Memorias de cálculo Ocoa

ESTUDIO DE SOCAVACIN OBRAS DE CONTENCIN RO OCOA VILLAVICENCIO - META NOVIEMBRE 2011

ESTUDI O DE SOCAVACIN OBRAS DE CONTENCIN RO OCOA

TABLA DE CONTENIDOINTRODUCCIN ___________________________________________________________________________3 MODELO HIDRULICO _____________________________________________________________________3 CALCULO SOCAVACIN GENERAL ____________________________________________________________7 Mtodo de Maza ________________________________________________________________________7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES______________________________________________________ 10

CONTRATOS, INTERVENTORAS Y CONSULTORAS Carrera 23 # 37L - 32 , Villavicencio (Meta), Telfonos (098) 6685218, Cel. 320-8344070, titoalejandrosaavedra@g mail.c om

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INTRODUCCINEste documento presenta las memorias de clculo para el estudio de socavacin de las obras de proteccin en el ro Ocoa, aguas abajo del puente sobre la va Puerto Lpez, en la ciudad de Villavicencio, Meta. Dado el tamao de la cuenca, se opt por trabajar con el caudal formativo o de banca llena, y con este generar un modelo hidrulico del cauce, de tal forma que se determinen las profundidades y velocidades para este caudal, para por ltimo presentar el respectivo estudio de socavacin.

MODELO HIDRULICO Con la topografa entregada por el cliente se generaron secciones transversales con una separacin promedio de cincuenta (50) metros, la cual est establecida por la luz estimada del Ro.

PE

RF IL 5

PE

RF

IL 4

PE

PE

RF IL 6

RF IL 3 PE RF IL 2

PE RF IL

7 PE RF

IL 1

PE RF IL 8

PE RF IL 9

PE

RF IL 10

PE

RF IL 11

PE RF IL 12

PE RF IL 13

PE RF IL 14

PE

RF IL 15

PE

RF

IL 16

Tambin se gener el perfil longitudinal, con su respectivo eje, de tal forma que se obtuvo la localizacin en planta de las secciones transversales.


3


5 6 7

4

3 2 1

8

9

10

11I PAL

12 13

14

R IO PR I NC

RIO OCOA

15

16

RIO OCOA16 15 14

Plan: RIO OCOA

18/11/2011Legend Ground Bank Sta

13 12 11

10

9 8

7

6

4

5

3 2 1

Con estas secciones se gener un modelo hidrulico en tres (3) dimensiones, el cual incluye la separacin entre secciones y la diferencia de niveles entre los mismos. Luego de esto, se gener una corrida con un caudal de prueba de 100m3/s para calibrar la modelacin.


4


RIO OCOA16

Plan: RIO OCOA

18/11/2011Legend WS PF 1 Ground Bank Sta Ground

1.1*

1.4*

1.7*

2

15.7058* 15.4117* 15.1176* 14.8125* 14.5* 14.1875* 13.9545* 13.7727* 13.5909* 13.4090* 13.2272* 13.0454* 12.6842* 12.2631* 11.88* 11.6* 11.32* 11.04* 10.84* 10.64* 10.44* 10.24* 10.04* 9.8* 9.55* 9.25* 8.94444* 8.72222* 8.5* 8.27777* 8.05555* 7.81818* 7.54545* 7.27272* 7 6.73684* 6.42105* 6.10526* 5.90476* 5.76190* 5.61904* 5.47619* 5.33333* 5.19047* 5.04761* 4.61111* 4.11111* 3.76470* 3.47058* 3.17647* 2.77777* 2.38888*

El caudal formativo o de banca llena se estim iterativamente del orden de 400m3/s. Los caudales en la seccin de estudio presentan los siguientes niveles:RIO OCOA.02 402

Plan: RIO OCOA.02

18/11/2011.02 Legend EG PF 1 WS PF 1 Ground

401

Bank Sta

400

399 Elevation (m) 398 397 396 395

0

10

20 Station (m)

30

40

50

El ro en general presenta el siguiente aspecto:


5


RIO OCOA16

Plan: RIO OCOA

18/11/2011Legend

1.05*

1.35*

1.65*

1.95*

15.6470* 15.3529* 15 14.6875* 14.375* 14.0625* 13.8636* 13.6818* 13.5* 13.3181* 13.1363* 12.9473* 12.5263* 12.0526* 11.76* 11.48* 11.2* 10.96* 10.76* 10.56* 10.36* 10.16* 9.95* 9.7* 9.4* 9.15* 8.88888* 8.66666* 8.44444* 8.22222* 8 7.72727* 7.45454* 7.18181* 6.89473* 6.63157* 6.31578* 6 5.85714* 5.71428* 5.57142* 5.42857* 5.28571* 5.14285* 5 4.5* 4 3.70588* 3.41176* 3.11764* 2.72222* 2.33333*

WS PF 3 Ground Bank Sta Ground

Como se ve en la modelacin, se tienen desbordamientos en los sectores aguas arriba y aguas abajo del cao, aunque nunca supera una profundidad de 3.76m, por lo que da un rango de seguridad amplio sobre esta ubicacin. Sin embargo se tienen velocidades superiores a los 3.0m/s. Las caractersticas del flujo en esta seccin son las siguientes:Plan: RIO OCOA RIO PRINCIPAL RIO OCOA RS: 7 Profile: PF 3 E.G. Elev (m) 400.44 Element Vel Head (m) 0.73 Wt. n-Val. W.S. Elev (m) 399.71 Reach Len. (m) Crit W.S. (m) Flow Area (m2) E.G. Slope (m/m) 0.001506 Area (m2) Q Total (m3/s) 400 Flow (m3/s) Top Width (m) 39.09 Top Width (m) Vel Total (m/s) 3.75 Avg. Vel. (m/s) Max Chl Dpth (m) 3.76 Hydr. Depth (m) Conv. Total (m3/s) 10306.8 Conv. (m3/s) Length Wtd. (m) 1.95 Wetted Per. (m) Min Ch El (m) 395.95 Shear (N/m2) Alpha 1.02 Stream Power (N/m s) Frctn Loss (m) 0 Cum Volume (1000 m3) C & E Loss (m) 0 Cum SA (1000 m2) Left OB 1.95 Channel 0.02 1.95 104.2 104.2 395.75 36.62 3.8 2.85 10197.3 38.05 40.45 0 15.72 5.75 Right OB 0.02 1.95 2.5 2.5 4.25 2.47 1.7 1.01 109.5 3.06 12.09 0 6.04 3.64

2155.46 0.31 0.47

Elev. Lnea de energa (m) Cabeza de velocidad (m) Cota del nivel del agua (m) Cota de nivel crtico (m) Pendiente lnea energa (m/m) Q Total (m3/s) Ancho de la lmina (m) Velocidad total (m/s) Profundidad mxima (m) AR (m /s) Length Wtd. (m) Cota mnima del canal (m) Coeficiente Alpha Prdidas por friccin (m) Prdidas menores (m)2/3 3

400.44 Elemento Banca izquierda 0.73 Coeficiente de Manning 399.71 Separacin secciones (m) 1.95 Area mojada (m2) 0.001506 Area (m2) 400 Caudal (m3/s) 39.09 Ancho de la lmina (m) 3.75 Velocidad promedio (m/s) 3.76 Profundidad hidrulica (m) 10306.8 AR (m /s) 1.95 Permetro mojado (m) 395.95 Cortante (N/m2) 1.02 Potencia de flujo (N/m s) 0 Volume acum (1000 m3) 0 Area acum. (1000 m2)2/3 3

Canal Banca derecha 0.02 0.02 1.95 1.95 104.2 2.5 104.2 2.5 395.75 4.25 36.62 2.47 3.8 1.7 2.85 1.01 10197.3 38.05 40.45 0 15.72 5.75 109.5 3.06 12.09 0 6.04 3.64

2155.46 0.31 0.47


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CALCULO SOCAVACIN GENERAL

Mtodo de MazaUno de los mtodos ms conocidos para la estimacin de la socavacin general es el de J. A. MAZA, el cual para calcular la socavacin general requiere igualar la velocidad real del flujo con la velocidad crtica para la iniciacin del movimiento. Vs = Vr donde: Vs: velocidad critica para la iniciacin del movimiento (m/s) Vr: velocidad real de flujo (m/s) Bajo diversas consideraciones se tiene finalmente la siguiente ecuacin para el clculo de socavacin. Para suelos en cauces definidos, no cohesivos y homogneos.5 1+ X Y 3 ds = 0.68 Dm0.28 1

donde: : coeficiente alfa. : coeficiente de probabilidad (%) que se presente el caudal de diseo. X: exponente variable en funcin del peso especifico, para suelos no cohesivos en funcin del dimetro medio del material granular. Dm: dimetro medio de material granular (D50) (mm). Y: profundidad de flujo (m) ds: profundidad de socavacin (m). Para la anterior ecuacin:

=

Qd Ym 3 b 5

donde: Qd: Ym: b: : caudal de diseo (m3/s) profundidad media de flujo (m) ancho superficial de lamina de agua (m) coeficiente contraccin, en funcin de la velocidad y luz entre pilas.CONTRATOS, INTERVENTORAS Y CONSULTORAS Carrera 23 # 37L - 32 , Villavicencio (Meta), Telfonos (098) 6685218, Cel. 320-8344070, titoalejandrosaavedra@g mail.c om 7


Se define entonces con la siguiente tabla:

Para el coeficiente y X, tienen las siguientes tablas:Probabilidad %, que se presente el caudal de diseo 100 50 20 10 5 2 1 0.3 0.2 0.1Dm (mm) 0.05 0.15 0.5 1 1.5 2.5 4 6 8 10 15 20 25 40 60 90 140 190 250 310 370 450 570 750 1000 X 0.43 0.42 0.41 0.4 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 0.3 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 0.2 0.19

Coeficiente B 0.77 0.82 0.86 0.9 0.94 0.97 1 1.03 1.05 1.07

Como primera medida debe obtenerse el coeficiente teniendo: Para las condiciones del caudal de diseo ms alto


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Caudal de diseo Profundidad de flujo Ancho superficial Luces entre pilas Velocidad media del flujo Luego de la tabla anterior

Qd = 400 m3/s Y = 3.76 m b = 39.09 m l = 39.09 m V = 3.75 m/s = 1.00

Reemplazando los valores se obtiene

=

Qd Ym 3 b 5

=

400 3.76 3 39.09 1.05

= 1.13

Para calcular la socavacin se define: Porcentaje de probabilidad de ocurrencia del caudal de diseo, teniendo en cuenta el periodo de retorno de 25 aos, dicho porcentaje ser 1/25 = 0.04, por lo cual el coeficiente con base en la tabla es 1.02. Ahora, dado que el dimetro medio D50 del material granular es 2 mm, en la tabla se obtiene el exponente X = 0.39. En resumen teniendo los siguientes valores: = 1.13 = 1.02 X = 0.39 Dm = 2 mm Y = 3.76 m La profundidad de socavacin es5 1+ X 1.13 3.76 53 1+ 0.39 Y 3 ds = = = 6.04m 0.68 Dm0.28 0.68 1.02 20.28 1 1

La socavacin general esperada es ys=6.04-3.76=2.28m, si no hay desplazamiento lateral del ro.


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESPara la cimentacin de las obras se debe tener una profundidad mnima de 3.0m en el punto ms bajo del canal, o 2.0m en bancas, para una creciente con un periodo de retorno de 25 aos. Se debe hacer reemplazo de material para el relleno de gaviones con dimetros superiores a 2 para asegurar la estabilidad del muro, debido a que el material existente es muy fino y esto reducir el riesgo de socavacin local

TITO ALEJANDRO SAAVEDRA RAMREZ C.C. 79.642.060 de Bogot Ingeniero Civil, MSc en Recursos Hdricos Especialista en Sistemas Hdricos Urbanos


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