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CONSTRUCCIÓN DE DRENAJES
PROYECTO FINAL
MARÍA XIMENA GARCÍA NARVÁEZ
JAVIER AGUDELO HERNÁNDEZ
CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN ............................................................................. 1
2 OBJETIVOS ................................................................................... 3
3 ANTECEDENTES ............................................................................ 4
3.1 Ubicación de la Localidad ............................................................ 4
3.2 Límites ................................................................................... 5
3.3 Flora ...................................................................................... 5
3.4 Climatología ............................................................................. 7
3.5 Geomorfología .......................................................................... 7
3.6 Hidrología ................................................................................ 8
4 MARCO TEÓRICO ........................................................................... 9
4.1 El Concepto de Cuenca Hidrográfica ............................................... 9
4.2 Componentes Estructurales de una Cuenca Hidrográfica ..................... 11
4.3 Participación Comunitaria en la Administración de una Cuenca Hidrográfica.
12
4.4 La Cuenca Hídrica Dentro de un Ecosistema .................................... 13
4.5 El Ciclo Hidrológico en una Cuenca Hidrográfica ........................... 15
4.6 Estructura Horizontal, Vertical y Patrones de Drenaje de una Cuenca. ...... 16
5 DESCRIPCIÓN DE LA CUECA A DISEÑAR Y METODOLOGÍA DE TRABAJO .... 20
6 MÉTODO PRÁCTICO PARA DELIMITAR CUENCAS HIDROGRÁFICAS ............ 21
6.1 Estudio Hidrológico .................................................................. 22
6.2 Índices Morfométricos de una Cuenca ........................................... 22
6.3 Morfometría de cuencas ............................................................ 23
6.3.1 Factor de Forma (Ff) ............................................................ 23
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6.3.2 Coeficiente de compacidad (Kc) .............................................. 23
6.3.3 Índice de alargamiento (Ia) ..................................................... 23
6.3.4 Tiempo de concentración (Tc) ................................................. 24
6.3.5 Velocidad media del cauce (Vm) .............................................. 24
6.4 Morfometría de Drenajes ............................................................ 24
6.4.1 Orden de los drenajes .......................................................... 24
6.4.2 Régimen ........................................................................... 25
6.4.3 Pendiente media ................................................................. 25
6.4.4 Patrón de drenaje ................................................................ 25
6.4.5 Densidad .......................................................................... 25
6.5 Curvas de intensidad – duración – frecuencia (IDF) ............................ 25
7 MÉTODOS PROBABILÍSTICOS PARA EL CÁLCULO DE CAUDALES .............. 27
7.1 Posicionamiento de Ploteo ......................................................... 27
7.2 Metodología de Gumbel ............................................................. 27
7.2.1 Intervalo de confianza .......................................................... 28
7.3 Metodología de Log Pearson III .................................................... 29
7.4 Método de Weibull ................................................................... 30
8 MÉTODO RACIONAL ...................................................................... 31
8.1 Coeficiente de escorrentía .......................................................... 31
8.2 Cálculo de caudales para cunetas ................................................ 32
9 CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE DRENAJE ......................................... 33
9.1 Box coulvert y estructuras de salida ............................................... 33
9.2 Cunetas ................................................................................ 33
10 CONCLUSIONES ........................................................................ 34
11 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................... 37
Listado de figuras
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Figura 1 – Localidad de Usaquén ............................................................. 4
Figura 2 - Ubicación y sectorización de la localidad en Bogotá......................... 5
Figura 3 – Flora representativa de la zona ................................................... 6
Figura 4 – Cuenca hidrográfica ................................................................ 9
Figura 5 – Valles en forma de “V” ........................................................... 10
Figura 6 – Valle en forma de “V” completamente trucada .............................. 11
Figura 7 – Ciclo biológico ..................................................................... 12
Figura 8 – Ciclo de transformación de la energía ........................................ 13
Figura 9 - Inundación ......................................................................... 16
Figura 10 – Ronda de una cuenca hidrográfica ........................................... 17
Figura 11 – Primer método cuantitativo de análisis ...................................... 19
Figura 12 – Delimitación de cuenca hidrográfica ......................................... 21
Listado de anexos
Anexo No. 1 – Valores máximos de caudales mensuales y plano de localización
Anexo No. 2 – Áreas de delimitación de cuencas
Anexo No. 3 – Parámetros morfométricos y fisiográficos de las cuencas
Anexo No. 4 – Curvas IDF
Anexo No. 5 – Resultados estadísticos
Anexo No. 6 – Método de Gumbel
Anexo No. 7 – Metodología Log Pearson III
Anexo No. 8 – Método de Weibull
Anexo No. 9 – Cálculo de caudales máximos
Anexo No. 10 – Cálculo de caudales máximos para cunetas
Anexo No. 11 – Diseño de Box coulvert y estructuras de salida
Anexo No. 12 – Diseño de cunetas
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1 INTRODUCCIÓN
El cálculo de caudales máximos de diseño para la construcción de obras de
infraestructura, especialmente sobre cauces de ríos y quebradas como puentes,
pontones, box coulvert y alcantarillas, es una labor que requiere el uso de métodos
que se adapten a las condiciones reales de la zona donde se quiera llevar a cabo la
construcción de la obra. En el presente trabajo se hace un análisis de los resultados
que arrojan los distintos métodos para el cálculo de crecientes. Aunque la decisión
final a la hora de definir un caudal de diseño es propia del criterio del diseñador, es
esencial tener muy en cuenta todos los métodos de diseño que ofrece la literatura
especializada para lograr obtener un abanico de posibilidades que ayuden a tomar
una decisión apropiada que cumpla con requisitos técnicos, económicos y
ambientales.
Normalmente, dentro de la práctica diaria de nuestra profesión, nos encontramos
con el desafío de realizar un diseño que se adapte a las necesidades económicas
de nuestros clientes y que cumpla con requisitos del orden técnico para que la obra
de infraestructura tenga un funcionamiento óptimo a lo largo del tiempo, teniendo
presente siempre la relación costo/beneficio que implica la construcción de obras
civiles.
Esta condición que debemos cumplir a cabalidad, se ve en ocasiones limitada por
la poca información con la que contamos para realizar un cálculo ajustado a la
realidad, razón por la cual debemos conocer y adaptar métodos empíricos para el
cálculo de crecientes de tal manera que los caudales de diseño sean lo
suficientemente confiables para un periodo de retorno mínimo de 20 años y los
riesgos que haya que tomar respecto a periodos de retorno muy altos, sean bajos y
no afecten severamente las estructuras para las cuales estamos diseñando.
Los Cerros Orientales de Bogotá fueron declarados Reserva Forestal Protectora en
1977 por el Inderena, que para ésta época era la responsable del manejo de los
recursos naturales del país, debido a su gran importancia ya que forman una
barrera natural que circunda a la ciudad en su costado oriental y que evitan el
crecimiento de la cuidad hacia el costado oriental y hacen parte del sistema
regulador del clima, ya que influyen en el control de la dirección e intensidad de los
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vientos y en los niveles de precipitación. También son la base del sistema hídrico
de la cuidad, porque de éstos nacen muchas quebradas y corrientes superficiales
que unidas dan lugar a importantes afluentes del río Bogotá.
El presente estudio se realizó sobre un área determinada de la Localidad de
Usaquén, en donde se desarrolló un análisis de las condiciones de una cuenca
afluente de la parte alta de la ciudad al barrio Usaquén. La mencionada cuenca se
subdividió a su vez en microcuencas, las que, en su punto de confluencia
intersectan una vía vehicular por lo que fue necesario diseñar las estructuras
hidráulicas de paso correspondientes.
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2 OBJETIVOS
Mediante los conocimientos aprendidos en clase, calcular los caudales de diseño
para las estructuras de drenaje necesarias para la vía en estudio, por medio de los
diferentes métodos aprendidos
Comparar los resultados de caudales encontrados por los diferentes métodos y
escoger el más representativo para el diseño
Dimensionar las estructuras necesarias de la vía, con el fin de que estas funcionen
de una forma óptima a lo largo del periodo para lo cual fueron diseñadas
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3 ANTECEDENTES
Figura 1 – Localidad de Usaquén
3.1 Ubicación de la Localidad
Iniciando en la intersección de la Calle 100 con la Autopista Norte en sentido norte
por todo el eje de ésta hasta el límite con el municipio de Chía a la altura del peaje,
y por este límite en sentido occidente – oriente hasta el límite con el municipio de
La Calera, y por éste en sentido norte - sur hasta la altura de la Calle 100, límite
entre esta localidad de Chapinero, y por ésta en sentido oriente – occidente hasta el
punto de inicio. (Mapa ubicación).
Usaquén ocupa un área total 6.531 hectáreas, distribuidas de la siguiente forma:
Suelo rural 2.719.92 has (100% área protegida)
Suelo urbano 3.521.66 has (protegida 276.99 Has)
Suelo de expansión 289.74 has (protegidas 36.51 Has)
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3.2 Límites
La localidad de Usaquén se encuentra localizada en el nororiente de Bogotá cuenta
con un área de 4.277,07 ha y tiene los siguientes límites: por el norte limita con el
municipio de Chía, por el oriente con el municipio de La Calera, por el occidente
con la localidad de Suba, sirviendo como límite la autopista Norte (Avenida Paseo
de Los Libertadores) y por el sur con la localidad de Chapinero, sirviendo de límite
la Calle 100.
Figura 2 - Ubicación y sectorización de la localidad en Bogotá
3.3 Flora
La vegetación de Usaquén ha sufrido profundas alteraciones en su flora originaria.
El estudio de Misión Siglo XXI (1991), estableció tres agrupaciones vegetales
claramente distinguibles en el Distrito Capital: grupos vegetales de la zona urbana;
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pastizales sabaneros colindantes con la parte propiamente urbanizada y vegetación
actual de los cerros orientales.
En Usaquén se encuentran los tres tipos de agrupaciones, pero dentro de ellas la
de mayor valor paisajístico y ecológico es la de los cerros orientales, por ser una
zona de alta diversidad y de gran belleza, y por cumplir una función protectora y de
equilibrio dentro de su dinámica actual.
En el extremo norte de la localidad se encuentran numerosos pastizales, además
de representaciones esporádicas de otras especies exóticas vegetales como pino,
eucalipto, ciprés y urapán y algunas nativas como acacias, sauces, alisos y
sietecueros. Dentro de las manchas boscosas naturales que ocupan un área
importante dentro de la localidad, las asociaciones más importantes son: chuscal,
encenillal, olival, frailejonal y pajonal (CPU, 1991), con el predominio del encenillo
por encima de los 2.750 msnm y del tuno esmeraldo por debajo de esta cota.
En el sector de Torca, las comunidades acuáticas más extendidas son de tipo
juncoide y graminoide y también se encuentra una pradera emergente de tipo
herbáceo dominada por lengua de vaca y barbasco. En la ronda se encuentran
unas pequeñas áreas reforestadas principalmente con sauce, acacia y aliso.
Figura 3 – Flora representativa de la zona
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3.4 Climatología
El clima de Usaquén es frío, sub húmedo, con tendencia a la sequía a medida que
se avanza en sentido sur y suroeste, con vientos de baja intensidad y frecuentes
heladas que en épocas de verano favorecen fenómenos de inversión térmica. Con
base en los registros de más de 20 años de las estaciones Contador, Torca, La
Cabaña y Usaquén, se estima que la temperatura media multianual es de 14°C,
con variaciones anuales inferiores a un grado y con una ligera tendencia a un
régimen bimodal. En los meses secos se registran variaciones de temperatura muy
altas, que pueden ser de 27°C en un día, presentándose los valores mínimos hacia
las horas de la madrugada. La localidad tiene rangos de precipitación desde 790
mm en la estación de La Cabaña en La Calera, hasta 1219 mm, en la estación de
Torca. Así, se observa que la cantidad de lluvias van disminuyendo paulatinamente
cuando se avanza en los sentidos norte-sur, oriente-occidente.
De igual manera, la variabilidad interanual es relativamente alta, con un régimen de
lluvias bimodal que tiene dos periodos lluviosos y dos secos.
3.5 Geomorfología
Usaquén presenta dos unidades claramente distinguibles: la zona baja o plana,
suavemente ondulada, constituida por una llanura cuaternaria de origen
fluviolacustre, cuyos sectores planos más bajos están formados por depósitos
aluviales del río Bogotá; y la zona montañosa, compuesta por formaciones
sedimentarias de rocas arenosas, duras y resistentes a la erosión y por rocas
arcillosas blandas, con edades desde el cretáceo superior hasta el terciario.
En la parte montañosa, las rocas más antiguas son las de la formación Chipaque,
sobre las cuales se acomodan estratigráficamente el grupo Guadalupe y en orden
ascendente las formaciones Guaduas, Cacho y Bogotá y cuyas unidades
litográficas son areniscas resistentes, areniscas friables y arcillolitas de varios
colores.
En la localidad se encuentran importantes unidades litográficas del grupo
Guadalupe, de las formaciones Labor y Tierna con afloramientos de areniscas
duras y depósitos coluviales y coluvioglaciares recientes en el piedemonte del
sector. Se encuentran numerosas zonas de vertiente disectadas con pendientes
pronunciadas y escarpes naturales de pendientes fuertes en las partes altas, que se
hacen más suaves hacia la zona del piedemonte (CPU, 1991).
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Los procesos geodinámicos externos son muy importantes en la montaña, en
especial aquellos generados por el agua. Así, las zonas de afloramientos de
areniscas duras son las más resistentes a la erosión hídrica, presentando
escurrimientos difusos normales, una alta estabilidad y buen comportamiento
geotécnico. Las areniscas friables presentan erodabilidad mediana y altamente
resistente, pero su porosidad favorece la meteorización aunque tienen un
comportamiento geotécnico bueno. Las arcillolitas son las más fácilmente
erosionables, mostrando un comportamiento geotécnico pobre a muy pobre,
localizándose en ellas los principales procesos de remoción en masa, como
solifluxión, flujos de barro y reptación. En la zona plana no se presentan procesos
de erosión hídrica superficial, pero ya que sus suelos son en general blandos y
compresibles, se presentan procesos de asentamientos diferenciales.
3.6 Hidrología
Las corrientes superficiales de los cerros orientales son típicas quebradas de alta
montaña, de áreas reducidas promedio de 2 Km² con pendientes pronunciadas que
Oscilan entre 12% y 50%, de corto trayecto y cuyo vertiente occidental de la
cordillera Oriental. La red, en su mayor parte dendrítica, hace parte de la cuenca
alta del río Bogotá.
Las características topográficas de la zona le imprimen un carácter altamente
dinámico, con tiempos de concentración de lluvias de corta duración, con valores
medios entre 45 y 125 minutos (CPU, 1991), intensidades de lluvia alta,
generalmente entre 45 y 125 mm/hora, alta capacidad de drenaje y caudales
máximos bastante altos e intermitentes.
Por la zona montañosa de Usaquén corre un gran número de corrientes, dentro de
las cuales las más importantes son: las quebradas Torca, La Floresta, La Cita, San
Cristóbal, Delicias del Carmen, Contador, La Chorrera, el canal Callejas de la calle
127, así como numerosos escorrentías.
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4 MARCO TEÓRICO
4.1 El Concepto de Cuenca Hidrográfica
En términos simples, una cuenca hidrográfica es la superficie de terreno definida
por el patrón de escurrimiento del agua, es decir, es el área de un territorio que
desagua en una quebrada, en un río, en un lago, en un pantano, en el mar o en un
acuífero subterráneo. En un valle, toda el agua proveniente de lluvias y riego, que
corre por la superficie del suelo (lo que se denomina agua de escurrimiento)
desemboca en corrientes fluviales, quebradas y ríos, que fluyen directamente al
mar.
Tal como lo describe Maas (2005), una cuenca es una especie de embudo natural,
cuyos bordes son los vértices de las montañas y la boca es la salida del río o
arroyo. Puede ser tan pequeña como la palma de la mano, o tan grande como un
continente completo.
Figura 4 – Cuenca hidrográfica
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Las cuencas se delimitan cartográficamente por una línea denominada divorcio de
aguas la cual corresponde a las alturas máximas que se encuentran alrededor del
curso hídrico y sirven de límite divisorio externo entre dos cuencas colindantes.
Estas líneas de divorcio dividen la precipitación que cae sobre un área determinada
y la dirige a una u otra cuenca.
Las áreas de drenaje se clasifican de acuerdo a su dimensión y función hidrológica
en: Laderas, microcuencas, subcuencas, cuencas y región hidrográfica.
Laderas: La escorrentía fluye en láminas.
Microcuenca: Área mínima fisiográfica con un solo drenaje principal.
Subcuenca: Conjunto de microcuencas que drenan a un cauce común, con
caudal fluctuante pero permanente.
Cuenca: Sistema integrado por una corriente hídrica principal y varias
subcuencas y micro-cuencas.
Región hidrográfica: Conjunto de varias cuencas con un cauce principal lo
suficientemente grande y largo para formar valles amplios, zonas de inundación
y deltas.
Según el grado de evolución de cada segmento considerado en una cuenca, los
valles fluviales pueden presentar formas transversales diferentes:
Valles en forma de V con laderas simétricas o asimétricas que corresponden a
los segmentos altos de los cursos fluviales. Poseen laderas con pendientes
fuertes, un trazado bastante rectilíneo y en muchos casos sin llanura de
inundación.
Figura 5 – Valles en forma de “V”
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Valles en forma de “V” truncada, presentan laderas de pendientes más suaves,
en donde la escorrentía superficial adquiere mayor importancia en el moldeado
de las vertientes y en condiciones naturales existe llanura de inundación.
Valles en forma de “V” completamente truncada. (Ver Figura 6) Con llanuras de
inundación extensas y trazados meandriformes.
Figura 6 – Valle en forma de “V” completamente trucada
Todos los valles fluviales constan de dos vertientes o laderas y un lecho aluvial. El
límite entre los dos suele tener un cambio fuerte en la pendiente.
4.2 Componentes Estructurales de una Cuenca Hidrográfica
Los elementos estructurales básicos a tener en cuenta en el manejo de una cuenca
corresponde a los componentes físicos (abióticos) referidos a geología,
geomorfología, clima, recurso hídrico y suelos principalmente; los componentes
biológicos (bióticos) constituidos por la flora y la fauna; y los componentes socio-
económicos y culturales referidos a aspectos poblacionales (demografía, calidad
de vida, etc.), educación, salud, actividad económica, paisaje, etnias.
Los componentes estructurales de una cuenca deben considerarse de acuerdo a
las interrelaciones de los seres vivos con su medio ambiente (relaciones ecológicas:
mantenimiento de los ciclos biológicos, preservación de la diversidad biológica y
aprovechamiento sostenible de los recursos naturales).
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Figura 7 – Ciclo biológico
4.3 Participación Comunitaria en la Administración de una Cuenca Hidrográfica.
La teoría y práctica del manejo de las cuencas hidrográficas ha evolucionado,
desde su concepto inicial y unidisciplinario de planificación y manejo del agua del
agua hasta el desarrollo integrado de los recursos y el impacto que éste haya tenido
dentro del ambiente de la cuenca. Considera, entonces, tanto la necesidad de
utilizar y de proteger los recursos naturales como la de lograr una producción
sostenible que contribuya con el desarrollo rural. Este planteamiento requiere
acciones a partir de la planificación realizada con los habitantes de la cuenca para
asegurar su incorporación al proceso de toma de decisiones; la regulación de las
actividades de los diversos usuarios (zona rural y urbana), de los recursos
existentes; también del diseño, ejecución y evaluación de proyectos de desarrollo.
La oferta natural de las cuencas se relaciona con la calidad y la cantidad del agua
disponible para un amplio número de actividades productivas y recreativas del
hombre. Sin embargo, en la mayoría de los casos es el factor antrópico el causante
de su degradación. Por esto, la cuenca devolverá a la comunidad los efectos de
sus prácticas en ella y cualquier intento orientado a su uso sustentable debe contar
con la participación de la comunidad.
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La comunidad es la directa beneficiaria de la cuenca y sus individuos ponen en
marcha los correctivos necesarios para alcanzar el manejo óptimo a través de un
afianzamiento de las buenas prácticas, un cambio de las negativas y la formación
de agentes multiplicadores dentro de la misma comunidad.
Finalmente, el objetivo es alcanzar una formación ambiental de adopción de nuevas
actitudes y comportamientos frente al uso de los recursos naturales renovables.
El hombre, se constituye en la base estructural de la planificación del territorio en
la cuenca y en beneficiario directo de todos los proyectos que se ejecuten dentro de
ella.
4.4 La Cuenca Hídrica Dentro de un Ecosistema
Antes de abordar este tema, es importante definir el concepto de ecosistema, el
cual corresponde a unidad funcional de la biosfera en donde a través de diferentes
procesos interactúan factores físicos y bióticos, integrados a procesos sociales y
económicos formando un sistema. Un ecosistema suele ser generalmente
autónomo, es decir, las interrelaciones que se dan entre las comunidades que lo
componen y su ambiente físico se dan sin ayuda de factores externos.
Las cuencas hidrográficas son sistemas abiertos en donde existe una integración y
autorregulación entre los elementos inertes del ecosistema con los organismos
vivos. Allí ocurren los procesos de transformación de la energía solar y circula la
materia pasando por diferentes procesos de transformación.
Figura 8 – Ciclo de transformación de la energía
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Como se muestra en la Figura 8, la energía en un ecosistema regula la
transformación de la materia a través de diferentes niveles, la ruta de
transformación va desde los autótrofos (Plantas), generalmente fotosintéticos que
producen insumos para los heterótrofos (animales) permitiendo así la conformación
de las redes alimenticias. La energía también influye en el ciclado de materiales que
van desde un ambiente abiótico (mineral) hasta uno biótico (plantas y animales) y
viceversa. La energía influye entonces en los procesos de respiración, fotosíntesis,
transformación de la materia y en el comportamiento de la temperatura dentro de
los ecosistemas.
La variación de la temperatura en un ecosistema incide en la distribución de los
individuos, haciendo que desarrollen mecanismos o adaptaciones que aceleran o
disminuyen los procesos fisiológicos y los procesos de transformación de la
energía. Adicionalmente, las variaciones en la temperatura unidas al movimiento de
rotación de la Tierra condicionan el patrón de corrientes del aire y las
precipitaciones pluviales.
La energía regula el estado de los ecosistemas en la siguiente forma:
Si la cantidad de energía que ingresa al ecosistema es igual a la que sale,
este estará en un estado estacionario.
Si la cantidad de energía que ingresa al ecosistema es mayor a la que sale,
esto se traducirá en crecimiento y reproducción.
Pero si al contrario, la cantidad de energía que ingresa al ecosistema es menor a
la que sale, se genera un desbalance que reduce los procesos productivos.
Es por eso que cuando se pretenden realizar proyectos de restauración se debe
tratar de aumentar las entradas de energía si se quiere acelerar el proceso de
sucesión.
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4.5 El Ciclo Hidrológico en una Cuenca Hidrográfica
En el ciclo hidrológico el agua se moviliza constantemente desde la atmósfera,
donde se halla como vapor de agua, a la superficie de la tierra, donde la utilizan
los organismos (Hombre, flora y fauna).
Al fluir sobre el terreno, constituye un agente geológico que construye montañas,
cañones y mesetas, al mismo tiempo que transporta y deposita nutrientes y
sedimentos.
Por razones de presión y temperatura, las nubes se condensan. El agua en forma
de lluvia cae y se distribuye a los océanos, ríos, lagos, aguas subterráneas, y
regresa a la atmósfera como vapor de agua y transpiración (animales y plantas)
repitiéndose el ciclo. El ciclo del agua está controlado por la energía del sol y la
gravedad de la tierra.
Parte del agua que corre sobre el terreno (escorrentía) se distribuye a través del
sistema de drenaje de la cuenca, depositándose en las quebradas y los ríos. Otra
parte se infiltra en el suelo y por el proceso de percolación conforma los acuíferos
(zonas de recarga) como depósitos de agua subterránea, los cuales se ubican por
debajo del nivel freático y dan origen al caudal basal de los ríos. Otra parte del
agua se desplaza por gravedad a través del flujo transversal y drena a través de las
laderas hasta depositarse en los cauces de agua (zonas de descarga).
Cuando se han modificado las condiciones de un área de ronda retirando parte de
su vegetación, el suelo pierde el poder de retención del agua generando procesos
erosivos que inciden en el aumento de la velocidad de arrastre de sedimentos y
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partículas en los cauces de ríos y quebradas lo que en muchas oportunidades
origina inundaciones.
Figura 9 - Inundación
4.6 Estructura Horizontal, Vertical y Patrones de Drenaje de una Cuenca.
Horizontalmente, la cuenca hidrográfica posee dos zonas que se encuentran
directamente relacionados entre sí, el medio acuático o fluvial y el medio ribereño
que corresponde a la ronda, (Ver Figura 10) la cual comprende la zona de
transición entre el medio netamente acuático y el terrestre. Entre estas dos zonas
existen un buen número de interrelaciones que generan dependencia mutua, por
lo tanto la alteración de alguna de las dos puede generar afectaciones en los
elementos y procesos que la componen.
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Figura 10 – Ronda de una cuenca hidrográfica
Desde el punto de vista de componentes bióticos en la zona de ronda existen
poblaciones con adaptaciones específicas a factores ambientales tales como la
presencia de un nivel freático superficial permanente, lo que hace que en estas
áreas se desarrolle un tipo de vegetación denominada riparia o de galería. Otro
factor importante tiene que ver con la conformación de un microclima con mayores
tasas de humedad y con menores oscilaciones de temperatura, lo que permite en
condiciones normales mayor productividad de biomasa, un alto porcentaje de
productividad y una mayor biodiversidad (Número de especies de fauna y flora) con
relación a los ambientes que la rodean.
De acuerdo con las características hidráulicas y morfológicas (relativo a la forma
del cauce), el perfil longitudinal de los cursos de agua, suelen dividirse en tres
sectores:
La zona alta o cabecera: Caracterizada por cauces pequeños, en este sector las
áreas de ronda suelen presentar fuertes pendientes que generalmente se
encuentran sobre lechos rocosos. Estas zonas de altas pendientes son
vulnerables a la inestabilidad, la destrucción de los suelos y la cobertura
vegetal.
La zona media: En donde el cauce se hace un poco mayor, la velocidad de la
corriente se reduce, las partículas del suelo poseen un tamaño menor y las áreas
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de ronda reducen su pendiente, permitiendo por lo tanto el establecimiento de otros
tipos de especies vegetales y animales.
La zona baja (Valle): Suele presentarse en cuerpos de agua de un tamaño mayor al
de las microcuencas (Cuencas o subcuencas), generalmente sus caudales son
mayores, sinuosos, la velocidad de la corriente es menor y el sustrato posee un
tamaño de partículas más fino, dominando la sedimentación.
Cuando las condiciones de la parte alta se alteran progresivamente, seguramente
se presentan cambios río abajo tanto en la estructura longitudinal como en la
horizontal referida a la composición de las especies (Peter, et al 2002). Este tipo
de alteraciones genera cambios en los distintos hábitats disponibles. Cuando se
producen alteraciones entre la parte alta y baja de la cuenca se generan fuertes
cambios en la composición y estructura de las comunidades que habitan las áreas
de ronda, lo que repercute en la calidad y cantidad del recurso hídrico que les llega
a las poblaciones aguas abajo.
Los grandes ríos, en épocas de lluvias, suelen desbordar su cauce ocupando las
áreas de ronda en las zonas denominadas llanuras de diluvio (Johnson et al, 1995
en Peter, et al 2002).
Para volver a restablecer las características de un río en cuanto a su función de
conectividad y su estructura es necesario tener una visión en cuatro dimensiones del
sistema que comprende el corredor ripario (el cauce, el cordón ripario, la llanura de
inundación y el acuífero aluvial) que son los que sufren alteraciones y cambios
temporales fuertes. (Petts & Maddock, 1994 en Petter, D et al 2002).
La capacidad de recuperación depende de dos propiedades, la estabilidad y la
resiliencia. La resiliencia se refiere a la habilidad del ecosistema para retornar a su
equilibrio después de un disturbio y la estabilidad es la capacidad del sistema para
mantener su estructura y función luego de una perturbación. (Common, 1995 en
Peter, et al 2002).
Las características de una cuenca y de las corrientes que forman el sistema
hidrográfico pueden representarse cuantitativamente mediante índices de la forma y
relieve de la cuenca y de la conexión con la red fluvial.
La Figura 11, muestra el primer método cuantitativo de análisis desarrollado a
principios de la década de 1940 por el ingeniero hidráulico e hidrólogo americano
Robert Horton. Las corrientes fluviales son clasificadas jerárquicamente: las que
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constituyen las cabeceras, sin corrientes tributarias, pertenecen al primer orden o
categoría; dos corrientes de primer orden que se unen forman una de segundo
orden, que discurre aguas abajo hasta encontrar otro cauce de segundo orden para
constituir otro de tercera categoría y así sucesivamente.
Consecuentemente Horton estableció unas leyes o principios sobre la composición
de las redes de drenaje relacionadas con los órdenes de las corrientes y otros
indicadores asociados, tales como la longitud de los cursos fluviales y su número.
Sin embargo, las leyes de Horton han sido criticadas en los últimos años porque
se apoyaban en una aproximación estadística que no tenía su base en la manera
de discurrir naturalmente el agua y la formación de canales.
Figura 11 – Primer método cuantitativo de análisis
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5 DESCRIPCIÓN DE LA CUECA A DISEÑAR Y METODOLOGÍA DE TRABAJO
La urbanización Santa Ana se encuentra ubicada en la localidad de Usaquén, en el
presente trabajo se presenta el diseño para las obras de drenaje para la vía de 1,96
km, esta vía cuenta con la afluencia de las siguientes causes:
Quebrada Santa Bárbara
Quebrada de la Mirla
A partir de los datos suministrados en clase de caudales máximos, que se
presentan en el Anexo No. 1 y el plano de la zona, que se presenta en el mismo
Anexo.
Se delimitaran las áreas de las cuencas (Capítulo 6)
Con toda la información antes mencionada se calcularan los caudales por los
siguientes métodos:
Métodos probabilísticos (Capítulo 7)
Métodos racionales (Capítulo 8)
Una vez se tengan los caudales de diseño, se llevará a cabo el diseño de las
estructuras necesarias para el buen drenaje de la vía (Capítulo 9)
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6 MÉTODO PRÁCTICO PARA DELIMITAR CUENCAS HIDROGRÁFICAS
La base donde se presentan las cuencas hidrográficas son las cartas geográficas,
mapas o planos topográficos, en estos planos se encuentra generalmente la
siguiente información: una representación del relieve en unas líneas continuas
llamadas curvas de nivel, estas líneas imaginarias nos dan la altura sobre el nivel
del mar donde se halla determinado lugar; también existen en estos planos una
representación de todas las corrientes de la cuenca, llamada red hidrográfica, que
como ya se dijo anteriormente, está compuesta por un cauce principal y otros
secundarios.
El primer paso para la delimitación de una cuenca será: resaltar toda la hidrografía
de la zona, preferiblemente con color, resaltando la corriente principal y se podrá
observar en forma clara donde nacen las corrientes secundarias y en cual sitio
vierten sus aguas al cauce principal. Los lugares más altos donde nacen las
corrientes secundarias y la principal es generalmente una cuchilla, un filo o una
serranía. En el Anexo No. 2 se indica la delimitación de las áreas.
Figura 12 – Delimitación de cuenca hidrográfica
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6.1 Estudio Hidrológico
El estudio hidrológico es el mecanismo a través del cual se realiza, de la mejor
manera posible, una estimación confiable de los caudales máximos que circulan
por un cauce natural o cuenca. Esta información es de vital importancia, puesto
que un error en los caudales implica un error en el estudio hidráulico, mediante el
cual se estiman los niveles de inundación para los caudales dados de acuerdo con
los periodos de retorno previamente establecidos.
Luego, se busca la mejor metodología para la estimación de caudales máximos, de
acuerdo con la información y el objetivo del proyecto. Desde este punto de vista se
analizaron diversas metodologías, se evaluaron y se compararon entre sí.
6.2 Índices Morfométricos de una Cuenca
La morfometría de cuencas hidrográficas y de drenajes, es una herramienta que
permite determinar características importantes de forma y comportamientos en el
entorno y en el flujo hídrico, que más adelante se convierten en base para el
análisis de particularidades de cada una de las cuencas y para la posterior
formulación de líneas de manejo prioritarias, relativas a la red hídrica.
Los índices empleados en cuanto a morfometría de cuencas, para el presente
trabajo son:
Factor de forma (Ff)
Coeficiente de compacidad (Kc)
Índice de alargamiento (Ia)
Tiempo de concentración (Tc)
Velocidad media del cauce principal (Vm)
Para morfometría de drenajes, se cuenta con la siguiente información:
Orden
Régimen
Pendiente media
Patrón de drenaje
Densidad
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6.3 Morfometría de cuencas
6.3.1 Factor de Forma (Ff)
Es un índice que permite establecer la tendencia morfológica general en función de
la longitud axial1 de la cuenca, y de su ancho promedio2. Una cuenca tiende a ser
alargada si el factor de forma tiende a cero, mientras que su forma es redonda, en
la medida que el factor forma tiende a uno. Este factor, como los otros que se
utilizan en este trabajo, es un referente para establecer la dinámica esperada de la
escorrentía superficial en una cuenca, teniendo en cuenta que aquellas cuencas
con formas alargadas, tienden a presentar un flujo de agua más veloz, a
comparación de las cuencas redondeadas, logrando una evacuación de la cuenca
más rápida, mayor desarrollo de energía cinética en el arrastre de sedimentos hacia
el nivel de base, principalmente.
6.3.2 Coeficiente de compacidad (Kc)
El coeficiente de compacidad es una relación entre el perímetro de la cuenca y el
perímetro de una circunferencia con la misma superficie de la cuenca.
Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas
redondas, dentro de rangos que se muestran a continuación (FAO, 1985):
Clase Kc1: Rango entre 1 y 1.25. Corresponde a forma redonda a oval redonda
Clase Kc2: Rango entre 1.25 y 1.5 Corresponde a forma oval redonda a oval
oblonga
Clase Kc3: Rango entre 1.5 y 1.75 Corresponde a forma oval oblonga a
rectangular oblonga.
6.3.3 Índice de alargamiento (Ia)
El índice de alargamiento es otro parámetro que muestra el comportamiento de
forma de la cuenca, pero esta vez no respecto a su redondez, sino a su tendencia
a ser de forma alargada, en relación a su longitud axial, y al ancho máximo de la
cuenca.
Aquellas cuencas que presentan valores mayores a uno, presentan un área más
larga que ancha, obedeciendo a una forma más alargada, que la de aquellas
donde la proporción entre largo y ancho de la cuenca, está inclinada hacia la
segunda dimensión, directamente relacionada con la forma redondeada,
determinada en los índices anteriores. Igualmente, este índice permite cuencas
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haciendo referencia a la dinámica rápida o lenta del agua en los drenajes y su
potencial erosivo o de arrastre.
6.3.4 Tiempo de concentración (Tc)
Se define como el tiempo que dura el agua que llueve en el punto más lejano, en
llegar al nivel de base o fin de la cuenca. Se puede definir en campo con colorantes
o isótopos de hidrógeno, o por modelos matemáticos que tienen en cuenta
variables como la longitud del cauce, pendiente, entre otras. El tiempo de
concentración sirve para determinar la torrencialidad potencial de una cuenca en
función de sus características físicas.
6.3.5 Velocidad media del cauce (Vm)
Relacionado con el anterior, la velocidad media del cauce permite hacer hipótesis a
cerca del nivel de torrencialidad que puede presentar el cauce principal de una
cuenca, desde sus condiciones físicas.
Los parámetros morfométricos para las áreas de las cuencas se presentan en el
Anexo No. 3
6.4 Morfometría de Drenajes
La importancia de poder determinar las características de los drenajes superficiales
de una cuenca hidrográfica, radica en la posibilidad que brindan estas de
comprender mejor la dinámica de la regulación hídrica en una unidad hidrográfica
particular y establecer la oferta natural del recurso en un área determinada, que
para este caso, es el parque y las áreas urbanizadas aguas abajo.
Las características analizadas en los drenajes están sujetas a la disponibilidad de
información sobre cada uno de ellos, obtenida básicamente de observaciones en
campo, y con limitantes técnicas, como la ausencia de información sobre
caudales, niveles de sedimentación, profundidades, etc. Los índices de
morfometría de drenajes en este estudio son:
6.4.1 Orden de los drenajes
Es el nivel de importancia de un drenaje que aumenta a medida que tiene más
afluentes con orden menor, hasta llegar a un drenaje mayor. Este indicador también
permite definir la disponibilidad de agua combinado con el indicador de régimen, ya
que a medida que un drenaje aumenta su orden, indica un aumento en el número
de sus tributarios, hasta llegar al nivel de base a un drenaje de orden mayor.
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6.4.2 Régimen
El régimen de un drenaje está definido por la disponibilidad de agua en su cauce,
en función de las épocas de lluvia, y de grados de alteración del terreno.
De esta forma se clasifican los drenajes en permanentes, si el flujo de agua por su
cauce es continuo en cualquier época del año y a lo largo de todo el curso,
semipermanentes si el flujo hídrico está influenciado directamente tanto por las
épocas de lluvia como por los cambios presentes a lo largo del cauce por uso del
suelo principalmente, que hacen profundizar el flujo y presentar discontinuidad
superficial, y finalmente intermitentes cuando se presenta flujo superficial de agua
solo en épocas de invierno.
6.4.3 Pendiente media
Establece la inclinación promedio que tiene los drenajes desde el nacimiento hasta
su desembocadura, o en algunos casos, hasta su salida del parque. Se convierte
en una base para determinar aspectos importantes como la capacidad de arrastre
de sedimentos de distintos tamaños, área de posible inundación en crecidas,
tiempo de concentración, etc.
6.4.4 Patrón de drenaje
La distribución espacial de los drenajes en una cuenca se denomina patrón. Esta
distribución está directamente relacionada con aspectos físicos de la cuenca como
material parental, presencia de fallas, topografía, etc. En líneas generales, la
determinación del patrón de drenaje en una cuenca, permite describir la relación de
la red hídrica con las características fisiográficas del espacio en que se desarrolla.
6.4.5 Densidad
La densidad de drenajes se refiere a la cantidad de drenajes expresada en términos
de longitud, en la superficie de una cuenca expresada en unidades de área.
Principalmente se utiliza para determinar la disponibilidad hídrica de la cuenca en
cada uno de sus sectores, asumiendo directa proporcionalidad entre la densidad y
la disponibilidad de agua en un área determinada. En este caso, se aplica para los
cauces principales de cada microcuenca.
6.5 Curvas de intensidad – duración – frecuencia (IDF)
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Dónde:
t Tiempo de concentración o duración del aguacero d, en horas
I Intensidad de la lluvia, en mm/h
x Coeficiente
Tr Periodo de retorno, en años
a Constante para un periodo de retorno dado
b, c Constantes independientes del periodo de retorno
En el Anexo No. 4, se presentan los datos y curvas IDF, para la zona donde se
encuentra ubicado nuestro proyecto.
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7 MÉTODOS PROBABILÍSTICOS PARA EL CÁLCULO DE CAUDALES
A partir de una base de datos de valores máximos de precipitación de un sector
determinado, se obtienen los siguientes datos estadísticos:
Media aritmética
Media geométrica
Desviación estándar (s)
Varianza
Coeficiente de variación
Asimetría
Coeficiente de asimetría
Los resultados estadísticos obtenidos se presentan en el Anexo No. 5
7.1 Posicionamiento de Ploteo
Existen fórmulas para el cálculo de la posición de ploteo, para el presente trabajo
se tendrán en cuenta las usadas por los autores HAZEN, WEIBULL Y CALIFORNIA.
Para un valor un número de datos (m)
7.2 Metodología de Gumbel
Este método se usa preferiblemente para el cálculo de caudales máximos anuales.
Este método estadístico se utiliza para calcular los caudales máximos a partir de
los valores de caudales máximos registrados en el sitio de interés.
Dónde:
Qmax Caudal máximo para un periodo de retorno determinado en m3/seg
Qm Valor medio de los caudales máximos observados
K Factor de frecuencia, es función del periodo de retorno y del tamaño de
la muestra
Sq Media aritmética de los valores
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[ [
]]
Dónde:
Tr Periodo de retorno, en años
Yn y n Parámetros dependientes del tamaño de la muestra (número de datos n)
n Número de los datos de la muestra 1
7.2.1 Intervalo de confianza
El intervalo de confianza, es decir, aquel dentro del cual puede variar Qmax depende
del tamaño de la muestra (n) y de la frecuencia de ocurrencia del evento.
Dónde:
p Probabilidad de no ocurrencia del evento
Tr Periodo de retorno, en años
n Número de los datos de la muestra
Condición 1
Para valores de p entre 0,2 y 0,8 el intervalo de confianza se calcula como
√
√
Condición 2
Para valores de p mayores a 0,9 el intervalo de confianza se calcula como sigue
1 Valores tomados de cuadro 3.5 Método de Gumbel. Valores de Ynσ_n . Drenaje Pluvial Hidrología e
Hidráulica. Bernardo Díaz Orjuela. Pág. 3-27.
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Condición 3
Si no se cumple ninguna de las condiciones anteriores, los límites de confiabilidad
del método de Gumbel se calculan mediante la siguiente expresión:
Dónde:
Tα Valor de la t de una distribución probabilística de student al nivel de
confianza α
Se Coeficiente que se calcula con la siguiente expresión
Dónde:
Sq Desviación estándar en m3/seg
n Número de datos
Bt Coeficiente que depende del coeficiente de frecuencia K y se expresa
como sigue
Los resultados obtenidos por el Método de Gumbel y su respectiva gráfica en el
Anexo No. 6.
7.3 Metodología de Log Pearson III
El comité hidrológico del W.R.C (U.S Water Resources Council) propuso este
método en 1967, el cual considera una distribución del tipo III de Pearson y
propone calcular los parámetros estadísticos correspondientes a partir de los
logaritmos decimales de los caudales máximos registrados.
Dónde:
Qmax Caudal máximo para un periodo de retorno determinado, en m3/s
xm Media aritmética de los logaritmos de los caudales máximos
sx Desviación estándar de los logaritmos de los caudales máximos
K Coeficiente de Pearson, depende del coeficiente de asimetría y de la
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probabilidad seleccionada.
En el Anexo No. 7, se presenta los resultados obtenidos por el Método Log Pearson
III y su respectiva gráfica
7.4 Método de Weibull
El análisis de Weibull es la técnica mayormente elegida para estimar una
probabilidad, basada en datos medidos o asumidos. La distribución de Weibull
descubierta por el sueco Walodi Weibull, fue anunciada por primera vez en un
escrito en 1951. La distribución de Weibull es útil por su habilidad para simular un
amplio rango de distribuciones como la Normal, la Exponencial, etc. Las técnicas
discutidas en la distribución de Weibull son similares a las usadas con las
distribuciones Normal y Log-Normal.
La ecuación de la distribución acumulativa de Weibull es:
{ }
Dónde:
e Base de los logaritmos naturales = 2.718281
t Parámetro de interés o valor en x
t0 valor en x inicial (tercer parámetro de Weibull)
η Vida característica
Factor de forma
La pendiente de la línea recta que pasa por la mayoría de los puntos en el Gráfico
de Weibull, es también el Factor de Forma b. Esta b indica el tipo de distribución de
probabilidad (normal, exponencial, etc.).
La Vida Característica h es el valor del dato (en este caso: número de perros
calientes) que corresponde al 63.2% del valor del Rango Medio de la línea recta.
Este 63.2% es realmente 1 - 1/e, dado to = 0 y t = h. En el Gráfico de Weibull,
usted puede hacer estimaciones de probabilidades utilizando la línea recta, o
simplemente leyendo la probabilidad en la escala vertical.
Los resultados obtenidos para el método de Weibull y su respectiva gráfica se
presentan en el Anexo No. 8.
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8 MÉTODO RACIONAL
Este método, permite determinar el caudal máximo que escurrirá por una
determinada sección, bajo el supuesto que éste acontecerá para una lluvia de
intensidad máxima constante y uniforme en la cuenca correspondiente a una
duración D igual al tiempo de concentración de la sección.
Dónde:
Qmax Caudal máximo en la sección de cálculo, en m3/seg
C Coeficiente de escorrentía
i Intensidad de lluvias, en mm/h
A Área de drenaje, en km2
8.1 Coeficiente de escorrentía
El coeficiente de escurrimiento C representa la fracción de la lluvia que escurre en
forma directa y toma valores entre cero y uno, y varía apreciablemente entre una
cuenca y otra, y de una tormenta a otra, debido a las condiciones de humedad
iniciales. Sin embargo, es común tomar valores de C representativos de acuerdo
con ciertas características de las cuencas como la vegetación, pendientes del
terreno y uso de suelos.2
A partir de los parámetros morfométricos comentados en el numeral 6.3, y
presentados en el Anexo No. 3. Y las curvas IDF presentadas en el Anexo No.4, se
obtuvieron los caudales de diseño, para cada una de las áreas del proyecto y se
presentan en el Anexo No. 9.
2 Cuadro 3.15, coeficiente de escorrentía. DRENAJE PLUVIAL Hidrología e Hidráulica. Bernardo Díaz
Orjuela
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8.2 Cálculo de caudales para cunetas
Siguiendo el mismo método empleado en el numeral 8.1, se calculó el caudal de
las áreas para el diseño de cunetas, estas áreas se presentan en el plano del Anexo
No. 2, y el cálculo de caudales para las cunetas se presenta en el Anexo No. 10
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9 CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE DRENAJE
La metodología usada para el cálculo de las estructuras de drenaje, se presenta en
los Anexos No. 11, 12 y 13. Los procedimientos que se siguieron son los indicados
en el libro de DRENAJE PLUVIAL Hidrología e Hidráulica. Bernardo Díaz Orjuela.
9.1 Box coulvert y estructuras de salida
El diseño del box coulvert se presenta en el Anexo No. 11
9.2 Cunetas
El diseño de las cunetas se presenta en el Anexo No. 12
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10 CONCLUSIONES
Hoy en día los Sistemas de Información Geográficos (SIG) son ampliamente
utilizados en estudios de cantidad y calidad del agua. La delimitación de una
cuenca hidrográfica y el análisis morfométrico son dos pasos importantes para el
estudio y análisis hidrológico. Estos estudios permiten analizar las características
fisiográficas de la forma, relieve y red de drenaje, que a su vez tienen una gran
importancia por que influyen de manera decisiva en la respuesta hidrológica de
cualquier cuenca.
El presente documento se enfocó al análisis morfométrico que caracteriza la red
hidrográfica de unas subcuencas de la localidad de Usaquén en la ciudad de Bogotá,
su dinamismo hidrológico superficial y su delimitación a partir de un plano en escala
1:1762, entregada por el docente para su análisis.
Para propósitos de este trabajo se definieron como áreas de estudio 3 cuencas,
localizadas en los sistemas montañosos de los cerros orientales de Bogotá en el Barrio
Usaquén. Como resultado se obtuvo la delimitación y el análisis morfométrico de las
cuencas hidrográficas, permitiendo conocer su comportamiento hidrológico frente a
eventos pluviométricos.
Para los parámetros de forma fue necesario calcular: el área de la cuenca, el
perímetro, el factor forma, el índice de compacidad y el coeficiente de elongación.
Para el relieve, se calcularon: la pendiente de la cuenca, la elevación media, la
diferencia de altitud. Para drenaje, se consideró: el orden de la corriente, la densidad
de drenaje, la pendiente del cauce principal, el criterio de pendiente del cauce principal
y el tiempo de concentración.
Las características físicas de la cuenca y la mayor parte del comportamiento
hidrológico se encuentran influenciadas por la topografía, puesto que a mayores
pendientes corresponden mayores velocidades de las corrientes de agua y menor será
el tiempo de concentración de la cuenca, además de que la diferencia de altitudes
determina la temperatura y la precipitación del lugar. Es así que la red de drenaje es el
sistema jerárquico de cauces que van desde los pequeños ríos hasta los grandes, que
confluyen unos en otros hasta llegar al cauce principal de la cuenca
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Se han considerado en el estudio los diseños de estructuras hidráulicas, para manejar
máximos eventos, teniendo en cuenta la máxima escorrentía calculada para un período
de retorno para Box Coulvert de 50 años y para las cunetas de 10 años.
A las estaciones que registran la precipitación se les estiman los valores de
precipitación anual con el objeto de observar y establecer los periodos lluviosos y
secos que se han presentado en el registro. Esto se hace graficando la lluvia anual
contra el tiempo (años), y en estos gráficos se pueden observar los años secos y
los húmedos y estimar cada cuanto se repiten estos periodos (ciclos multi-
anuales). Para nuestro caso se utilizaron las curvas IDF suministradas por la
Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, la que tiene una estación
limnigráfica cerca del lugar de estudio.
Cuando en el sitio de estudio no hay información hidrométrica, se deben estudiar
los registros de caudales de los ríos de cuencas vecinas, los que servirán para
hacer la extrapolación de los parámetros de calibración hidrológica, a la cuenca de
estudio.
La calibración del modelo hidrológico se realiza parra eventos extremos, dado que
son los que producen desbordamiento e inundaciones. Se requiere seleccionar los
eventos que tengan disponibles los datos de lluvia (tormenta extrema) y los datos
de caudal (hidrograma de crecidas).
No se pueden utilizar pantallas deflectoras para reducir o disipar la energía luego
del Box Coulvert, ya que realizando los cálculos para la Cuenca No. 1, en donde,
la velocidad a la salida del Box es de 2,68 (m/s), calculando las pantallas
aumentaríamos la velocidad del flujo casi al doble de la velocidad con un resultado
de 4,46 (m/s). Lo anterior, se debe a que se tienen pendientes suaves y al colocar
las pantallas deflectoras se tendría una pendiente mínima del 10%, con lo que se
aumenta considerablemente la velocidad. Por ello solo se utilizó la estructura de
caída o escalonada considerando que con ello se disipa la energía capaz de erodar
la superficie del terreno.
Cuando se calcularon las estructuras escalonadas para las diferentes cuencas, se
obtuvieron los resultados que se muestran en los anexos, en donde, hallamos las
longitudes de los escalones de acuerdo con cada caudal diseño. Pero para el
ajuste de las longitudes de los escalones, se tuvieron problemas para determinar el
valor de h/Y1, a partir del valor de Y3/Y1, pues se obtuvieron valores de Y3/Y1
menores de uno como se muestra en los cálculos y por lo tanto era difícil
establecer el valor de h/Y1. Para el ejercicio se asumieron estos valores de Y3/Y1
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iguales a 1 para poder leer la gráfica, pero consideramos que se pudo cometer
algún error y que no es factible por alguna razón realizar el ajuste en la longitud de
los escalones.
En el presente estudio se utilizaron todos los conocimientos adquiridos en las
clases magistrales, también apoyados en el texto guía y adicionalmente, realizando
las investigaciones a que hubo lugar.
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11 BIBLIOGRAFÍA
DRENAJE PLUVIAL HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA. Bernardo Díaz Orjuela
HIDROLOGÍA EN LA INGENIERÍA. German Monsalve Sáenz