Análisis de Riesgo Caño La Piedad

PROYECTO:Análisis de Riesgo Caño la Piedad

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ANÁLISIS HIDROLÓGICO DE RIESGO CAÑO LA PIEDAD, SECTOR LA PIEDAD, MUNICIPIO PALAVECINO EDO.

LARA


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ANÁLISIS DE RIESGODesde el punto de vista hidrológico, es necesario conocer el volumen de

escorrentía que transita en un momento dado por el cauce del Caño La Piedad (Quebrada Alta Mora) desde su nacimiento en la Fila de Terepaima hasta su intersección con la Avenida Intercomunal Barquisimeto – Acarigua donde se ubica el terreno bajo estudio entre las coordenadas 1.106.897,486 N - 474.670,670 E y 1.106.874,200 N -474.772,729 E y 1.106.815,284 N – 474.773,745 E y 1.107.051,208 N – 474.808,098 E y 1.107.121,471N – 474.714,328 E y 1.106.897,486 N-474.670,670 E Para ello se debe conocer la cantidad de lluvia que al final conduce a una cierta escorrentía la cual se debe asegurar que fluya a través del cauce original del caño en referencia sin que ocurra desbordamiento que pudieran poner en riesgo al desarrollo del proyecto urbanístico propuesto.

MetodologíaPara llevar a cabo el presente trabajo se siguió la siguiente rutina:

A partir de mapa a escala 1:25.000 de la antigua Cartografía Nacional se derivó: área, longitud, alturas sobre el nivel del mar en su nacimiento y en la Avenida Intercomunal Barquisimeto – Acarigua , diferencia de altura y su pendiente general.

De las gráficas de la Curvas de Intensidad, Frecuencia y Duración se extrajo la intensidad de lluvia para los periodos de retorno de 2, 10, 25, y 100 años. Para el caso estudiado se hizo uso de las curvas de las estaciones El Manzano Planta y Barquisimeto Oficina y Maporal administradas por el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente. Con todos esos datos se procedió a realizar los cálculos de: tiempo de concentración, lluvia de diseño, curva número, retención potencial, escorrentía directa, y caudal de diseño.

Información Básica Obtenida Longitud del Caño La Piedad hasta su intersección con la Avenida

Intercomunal Barquisimeto – Acarigua : 4.1 Km


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Área de la cuenca del Caño La Piedad hasta su intersección con la Avenida Intercomunal Barquisimeto – Acarigua : 7.34 km² (734 ha)

Punto más alto del Caño La Piedad (nacimiento): 700 m Punto más bajo del Caño La Piedad en su intersección con la Avenida

Intercomunal Barquisimeto – Acarigua : 450 m Diferencia de altura (∆h) entre el punto más alto y el más bajo ( 700 -

450 ): 250 m Pendiente (P= ∆v/∆h x 100) del Caño La Piedad hasta la Avenida

Intercomunal Barquisimeto – Acarigua : 6.08 %

Calculo del tiempo de concentración(Tc)Es el tiempo que tarda una gota de agua en recorrer el trayecto desde el

nacimiento del Caño La Piedad hasta su intersección con la Avenida Intercomunal Barquisimeto – Acarigua. Para su cálculo se emplea la ecuación de KirpichTc = 0,0195 ( L³/∆h)▲0,385Siendo L= longitud del Caño La Piedad (m) = 4109 m ∆h= diferencia de altura entre el punto de nacimiento del Caño La Piedad y su intersección con la Avenida Intercomunal Barquisimeto – Acarigua (m)= 250 mDe allí que el Tc= 0,0195 ( 4109 ³/250)▲0,385 Tc= 34,73 min ≈ 0.57 horas Tc= 0.57 horas

Cálculo de las Intensidades de Lluvia para Periodos de Retorno de 25 y 50 Años.

Con el Tc= 1,09 horas se entra a las Curvas de Intensidad-Duración y Frecuencia (MINAMB, 2006) generadas en las estaciones hidroclimáticas (Cuadro Nº 1) seleccionadas como las más cercanas a la cuenca del Caño La Piedad obteniéndose los resultados mostrados en el Cuadro Nº2


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Cuadro Nº1. Estaciones hidroclimáticas seleccionadas (MINAMB,2006)

EstaciónHidrometeorológica

Ubicación Política

Coordenadas

Serial Tipo Elevación (m)

Barquisimeto Oficina Iribarren 10º03’55” 1206 PE 572

Maporal Simón Planas 09º5435” 2208 PR 415

El Manzano Iribarren 10º01’54” 2209 PR 656

Cuadro Nº2. Intensidades de lluvia calculadas(MINAMB,2006)

Período de retorno(años)

Intensidades de lluvia (mm/hora)Estación

Barquisimeto Oficina

Estación Maporal

Estación El Manzano

2 58,62 62,66 50,6410 82,66 81,33 70,6425 94,63 91,97 81,3350 105,32 98,67 90.64

100 114,63 107,98 98,67

En el cuadro Nº2 se observa que la mayor intensidad de lluvia para un periodo de retorno de 2 años se obtuvo en la estación Maporal con valor de 62,66 mm/hora y en la estación Barquisimeto oficina de determinaron los mayores valores con 82,66,94,63,105,32 y 114,63 mm/hora 10, 25, 50 y 100 años respectivamente .

Calculo de la Escorrentía o Precipitación de diseño (Pd)Para el cálculo de este parámetro se toma en la intensidad de lluvia

precipitada de acuerdo al tiempo de concentración en función de los periodos de retorno seleccionados. Se calcula a partir de la fórmulaPd= Ll(Tc/60)▲0,55 (mm)Siendo:Ll= Intensidad de la lluvia para el periodo de retorno considerado (mm/hora)


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Tc= Tiempo de concentración (minutos)

De tal forma que:Pd (2)= 62,66 (34.73 /60)▲0,55= 4,88 mmPd(10)= 82,66 (34,73/60)▲0,55= 6,44 mm Pd(25)= 94,63 (34,73/60)▲0,55= 70,05 mm Pd(50)= 105,32 (34,73/60)▲0,55= 77,97 mmPd(100)= 114,63 (34,73/60)▲0,55= 84,86 mm

Determinación de la Curva NúmeroPara el área urbana (aproximadamente 50% del área) considerando tanto

el área impermeable y espacios abiertos se consideró un valor de curva numero de 98 con una condición hidrológica tipo C (moderadamente alto potencial de escorrentía).Para la parte alta correspondientes a lotes boscosos se consideró un valor número de curva de 55 con condición hidrológica buena para un grupo de suelo tipo B.Para el área medianamente intervenida se tomó la clasificación de áreas urbanas en desarrollo y se consideró de 86.

De esta manera se obtuvo un valor de número de curva ponderado de 85 para toda el área de la cuenca. (ANEXOS 4,5 y 6)

Retención Potencial (S)S= (25400/CN)Sustituyendo los valores en las ecuaciones se tiene: S=(25.400/85) – 254S= 298,82-254S=44,82 mm

Escorrentía Directa (Q)La escorrentía directa se relaciona con la precipitación de diseño y la retención potencial a través de la expresión:Q=(P - 0,2 x S)²/ (P + 0,8 x S)


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Sustituyendo en la ecuación:Q2= {4,88 - (0,2 x 44,82)}²/{4,88 +(0,8 x 44,82)}Q2= 0,15 mmQ10= {6,44 - (0,2 x 44,82)}²/{6,44+(0,8 x 44,82)}Q10= 0,41 mmQ25= {70,05 - (0,2 x 44,82)}²/{70,05 +(0,8 x 44,82)}Q25= 35,23 mmQ50= {77,97-(0,2 x44,82)}²/{77,97 +(0,8 x 44,82)}Q50= 41,83 mmQ100= {84,86 -(0,2 x44,82)}²/{84,86 +(0,8 x 44,82)}Q100 = 47,71 mm

Caudal Máximo o Diseño (Qd)Rojas (1986) encontró mejores resultados en la estimación utilizando

duraciones de lluvia iguales al tiempo de concentración de esta manera: Qd=1,892 x 10-³ x A x Q/Tc (m³/seg)Q= caudal pico en m³/s A= Área de la cuenca de la quebrada El Tomo (ha)Q: escorrentía (mm)Tc= Tiempo de concentración (horas)

De tal forma que:Qd 2= 1,892 x 10-³ x 734 x 0,15 /0,57 = 0,37 m³/sQd2= 0,37 m³/sQd 10= 1,892 x 10-³ x 734 x 0,41 /0,57 = 0,99 m³/sQd10= 0,99 m³/sQd 25= 1,892 x 10-³ x 734 x 35,23/0,57 = 85,83 m³/sQd25= 85,83 m³/sQd 50= 1,892 x 10-³ x 734 x 41,83/0,57 = 101,91 m³/sQd50 = 101,91 m³/sQd 100= 1,892 x 10-³ x 734 x 47,71/0,57 = 116,24 m³/sQd100= 116,24 m³/s


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Estimación del Tirante Máximo(h)Teniendo en consideración el caudal máximo calculado para los periodos

de retorno de 2, 10, 25, 50 y 100 años correspondiente a una lluvia de duración de una hora, la pendiente promedio del cauce, el coeficiente de rugosidad(que depende del lecho natural del cauce), y la sección en el sitio de interés se determina el tirante máximo a partir de la fórmula de Manning StricklerVm= Ks x R2/3 X S1/2Q= V x A

Dónde: Vm= velocidad media (m/s)Q= caudal pico (m3/s)R= radio hidráulico (m)A= área de la sección (m2)S= pendiente media del cauceKs= coeficiente de rugosidad que depende del lecho natural del cauce que se determina según el cuadro Nº 3 citado por Terán (1998)

Cuadro Nº3. Valores de KsDescripción Ks

Lechos naturales de rio con fondo sólido sin irregularidades

40

Lechos naturales de rio con acarreo irregular

33-35

Lechos naturales de rio con vegetación

30-35

Lechos naturales de rio con irregularidades

30

Lechos naturales de rio con fuerte transporte de acarreos

28

Lechos naturales de rio con derrumbes y acarreo inmóvil

25-28

Lechos naturales de rio con derrumbes y acarreo móvil

19-22


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Haciendo la respectiva relación:h(m) = ( Qd/ (Ks x b x S^1/2)) ^ 3/5Siendo:h=tirante máximo (m)Qd = caudal de diseño (m³/s) para cada período de diseñob= ancho promedio menor del Caño La Piedad adyacente al terreno (m)S= pendiente del cauce del Caño La Piedad hasta el inicio del tramo adyacente al terreno Así:Qd2=0,37 m³/sQd10=0,99 m³/sQd25= 85,83 m³/sQd50 = 101,91 m³/sQd100= 123,28 m³/sb (m) = Ancho promedio menor = Σ ancho menor (m) /14 = 35,9/14=2,56 (Cuadro Nº4)b=2,56 mS= 6,08/100= 0.06

Quedando entonces: h= (Q/ (Ks x b x S1/2) 3/5h2=(0,37 / (40 x 2.56 x 0,06^1/2)) ^3/5h2= 0,01 mh10=(0,99 / (40 x 2.56 x 0,06^1/2)) ^3/5h10= 0,14 mh25=(85,83 / (40 x 2.56 x 0,06^1/2)) ^3/5h25=2,09 mh50= (101,91 / (40 x 2,56 x 0,06^1/2)) ^ 3/5h50= 2,32 m


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h100= (116,24 / (40 x 2,56 x 0,06 ^1/2)) ^3/5h100= 2,60 m

Cuadro Nº4. Secciones levantadas en el tramo del Caño La Piedad adyacente al terreno.

Progresiva Ancho mayor (m)

Ancho menor (m)

Profundidad mayor (m)

Profundidad menor (m)

0+000 15 1.20 3,14 2,670+015 20 2,10 3,08 0,640+030 20 2,10 1,43 0,950+045 20 3,50 3,05 1,750+060 20 3,00 2,39 2,160+075 20 1,80 2,50 1,800+090 20 1,80 3,20 1,300+105 20 2,00 2,50 1,000+120 20 3,50 2,50 0,500+135 20 2,00 3,00 0,800+150 20 2,10 2,30 2,000+165 20 3,00 2,00 1,400+180 20 2,80 1,50 0,800+195 20 5,00 0,80 0,80N=14 Σ=35,9

Puesto que debajo de la Autopista Barquisimeto-Acarigua y justo donde comienza el terreno estudiado existe un cajón de drenaje rectangular de 3m de altura x 6 m de ancho se concluye que el agua transitará sin desbordar y sin daños a las infraestructuras ya que los tirantes máximos calculados para los diferentes periodos de retornos analizados son menores a la altura de diseño del cajón en referencia.

En cuanto al tramo del Caño La Piedad adyacente al terreno estudiado y presentado en el cuadro Nº3 se observa que las progresivas en las que se requiere mejorar las secciones para que transite los caudales calculados son: 0+015, 0+030, 0+105,0 +120,0 +165, 0 +180 y 0+195.


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Recomendaciones: Se sugiere colocar una estructura de disipación de la energía del agua de

escorrentía a la salida de los caudales del cajón de la Autopista Barquisimeto- Acarigua para evitar la socavación que actualmente se observa en el inicio del tramo del Caño La Piedad adyacente al terreno bajo estudio.

ReferenciasAlcaldía del Municipio Palavecino (2007). Actualización del Plan de Drenajes de Cabudare. Municipio Palavecino. Estado Lara. Memoria Técnica.Ministerio del Ambiente (2006). Curvas de Intensidad-Duración y Frecuencia del Estado Lara.

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