el período común (1978 - 2011).

Teniendo en cuenta la cercanía de las estaciones limningráficas, y buscando estimar la lámina de agua

ocasionada por una creciente en el Río Magdalena y no por la creciente de alguno de sus afluentes en este;

para dicho análisis se tomaron los valores máximos anuales en los que la creciente habían ocurrido en el

mismo mes para las tres estaciones, asegurándose con esto que se tratara da la misma creciente.

La longitud de la serie fue de 25 años, y estos valores se ajustaron a la función de valores extremos de

Gumbel estimando los niveles máximos para los diferentes períodos de retorno entre 10 y 100 años.

Figura 6-1. Estación Nariño. Niveles Máximos (cm). Ajuste estadístico asociados a diferentes períodos de retorno

VARIANTE FLANDES

Figura 6-2. Estación Arrancaplumas. Niveles Máximos (cm). Ajuste estadístico asociados a diferentes períodos de retorno

Figura 6-3. Estación Arrancaplumas. Niveles Máximos (cm). Ajuste estadístico asociados a diferentes períodos de retorno

VARIANTE FLANDES

Tabla 6-1. Valores de los Niveles del Río Magdalena en las Estaciones de Nariño, Arrancaplumas y Puerto Salgar

Probabilidad de Excedencia

Período de Retorno (Años)

Niveles (cm) [Nariño]

Niveles (cm) [Arrancaplumas]

Niveles (cm) [Puerto Salgar]

0,20 5 593,18 786,81 480,52

0,10 10 692,88 862,88 524,41

0,04 25 818,85 959,00 579,87

0,02 50 912,30 1030,30 621,01

0,01 100 1005,07 1101,08 661,84

Con base en los ceros de mira de las estaciones analizadas, dichos niveles se trasladan a cota sobre el nivel

del mar, siendo el cero de mira de la estación río Magdalena - Nariño de 240.11m.s.n.m y de la estación río

Magdalena - Arrancaplumas de 172.25m.s.n.m y de la estación río Magdalena – Puerto Salgar 165.92m.s.n.m

para Puerto Salgar. En la siguiente tabla se presentan los niveles de las láminas de agua mencionadas:

Tabla 6-2. Valores de cota de los Niveles del Río Magdalena en las Estaciones de Nariño, Arrancaplumas y Puerto Salgar

Probabilidad de Excedencia Período de Retorno (Años) Niveles (msnm)

[Nariño] Niveles (msnm)

[Arrancaplumas] Niveles (msnm) [Puerto Salgar]

0,20 5 246,04 180,12 170,73

0,10 10 247,04 180,88 171,16

0,04 25 248,30 181,84 171,72

0,02 50 249,23 182,55 172,13

0,01 100 250,16 183,26 172,54

Posteriormente se analizó el perfil de flujo que se presentaría en el río Magdalena, considerando las

características del canal. En el tramo de estudio, la pendiente es muy suave y varía de manera proporcional

con la cota de inundación, presentándose un flujo normal, utilizando como condiciones de frontera los datos

de las estaciones, se proyectó el perfil de flujo para el Río Magdalena entre Flandes y Puerto Salgar.

VARIANTE FLANDES

Figura 6-4. Perfil de fondo del Río Magdalena en todo su recorrido

Para el puente de la variante Flandes se utilizó como condición de frontera los datos de las estaciones de

Nariño y Arrancaplumas, extrapolando estos resultados hasta el puente de la variante Flandes dado que no

se contaba con una estación representativa para este punto aguas arriba del mismo. Con base a esta

metodología se calcularon los niveles máximos de Agua para el Puente entre Flandes y Girardot (variante

Flandes) teniendo los siguientes resultados:

Tabla 6-3. Valores de cota de los Niveles del Río Magdalena. Puente de Variante Flandes

Tr (Años)

Niveles (msnm) [Puente Variante Flandes]

10 265.43

25 266.69

50 267.23

100 268.55

VARIANTE FLANDES

Figura 6-5 Niveles del Río Magdalena en la Sección del Puente entre Flandes y Girardot

Esta metodología se verificó utilizando el software HidroSIG® de la Facultad de Minas de la Universidad

Nacional de Colombia – Sede Medellín, que propone la estimación de los caudales máximos considerando

que la media y la desviación estándar del caudal dependen únicamente de parámetros morfométricos

representados por el área y parámetros climáticos representados por la precipitación y la evaporación media

sobre la cuenca. La media y la desviación estándar de los caudales máximos está dada por:

Los valores de Kμ, θμ, ϕμ, Kσ, θσ y ϕσ, se estimaron por regiones, mediante procedimientos de regresión

múltiple, utilizando como variables independientes los parámetros climáticos y geomorfológicos de la cuenca

y como variables dependientes los valores de µ y σ calculados para cada estación y se encuentra

implementado dentro de los procedimientos del software.

Los valores de Precipitación (P) y Evapotranspiración (E) se han regionalizado para el país a partir de

diferentes aproximaciones y vienen implícitos en el software.

En el software HidroSIG®, se delimitó la cuenca del Río Magdalena hasta el municipio de Flandes, la cual

presenta hasta allí un área de 39274.47km2; utilizando las operaciones de cuencas que el software presenta

se estimaron los caudales máximos para los diferentes períodos de retorno utilizando la distribución Gumbel,

obteniendo los siguientes resultados:

VARIANTE FLANDES

Tabla 6-4. Caudales Máximos del Río Magdalena. Puente de Variante Flandes

Período de Retorno (Años) Qmax (m3/s)

10 1571.00

25 1883.57

50 2115.45

100 2345.62

Figura 6-6. Software HidroSIG® estimación caudales máximos para diferentes períodos de retorno Rio Magdalena en Flandes

6.1 ESTUDIOS HIDRÁULICOS

El caudal de diseño en cada sitio de ponteadero se estimó para el período de retorno siguiendo las

recomendaciones presentadas en la Tabla 2.8 del Manual de Drenaje para Carreteras INSTITUTO NACIONAL

DE VÍAS, (Véase Tabla 6-5).

Tabla 6-5 Período de Retorno de Diseño

Tipo de Obra Período de Retorno (años)

Puentes menores (luz menor a 10 m) 25

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

Puentes de luz mayor o igual a 50 m 100

VARIANTE FLANDES

6.1.1 Modelación Hidráulica

La hidráulica de la corriente se basó en el modelo computacional HEC – RAS. Este modelo simula la hidráulica

del flujo para canales de cualquier tipo de sección transversal bajo flujo gradualmente variado, trabajando de

acuerdo con la ecuación de Bernoulli:

Z1 + Y1 + (V12/2g) = Z2 + Y2 + (V22/2g) + h

Donde:

Z: Nivel del fondo del canal aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo, denominado este término cabeza de

posición, en m.

Y: Lámina de agua aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo, denominado este término cabeza de presión,

V2/2g: Cabeza de velocidad aguas arriba (1) y abajo del tramo (2), denominado este término cabeza de

velocidad, en m.

h: Pérdidas de energía en el tramo, dividiéndose en pérdidas por fricción y localizadas, en m.

Las pérdidas por fricción en el tramo hf para flujo gradualmente variado en un tramo de longitud L del canal

se pueden expresar por medio de la ecuación de Manning:

hf = ((Se1 + Se2)/2) L

En donde Se1 y Se2 corresponden a los valores de la pendiente de la línea de energía aguas arriba (1) y abajo

(2) del tramo. Estos valores se expresan por medio de la fórmula de Manning para flujo uniforme en cada

sección del tramo:

Se = (n2V2/R4/3)

Donde:

n: Coeficiente de rugosidad de Manning.

V: Velocidad promedio del agua, en m/s.

R: Radio hidráulico, en m, igual al área hidráulica A, en m2, dividida entre el perímetro mojado P, en m.

Se ha definido, de acuerdo un coeficiente de rugosidad de Manning para los cálculos hidráulicos llevados a

cabo igual a 0,04.

Por otro lado, las pérdidas localizadas hl en un punto del canal de las corrientes analizadas se expresan

mediante la ecuación:

VARIANTE FLANDES

hl = K ABS ((V12 /2g)- (V22/2g))

Dónde:

K: Coeficiente de pérdidas localizadas, adimensional.

V: Velocidad promedio aguas arriba (1) y aguas abajo (2) del punto o tramo en donde se produce la

pérdida localizada, en m/s.

ABS: Representa el valor absoluto del término.

Los resultados de la modelación incluyen los siguientes aspectos para cada sección transversal considerada:

• Abscisa de la sección transversal.

• Caudal total.

• Cota de fondo mínima de la sección transversal.

• Nivel de la lámina de agua.

• Lámina de agua máxima en la sección transversal.

• Nivel de la profundidad crítica.

• Nivel de la línea de energía.

• Pendiente de la línea d energía.

• Velocidad promedio del agua.

• Área hidráulica.

• Ancho de la superficie libre de agua de la sección transversal.

• Número de Froude.

6.1.2 Resultados de Modelación Hidráulica

Los estudios de socavación se realizaron de acuerdo con lo establecido en las publicaciones de Maza Álvarez y de

Monforte Ocampo.

6.1.3 Socavación general

Cuando ocurren las crecientes en un río, se producen alteraciones en la corriente, en el fondo y en las bancas

del cauce. Estos cambios que sufre la forma del cauce se deben a la mayor capacidad de arrastre de la

VARIANTE FLANDES

corriente, la cual al transportar un mayor número de partículas en suspensión y tomarlas del fondo, hace que

este descienda.

La metodología utilizada para el cálculo de la socavación general, corresponde a la propuesta por Maza A.J.A

[13]. En esta metodología el criterio de cálculo fue propuesto por Lichtvan - Lebediev y para su aplicación es

necesario hacer distinción en las características de cohesividad y homogeneidad de los suelos presentes en el

lecho.

La profundidad máxima de socavación esperada al paso de la creciente está dada por las siguientes expresiones:

Para suelos granulares: )1(

Para suelos cohesivos: )1(

A continuación se describen los parámetros que se tuvieron en cuenta para el cálculo de la socavación general:

Coeficiente de distribución de gasto ( ): Este coeficiente se calcula con la siguiente relación:

Caudal de diseño ( dQ ): Es el caudal de diseño para el período de retorno considerado (m³/s).

Profundidad ( oH ): Es la profundidad de la sección transversal para el caudal de diseño considerado (m).

Ancho efectivo ( eB ): Es el ancho de la sección para el nivel del caudal de diseño (m). Es importante aclarar

que si la corriente incide paralelamente al eje de las pilas, esa longitud será la del tramo considerado menos el espesor de las pilas que están dentro de él. Cuando existe un ángulo de esviaje de la corriente, el ancho efectivo se puede calcular gráficamente trazando líneas que indican la dirección de la corriente, tangentes a las pilas, y midiendo los claros que resultan.

Profundidad sH : Es la altura entre la superficie del agua (al pasar la creciente) y el fondo erosivo (m).

Diámetro medio ( md ): Es el diámetro de las partículas de fondo (mm), el cual se calcula mediante la

expresión:

iim pdd1

001. .

Diámetro id : Es el diámetro medio de una fracción de la curva granulométrica de la muestra total que se

analiza, en mm.

Porcentaje de muestra ( ip ): Es el porcentaje del peso de esa misma porción, comparada con el peso total de

la muestra.

VARIANTE FLANDES

Coeficiente

Tabla 6-6 Coeficiente β

TR Probabilidad (%)

1 0,77 100,0

2 0,82 50,0

5 0,86 20,0

10 0,90 10,0

20 0,94 5,0

50 0,97 2,0

100 1,00 1,0

300 1,03 0,3

500 1,05 0,2

1000 1,07 0,1

Coeficiente :Z Este coeficiente es usado solamente para suelos granulares, y depende únicamente del

diámetro medio del material granular Se calcula mediante la siguiente expresión:

)(log00891,0)log(04136,0394557,0 2

mm ddZ

Coeficiente X : Este coeficiente sólo es usado para los suelos cohesivos, y depende únicamente del valor del peso específico en ton/m3 del estrato. Se calcula haciendo uso de la siguiente expresión:

2136275,058073,0892619,0 ssX

Peso específico ( s ): Es el peso específico del estrato de suelo que se analiza, en ton/m3.

Coeficiente de contracción (

de la sección. Se calcula con base a la siguiente expresión:

v387,01 .

Velocidad media v( ): Es la velocidad media de la sección transversal para el caudal de diseño.

Longitud entre claros ( L ): Es la longitud entre dos pilas

Profundidad de socavación ( sd ) : Se calcula mediante la expresión: )( oss HHd .

Para el cálculo de la profundidad de socavación se utilizó el Método Gráfico. En este método se considera un

punto iP cualquiera a una profundidad inicial oH , cuyo estado geológico se conoce. Una vez que se conocen

las profundidades de las fronteras entre los distintos estratos, se encuentra la velocidad de degradación con

la ayuda de las siguientes ecuaciones:

VARIANTE FLANDES

Para suelos granulares: Z

Sme HdV 23,068,0

Para suelos cohesivos: X

SSe HV 18,160,0

Posteriormente, para distintas profundidades escogidas arbitrariamente, se determina el valor de la velocidad de

arrastre con la siguiente ecuación:

Terminadas las operaciones anteriores, se llevan esos valores a un sistema de ejes coordenados de

velocidades contra profundidades Hs, y se dibujan las curvas para Ve y Vr. El punto de intersección de estas

curvas indica la profundidad de equilibrio de la erosión y la velocidad media a la que se obtiene.

Figura 6-7 Cálculo de socavación utilizando el método gráfico

6.1.4 Socavación local

6.1.4.1 Socavación local en pilas

La profundidad de socavación local representa el descenso del lecho adyacente a la estructura, medido

desde el nivel que queda después de la socavación general.

En la determinación de la profundidad de socavación local en pilas, se utilizó el criterio expuesto por

Yaroslavtziev [13], el cual considera el tipo de material del fondo del cauce, la geometría de la estructura y

parámetros hidráulicos de la sección transversal.

VARIANTE FLANDES

La profundidad de socavación esperada al paso de la creciente está dada por la siguiente expresión:

30)( Dg

VKeKKd Hvfs

Donde:

fK = Coeficiente que depende de la forma de la pila y del ángulo de incidencia de la corriente sobre

la pila.

vK = Coeficiente definido por la expresión: 3

28.0bg

VLogKv

V = Velocidad media de la corriente aguas arriba de la pila, después de producirse la erosión

general, (m/s2).

g = Aceleración de la gravedad, en 2/ sm .

1b = Proyección en un plano perpendicular a la corriente, del ancho y largo de la pila, en m .

e = Coeficiente de corrección cuyo valor depende del sitio donde estén colocadas las pilas.

HK = Coeficiente definido por la expresión: 1

35.017.0b

HLogKH

H = Profundidad de la corriente frente a la pila (m). Este valor dura el paso de la creciente de

diseño

85D = Diámetro representativo de las partículas más gruesas (m). En caso de suelos cohesivos existe

un diámetro equivalente D expresado en función del peso volumétrico del material seco y de

su clasificación.

Tabla 6-7 Diámetros equivalentes a suelos granulares, para suelos cohesivos

Característica de los

suelos

Peso volumétrico

del material seco

(ton/m3)

Dimensiones del diámetro equivalente en suelos granulares (cm)

Arcillas y tierras fuertemente arcillosas

Tierras ligeramente

arcillosas

Suelos de aluvión

(arcillas margosas)

Poco compactadas 1,2 1 0,5 0,5

Medianamente

compactos 1,2 - 1,6 4 2 2

Compactos 1,6 - 2,0 8 8 3

Muy compactos 2,0 - 2,5 10 10 5

VARIANTE FLANDES

6.1.4.2 Socavación local en estribos

Para determinar la profundidad de socavación en estribos se utilizó la metodología de Artamonov. La

profundidad de socavación local por estribos depende del flujo que teóricamente es interceptado por el

estribo, del talud que tiene los lados del estribo y del ángulo que el eje longitudinal de la obra forma con la

corriente. La profundidad de socavación esperada al paso de la creciente está dada por la siguiente

expresión:

0HPPPS kqT

Donde:

P = Coeficiente que depende del ángulo que forma el eje del espigón con la corriente.

qP = Coeficiente que depende de la relación Q

Q1 , en donde 1Q es el gasto teórico que pasaría por

el lugar ocupado por el estribo, si este no existiera, y Q es el gasto total que pasa por la

sección transversal.

kP = Coeficiente que depende del talud que tiene los lados del estribo.

0H = Profundidad que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosión (m).

La profundidad de socavación estará dada por la expresión: )( oTs HSd . Esta profundidad es medida desde

el fondo del cauce.

Como se observa en la ecuación ( 0HPPPS kqT ), la socavación en los estribos es función de la altura de la

lámina de agua sobre el estribo. Dado que la ubicación de los estribos se realizó de tal forma que el nivel del

agua para la creciente máxima de diseño (para un período de retorno de 1000 años) no alcanza a estas

estructuras (Véase Anexo 4), se concluye que no se presenta socavación local en los estribos.

6.1.5 Cálculo de la socavación mediante el software HEC-RAS

Adicional a los cálculos realizados anteriormente con los métodos tradicionales, se utilizó el modelo

hidráulico HEC-RAS del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos, para evaluar la profundidad de

socavación por contracción y la profundidad de socavación local en las pilas y estribos del puente.

En el software HEC-RAS, el módulo de cálculo de socavación utiliza los resultados de la modelación hidráulica

para establecer los parámetros hidráulicos requeridos para la estimación de las profundidades de

socavación.

VARIANTE FLANDES

El modelo HEC-RAS para el cálculo de la socavación por contracción utiliza la ecuación de Laursen

modificada. Para el cálculo de la socavación en pilas se utiliza la ecuación de erosión de la Universidad del

Estado de Colorado (CSU). Para el cálculo de la socavación en estribos se utiliza la ecuación propuesta por

Froehlich.

6.1.5.1 Cálculo de la socavación por contracción

Para estimar la magnitud de la socavación por contracción el HEC-RAS utiliza la versión modificada de la

ecuación de Laursen, la cual se expresa mediante la relación:

02 yyys

Donde:

sy = Profundidad promedio de la erosión por contracción, en metros.

2y = Profundidad promedio después de la erosión en la sección contraída, en metros.

1y = Profundidad promedio en el cauce principal o llanura de inundación en la sección aguas arriba,

en metros.

0y = Profundidad promedio en el cauce principal o llanura de inundación en la sección contraída

antes de la erosión, en metros.

1Q = Flujo en el cauce principal o llanura de inundación en la sección aguas arriba, la cual está

transportando sedimento, m³/s

2Q = Flujo en el cauce principal o llanura de inundación en la sección contraída, la cual está

transportando sedimento, m³/s.

1W = Ancho del fondo del cauce principal o llanura de inundación en la sección aguas arriba, en

metros.

2W = Ancho del fondo del cauce principal o llanura de inundación en la sección contraída menos el

ancho de las pilas, en metros. Esto está aproximado como el máximo ancho del área efectiva de

flujo.

1K = Exponente para el modo de transporte del material del fondo.

VARIANTE FLANDES

6.1.5.2 Cálculo de la socavación local en pilas

Para estimar la magnitud de la socavación en pilas el HEC-RAS utiliza la ecuación de la Universidad del Estado

de Colorado (CSU), la cual está en función del tamaño del material del lecho, las características del flujo y la

geometría de la pila. La ecuación del CSU se expresa así:

43,035,0

43210,2 FryaKKKKyS

Donde:

Sy = Profundidad de erosión, en metros.

1K = Factor de corrección por la forma de la nariz del pilar.

2K = Factor de corrección por el ángulo de ataque del flujo.

3K = Factor de corrección por la condición del lecho.

4K = Factor de corrección por el acorazamiento del material del lecho.

a = Ancho del pilar, en metros.

1y = Profundidad del flujo directamente aguas arriba del pilar en metros. Esto es tomado del

resultado de distribución del flujo para la sección transversal justo aguas arriba del puente.

Fr = Número de Froude directamente aguas arriba de la pila.

6.1.5.3 Cálculo de la socavación local en estribos

Para estimar la magnitud de la socavación en estribos el HEC-RAS utiliza la ecuación de Froehlich, la cual se

expresa mediante la relación:

aaS yFryLKKy 61,057,043,0

2127,2

Donde:

Sy = Profundidad de erosión en metros.

1K = Factor de corrección por la forma del estribo.

VARIANTE FLANDES

2K = Factor de corrección por el ángulo de ataque (θ) del flujo con el estribo. θ = 90 cuando los

estribos son perpendiculares al flujo, θ < 90 si el terraplén se orienta aguas abajo, y θ > 90 si el

terraplén se orienta aguas arriba.

L = Longitud del estribo (terraplén) proyectado perpendicular al flujo, en metros.

ay = Profundidad promedio del flujo en las llanuras de inundación en la se sección de aproximación,

en metros.

Fr = Número de Froude de las llanuras de inundación en la sección de aproximación.

En el Anexo 4 Puentes, se presentan los resultados de la modelación en HEC-RAS y de los estudios de

Socavación, concluyéndose que no existe socavación en el puente localizado sobre el río Magdalena.

VARIANTE FLANDES

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

A partir de la información recolectada en campo y de los resultados de los análisis realizados para los

estudios hidrológicos, hidráulicos y de socavación, se concluyó lo siguiente:

- De acuerdo con las caracteristicas de las cuencas pertenecientes al tramo, se llevó a cabo la

aplicación de los métodos seleccionados para la determinación de los caudales de diseño para cada

periodo de retorno. A continuación se presenta el total de obras propuestas y el método utilizado

para determinar los caudales de diseño de cada una de las cuencas a las que corresponden.

Tabla 7-1. Método de Cálculo de Caudales de Diseño

TOTAL DE OBRAS MÉTODO DE CALCULO DE CAUDALES DE DISEÑO

Racional Regionalización HidroSIG S.C.S.

No % No % No % No % No %

13 100% 11 84,6% 1 7,7% 1 7,7% - -

- Por tratarse de un tramo nuevo, no se llevó a cabo la evaluación de las alcantarillas y box culvert,

dado que no existen en la zona, sin embargo, se realizaron recomendaciones de las obras que deben

ser ubicadas en el tramo para permitir el adecuado drenaje de las aguas que llegarán a la vía,

impidiendo el daño de ésta. En el Anexo 2.1 y Anexo 3.1 se encuentra el detalle de las obras

propuestas. A continuación se presenta el número y tipo de obras propuestas y existentes en el

tramo.

Tabla 7-2. Cantidades de Obra total

Adicionalmente, en el siguiente cuadro se muestran las cantidades de obras menores recomendadas,

diferenciadas según sus dimensiones. En el Anexo 7. Cantidades de Obra, se presenta el detalle de las

cantidades de obras menores propuestas para el sector.

Tabla 7-3. Cantidades de Obra según sus Dimensiones

TOTAL DE OBRAS

DIMENSIÓN ALCANTARILLA DIMENSIÓN BOX - CULVERT

1.2 1.5 2 3X3 4X4 5X5

12 7 1 3 0 0 1

- Se recomienda un diámetro mínimo de 1,2 para las alcantarillas debido a aspectos constructivos,

para evitar problemas por sedimentación y facilitar su mantenimiento.

ALCANTARILLA BOX CULVERT PONTÓN PUENTE TOTAL

EXISTENTE NUEVA EXISTENTE NUEVA EXISTENTE NUEVA EXISTENTE NUEVA

No % No % No % No % No % No % No % No % No %

0 0,0 10 76,9 0 0,0 2 15,4 0 0,0 0 0,0 1 7,7 0 0,0 13 100

VARIANTE FLANDES

- Se verificó que los puentes existentes en el presente tramo cumplen hidráulicamente al presenta un

gálibo igual o mayor a 2,5 m, de acuerdo con lo establecido por el INVIAS.

- No se presentan riesgos de tipo hidrológico, hidráulico, por socavación, erosiónn o riesgo de

inundación en los sitios de ponteaderos del presente tramo. A continuación se presenta un cuadro

resumen de los resultados de los estudios hidrológicos, hidráulicos y de socavación para el puente

sobre el río Magdalena.

Tabla 7-4. Análisis de riesgo Variante Flandes

AMENAZA

SOCAVACIÓN EROSIÓN HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA INUNDACIÓN

ALTO MEDIO BAJO NO

PRESENTA ALTO MEDIO BAJO

NO PRESENTA

ALTO MEDIO BAJO NO

PRESENTA ALTO MEDIO BAJO

NO PRESENTA

- - - 100,0% - - - 100,0% - - - 100,0% - - - 100,0%

- Dado que se trata de un tramo nuevo, se requiere la construcción de cunetas a lo largo de toda la

vía, localizadas de acuerdo con lo establecido en el diseño geométrico.

VARIANTE FLANDES

ANEXO 1 Información Hidroclimatólogica

VARIANTE FLANDES

ANEXO 2 Caudales de diseño

2.1 Caudales de Diseño

2.2 Planos Áreas de Drenaje

VARIANTE FLANDES

ANEXO 3 Aspectos hidráulicos

3.1 Aspectos Hidráulicos

3.2 Planos Obras Típicas

3.3 Planos Obras de Protección

3.4 Planos Obras Complementarias

VARIANTE FLANDES

ANEXO 4 Puentes

Anexo 4.1 Modelación hidráulica HEC-RAS

Anexo 4.2 Socavación Variante Flandes

Anexo 4.3 Mapa de Riesgos

VARIANTE FLANDES

ANEXO 5 Regionalización

VARIANTE FLANDES

ANEXO 6 Comunicación CORMAGDALENA

VARIANTE FLANDES

ANEXO 7 Cantidades de Obra

CONSULTORÍA ESPECIALIZADA PARA LA ESTRUCTURACIÓN DE CONCESIONES VIALES PARA EL SIGUIENTE GRUPO DE...

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Corregido grupo A

EXPOSICION GRUPO 1

Grupo III Grupo IV Grupo I Segunda fase – Provas dissertativas escritas Grupo II Grupo III Grupo IV Grupo I Grupo II Terceira fase – Provas Orais Grupo III Grupo IV

Dinámicas de Grupo

Trabalho grupo Alfa

Alfaomega Grupo Editor

GRUPO PODIUM

Trabajo GRUPO OPERATIVO

Pôsteres - Grupo B - Robrac

COPRODUCTOS GRUPO 2

INDICACIONES • LA SIGUIENTE GUÍA, ESTÁ DIRIGIDA A LOS

PRESENTACIÓN GRUPO I-

Dinamicas de grupo

Onu grupo 4

Segunda Edición - Grupo Gamerc

Estrella Grupo de Compañías

JUNTA DIRECTIVA GRUPO ARGOS

Sociologia Grupo

Artículo Estadística grupo

Presentación1 GRUPO