ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO, DISEOS DE CONTROL DE INUNDACIONES Y MANEJO DE CAUCES ARTIFICIALES PARA LA NUEVA SEDE DE LA UNIVERSIDAD LIBRE EN CALI
HIDROINGENIERA LTDA ARQ. JAIME CRDENAS MATALLANA
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ESTUDIO HIDROLOGICO E HIDRAULICO, DISEOS DE CONTROL DE
INUNDACIONES Y MANEJO DE CAUCES ARTIFICIALES PARA LA
NUEVA SEDE DE LA UNIVERSIDAD LIBRE EN CALI
1. OBJETIVOS
El objeto de este estudio es disear las obras de control de inundaciones
para la nueva sede de la Universidad Libre en Cali, y establecer el manejo
adecuado de los canales artificiales que discurren por el predio,
incorporndolos a las obras de manejo de aguas y control de inundaciones.
Para logras estos objetivos es pertinente determinar los niveles de creciente
en el ro Lili y en sus afluentes en el tramo inmediatamente aguas arriba de
su cruce con la va Panamericana.
Estos niveles son necesarios para dimensionar las obras de control de
inundaciones sobre su margen derecha, con el propsito de proteger el
predio donde se propone construir la nueva sede de la Universidad Libre en
Cali.
En la figura 1 se indica la localizacin aproximada del predio. Para
determinar estos niveles, es necesario realizar inicialmente el estudio
hidrolgico de las cuencas del ro Lli, el zanjn Gual y la acequia
Caasgordas para determinar sus caudales mximos para diferentes
perodos de retorno y posteriormente realizar el trnsito hidrulico de estos
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caudales para determinar sus niveles correspondientes. As mismo se debe
calcular el caudal mximo y volumen correspondiente al rea interna del
predio
Estas actividades se realizarn mediante la exploracin preliminar de campo,
la recopilacin de informacin, para acceder a los estudios bsicos que
permitan analizar la inundabilidad del rea del proyecto y proponer las
alternativas de solucin, las cuales, evaluadas tcnica, econmica y
ambientalmente, permitirn definir las obras que se disearn.
Este proceso de estudios y diseos involucran el tramo del ro Lli entre su
confluencia con el zanjn Gual y su cruce con la va Panamericana, en una
longitud aproximada de 450m y el rea futura de la universidad, ubicada
entre las carreras 106 y 109 y la va Panamericana con el colegio Alemn.
En la figura 1-2, se indica el rea a estudiar.
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Figura 1-1- Localizacin general del rea del estudio, fuente METROCALI
rea del estudio
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Figura 1-2- Localizacin del predio a proteger
rea del estudio
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2. METODOLOGA Y CONTENIDO DEL ESTUDIO
2.1 Exploracin preliminar de campo, situacin actual.
Corresponde a una serie de visitas de reconocimiento detallado en las que
se verifican las condiciones locales, el funcionamiento de las obras actuales,
el estado de los cauces y de los corredores identificados, de los canales y
obras de infraestructura del entorno, y en general, todo lo que tiene que ver
con el estado actual del terreno y con la proyeccin preliminar de las
posibles alternativas de las soluciones de control de inundaciones sobre la
margen derecha del ro Lili, hasta la carrera 109.
2.2 Solicitud de trminos de referencia al Dagma
Mediante carta de esta consultora y del Arquitecto Jaime Crdenas
Matallana, diseador y director del proyecto, se solicit al Dagma la
expedicin de los trminos de referencia para el control de inundaciones del
terreno de la Universidad Libre, documento radicado bajo el nmero 12293
del 11 de noviembre de 2008.
2.3 Expedicin por parte del Dagma de trminos de referencia para el control de inundaciones y cauces artificiales aledaos
Mediante oficio 4510 del 19 de diciembre de 2008, el Dagma expidi los
trminos de referencia solicitados, los que son base fundamental para el
desarrollo de los estudios y diseos de control de inundaciones.
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2.4 Recopilacin de Informacin bsica secundaria.
Consiste en las actividades tendientes a recopilar, clasificar, analizar e
interpretar la informacin existente, y los proyectos o acciones que se hayan
identificado a futuro, teniendo en cuenta los lineamientos, conceptos e
interdependencias de entidades oficiales y de los otros usuarios y vecinos,
sobre todo del entorno cercano a las cuencas de influencia directa y a los
corredores que se identifiquen.
Se coordina la obtencin por parte del contratante de toda la informacin y
se participa en la definicin de criterios, solicitudes especficas, y reuniones
de coordinacin y se realiza la interpretacin de la mencionada informacin.
Se consultaron, entre otros, los siguientes documentos:
Esquema bsico expedido para el terreno de inters por
Planeacin Municipal de Cali.
Software de aplicacin HEC-RAS. Sistema de anlisis de ros y
planicies de inundacin. Elaborado por el Centro de Ingeniera
Hidrolgico Cuerpo de Ingenieros del Ejrcito de Estados
Unidos Versin 4.0 para Windows, 2008.
Manual de hidrulica H.W. King y E.F. Brater 1962.
Hidrologa Seccin 4. SCS National Engineering Handbook
Hidrologa aplicada. Ven Te Chow; David R. Maidment; Larry W
Mays, Mc Graw Hill 1993.
Hidrologa para Ingenieros. Linsley Kohler Paulus. Mc Graw
Hill 1988.
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Hidrulica de canales abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana,
1982.
Reglamento tcnico del sector agua potable y saneamiento
bsico, RAS 2000.
Normas de alcantarillado para la ciudad de Cali, Emcali 1997.
2.5 Informacin bsica primaria y caracterizacin de parmetros.
Consiste en la revisin de toda la informacin bsica primaria, que es
aquella que ha sido tomada recientemente o que est siendo tomada
especficamente para este proyecto, como lo es la topografa levantada por
el topgrafo Folmes Castaeda con secciones transversales de los cauces
de inters, que son el ro Lil, el zanjn Gual, y los canales artificiales
acequia Caasgordas y dos de sus derivaciones.
La caracterizacin de parmetros se deriva a partir de la interpretacin y
anlisis de la informacin bsica primaria y secundaria, consiste en la
visualizacin de los ndices y variables que correlacionan la informacin
bsica con los estudios tcnicos y sus proyecciones.
Se basa en el reconocimiento y evaluacin de los cauces y del rea de
inters, de la infraestructura existente y de las variables que inciden en la
estabilidad del sistema de drenaje y su entorno.
2.6 Hidrologa y anlisis hidrulico
Consiste en la evaluacin hidrolgica de la cuenca para definir los caudales
esperados en funcin de tiempos de retorno, que permitan la identificacin
de los niveles de creciente.
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3. LOCALIZACIN Y CARACTERSTICAS DEL REA EN ESTUDIO
El rea en estudio est ubicada al Sur-Occidente del municipio de Santiago
de Cali.
El rea especfica del proyecto comprende la cuenca del ro Lli, hasta su
cruce con la va Panamericana.
A continuacin se describen las caractersticas principales de esta cuenca.
3.1 Descripcin fsica de la cuenca del ro Lili
La cuenca del ro Lli est localizada al sur-occidente del municipio de
Santiago de Cali, departamento del Valle de Cauca, en la vertiente Oriental
de la cordillera Occidental de Colombia. Presenta una forma alargada en
sentido Oriente - Occidente, se extiende desde el valle geogrfico del ro
Cauca hasta el Parque Natural Nacional Los Farallones. Limita al norte con
la cuenca del ro Melndez y al sur con la cuenca del ro Pance. Entrega sus
aguas al canal denominado CVC Sur.
El ro Lli tiene su nacimiento a 1.800 m.s.n.m, corre en direccin oeste-este
hasta su entrega en el canal CVC Sur.
Hasta su cruce con la va Panamericana, el ro Lili alcanza una longitud de
13.08 Km, cubriendo un rea de 21.22 Km2 y con un permetro de 24.27Km,
siendo una cuenca de forma alargada El caudal del ro Lili, en la temporada
de bajo rgimen pluviomtrico, presenta un promedio en la estacin
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Pasoancho de 250lt/s. Siendo los meses de agosto y septiembre los ms
secos.
La altura media de una cuenca tiene gran influencia sobre el rgimen de
precipitacin, y por ende, en el hidrolgico. Las cantidades y distribucin de
las lluvias se encuentran altamente relacionadas con el factor fisiogrfico y
con el rgimen de vientos predominantes de una regin. En consecuencia, la
elevacin media y la variacin latitudinal de una cuenca como elementos
fisiogrficos, inciden directamente en la distribucin trmica y el rgimen
hidrolgico de la misma.
En el tramo final de sus recorrido el ro Lili es un cauce urbano que ha
ocasionado con anterioridad inundaciones en el barrio Ciudad Jardn
ubicado al sur de la ciudad, siendo el evento ms importante el presentado
el da 29 de mayo de 1994.
3.2 Descripcin Climtica General de la Zona
Por su ubicacin latitudinal, entre 3 y 4 grados de Latitud Norte, los valores
medios de algunas variables meteorolgicas como la temperatura, la presin
atmosfrica y la humedad relativa, son muy estables a lo largo del ao;
siendo en cambio importantes sus oscilaciones diarias as como la funcin
de la altura sobre el nivel del mar.
Las estaciones de verano e invierno estn definidas por la magnitud de las
lluvias, por lo tanto, no existen aqu estaciones de origen trmico como en
las latitudes media y alta, sino que la regin disfruta de un clima tropical
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hmedo influenciado en forma local por la Cordillera de los Andes y el
Ocano Pacfico.
Tambin debido a su localizacin ecuatorial, los vientos son en general muy
dbiles, determinados por las circulaciones del valle- montaa. El parmetro
climtico ms variable y por lo tanto de mayor importancia en el rea es la
precipitacin y despus la temperatura por su variacin a lo largo del da.
Fotografa 3-1 Vista hacia aguas abajo del cauce del ro Lli en el tramo
aguas arriba de su cruce con la va Panamericana
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Fotografa 3-2 Vista del cauce del canal paralelo a la va frrea que
descarga en el ro Lili inmediatamente aguas arriba de su cruce con la va Panamericana
Fotografa 3-3 Vista hacia aguas arriba del cauce de la acequia
Caasgordas una vez sale del colegio Alemn
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Fotografa 3-4 Vista de las obras de proteccin contra inundaciones construidas sobre la margen derecha del ro Lili en el tramo en estudio
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4. INFORMACIN BSICA
Durante la actividad relacionada con la recoleccin y anlisis de informacin
se consultaron varios aspectos importantes para el desarrollo del trabajo:
Cartografa, topografa, fotografas areas, informes de estudios anteriores e
Hidroclimatologa :
4.1 Cartografa
En este aspecto se cont con la informacin siguiente:
Cartografa con informacin general IGAC (1986) escala 1:25000
digitalizados por la CVC, de la cuenca del ro Lli.
Cartografa escala 1:10000 del IGAC
Cartografa digital del municipio de Cali
En la figura 4-1 se indican las cuencas del ro Lili y el zanjn Gual y en la
figura 4-2 se indican las cuencas de la acequia Caasgordas y su
derivaciones que llegan directamente al predio del estudio. Estas cuencas
fueron tomadas a partir de la cartografa digital del municipio de Cali, de
donde se tom el rea de las cuencas, as como los datos para obtener la
longitud y la pendiente de cada uno de los cauces.
4.2 Fotografas areas
Vuelo IGAC R-373 de 1957
Vuelo FAL 407 del 21 de julio de 1998, escala 1:31350
Vuelo IGAC C-2062 de 1982, escala 1:42000
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4.3 Hidrometeorologa
La informacin meteorolgica usada se obtuvo de estaciones actualmente
operadas por la CVC. Las cuales son, estaciones pluviomtricas Alto
Iglesias, La Argentina, Corea, El Guanbano, El Palacio, La Fonda, La
Ladrillera y El Topacio localizadas en las cuencas de los ros Jamund,
Pance, Lili y Melndez y la estacin limnimtrica de Caasgordas en el ro
Lli. En el cuadro 4-1 se indican las principales caractersticas de estas
estaciones y en el cuadro 4-2 se indican los registros de las estaciones La
Fonda y La Ladrillera, las cuales por su ubicacin son las ms cercanas al
centroide de la cuenca del ro Lil, sin embargo por la longitud de registros
fue escogida la estacin La Fonda para las evaluaciones hidrolgicas de las
cuencas del ro Lil y el zanjn Gual.
4.4 Estudios Anteriores
Para este estudio se utiliz la informacin contenida en los siguientes
estudios:
Caracterizacin fisiogrfica Direccin regional sur-occidente, elaborado
para la CVC por la ingeniera Adriana Mara Erazo Ch., 1996.
Concepto tcnico SGA-I-018/99, Susceptibilidad a las inundaciones y a
la dinmica del ro Pance elaborado en la CVC por el Ing. Freide
Guzmn G. Y la geloga Olga Patricia Villa, 1999.
Sistema de Informacin geogrfica de la UMC Cali-Melndez-Pance-
Aguacatal, elaborado por la CVC, 2000.
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Estudio hidrolgico-hidrulico para reemplazo de puentes en ro Lli,
realizado para la Secretara de infraestructura y valorizacin por Hidro-
Estudios Ltda., agosto de 1998.
Sistema de informacin geogrfica de la unidad de manejo de cuenca
Cali-Melndez-Pance-Aguacatal, elaborado por la Universidad Nacional
de Colombia, sede Medelln, para la CVC en 2000.
Regionalizacin de Caudales Mximos, elaborado para la CVC por la
ingeniera Adriana Mara Erazo Ch., agosto de 1999.
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Cuadro 4-1
CARACTERISTICAS Y LOCALIZACION DE LAS ESTACIONES HIDROMETEREOLOGICAS UTILIZADAS
ESTACION CLASE SUBCUENCA MUNICIPIO LATITUD LONGITUD NORTE ESTE ALTITUD FEI FES ENTIDAD
ALTO IGLESIAS PG MELENDEZ CALI 3.22 76.38 863733.658 1049741.799 1705 8102 CVC
LA ARGENTINA PG PANCE CALI 3.20 76.40 860045.950 1046038.817 1794 7111 CVC
COREA PM MELENDEZ CALI 3.21 76.40 861888.986 1046038.04 2580 6412 CVC
EL GUANABANO PG PANCE CALI 3.20 76.37 860048.427 1051595.82 1365 8103 8911 CVC
EL PALACIO PM JAMUNDI CALI 3.18 76.32 856367.040 1060859.620 950 7001 CVC
LA FONDA PM MELENDEZ CALI 3.23 76.36 865578.475 1053445.444 1298 6412 CVC
LA LADRILLERA PG LILI CALI 3.22 76.35 863736.350 1055298.640 1180 8211 0104 CVC
EL TOPACIO CO PANCE CALI 3.19 76.39 858203.705 1047891.951 1676 6412 CVC
PASOANCHO LG LILI CALI 864134.766 1060051.947 976.81 7701 CVC
FEI=FECHA INSTALACION
FES=FECHA SUSPENSION
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Figura 4-1 Cuencas del ro Lili y el zanjn Gual
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Figura 4-2 Cuencas del zanjn Gual y la acequia Caasgordas
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Cuadro 4-2
REGISTROS HISTORICOS PRECIPITACIONES MAXIMAS EN 24 HORAS (mm)
AO LA FONDA LA LADRILLERA
1964 29 1965 67 1966 68 1967 109 1968 62 1969 83 1970 76 1971 114 1972 58 1973 83 1974 57 1975 103 1976 75 1977 84 1978 84 1979 71 1980 88 1981 100 1982 65 52 1983 132 132 1984 84 77 1985 80 74 1986 89 84 1987 138 193 1988 134 62 1989 82 62 1990 110 72 1991 76 89 1992 86 50 1993 95 81 1994 103 78 1995 77 120 1996 117 95 1997 78 74 1998 101 90 1999 100 66 2000 85 89 2001 75 70 2002 77 2003 80 2004 100 2005 75
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5. ANALISIS HIDROLOGICO CAUDALES MAXIMOS
Debido a la ausencia de suficientes registros de caudales sobre el ro Lli en
la estacin Pasoancho (1994-2007), no es muy confiable el clculo de
caudales mximos mediante los mtodos estadstico-probabilsticos. Por lo
tanto, se consider tcnicamente apropiado emplear otro mtodo diferente
para el clculo de caudales mximos, como el propuesto por el Soil
Conservation Service (SCS) del Departamento de Agricultura de los Estados
Unidos. Este mtodo corresponde a un modelo del tipo Precipitacin-
Escorrenta, el cual est basado en las caractersticas fsicas de las reas y
el comportamiento meteorolgico de la zona en estudio.
Como se indic anteriormente, para los datos de precipitacin se analizaron
las estaciones cercanas al rea en estudio, encontrndose que las
estaciones La Ladrillera, Alto Iglesias, La Fonda y Univalle localizadas en las
cuencas de los ros Melndez y Lili, adems de estar muy cerca del sitio de
inters, presentan suficiente informacin histrica confiable. Sin embargo
debido a la longitud de los registros y a la altura sobre el nivel del mar que se
encuentran las estaciones, se escogi la estacin La Fonda para el anlisis
hidrolgico de las cuencas del ro Lil y el zanjn Gual.
Para el anlisis hidrolgico de las tres cuencas menores correspondientes al
rea de drenaje de la acequia Caasgordas, se opt por la utilizacin del
mtodo Racional con las curvas IFD de EMCALI para la zona suroccidental.
Mediante oficio 4133.004513 del 19 de diciembre del 2008, el DAGMA
solicita que los caudales mximos sean calculados mediante el mtodo
Racional, sin embargo para el anlisis de cuencas de mayor tamao es
recomendable utilizar el mtodo del Soil Conservation Service, el cual fue el
utilizado para el ro Lili y el zanjn Gual.
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5.1 Mtodo del Soil Conservation Service (SCS)
Este mtodo est basado en el principio del hidrograma unitario, el cual
transforma un hietograma de exceso de lluvia en un hidrograma de salida de
una cuenca de drenaje. Esta tcnica es un ejemplo tpico de anlisis
invariable, con unos supuestos bsicos que indican que el sistema es lineal e
invariable en el tiempo.
En desarrollo de esta teora se encontr empricamente que las tormentas de
intensidad semejante, que dan lugar a perodos de exceso de lluvia de igual
duracin sobre una cuenca, producen hidrogramas que se ajustan a las
siguientes propiedades:
La duracin de la escorrenta directa y por tanto el tiempo base es en
esencia constante, independientemente de las diferencias en las
intensidades de las lluvias que dan lugar a avenidas y del volumen total de
escorrenta directa.
Si dos tormentas de intensidad semejante y de la misma duracin producen
diferentes volmenes de escorrenta directa, las intensidades de la
escorrenta directa en momentos posteriores al comienzo de cada tormenta
guardan la misma proporcin que la existente entre los volmenes totales de
la escorrenta directa.
La distribucin en el tiempo de la escorrenta directa debido a una tormenta
dada es independiente de la escorrenta coincidente debido a tormentas
anteriores.
Estas propiedades son las de un sistema lineal invariable en el tiempo. Se ha
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encontrado adems que para cada cuenca de drenaje existe una cierta
tormenta unitaria para que la forma y duracin no estn significativamente
afectadas por los cambios de la distribucin de un cierto volumen de exceso
de lluvia a lo largo del perodo en que se produce la tormenta.
Esto significa que, para todas las tormentas que produzcan exceso de lluvia
durante un perodo ms corto que el de la tormenta unitaria, el tiempo que
transcurre entre el comienzo de la escorrenta directa y el momento en que el
hidrograma alcanza un mximo es esencialmente el mismo. Para cuencas de
drenaje muy pequeas el perodo de la tormenta unitaria es inferior al tiempo
de crecida y para reas de drenaje mayores que 5.5 Km2, su duracin no es
mayor que la mitad del perodo de crecida o que un cuarto del tiempo de
respuesta.
La tercera propiedad implica que los hidrogramas debido a sucesivas
tormentas unitarias, de diferente intensidad, tienen ordenadas proporcionales
que pueden sumarse; esto significa matemticamente, que el fenmeno es
lineal y que se aplica el principio de superposicin.
En sntesis el hidrograma unitario es un hidrograma de escorrenta directa
producido por un exceso de lluvia de una pulgada o de un (1) mm,
uniformemente repartido por toda la cuenca y de una duracin igual a, o
menor que la duracin de la lluvia unitaria.
Su aplicacin requiere del clculo de parmetros fsicos y de las
caractersticas de distribucin y valores en exceso de las lluvias de la
cuenca. Este procedimiento de clculo de caudales a partir de lluvias
asociadas a diferentes frecuencias de ocurrencia, se desarroll mediante la
implementacin de un programa de computador.
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Nmero de Escurrimiento
La determinacin del nmero de escurrimiento o nmero de curva viene
aplicado en el SCS National Engineering Handbook (1964; SHULSE, 1966).
Este nmero de curva es un valor tabulado que viene dado en funcin de la
lluvia antecedente, del tipo del suelo, del uso del suelo, de la densidad de la
cubierta vegetal y de las labores de conservacin de los suelos.
Los tipos de suelos se usan en la preparacin de los complejos hidrolgicos
suelo-vegetacin, que a su vez se usan para determinar el escurrimiento
directo.
Los principales grupos de suelos hidrolgicos utilizados por el SCS son 4:
(Con el potencial de escurrimiento mnimo). Incluye a las arenas profundas
con poco limo y arcilla, tambin a los loes muy permeables.
La mayor parte de los suelos arenosos menos profundos que los del grupo A,
pero el grupo, en conjunto, tiene una infiltracin media superior despus de
haberse mojado completamente.
Comprende los suelos poco profundos y los que contienen mucha arcilla y
coloides, aunque menos que el grupo D. El grupo tiene una infiltracin
inferior a la promedio despus de saturacin.
(Con el potencial de escurrimiento mayor) el grupo incluye la mayor parte de
las arcillas que ms aumentan de volumen al mojarse, pero tambin incluye
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algunos de los suelos poco profundos con subhorizontes casi impermeables
cerca de la superficie.
La clasificacin de los suelos en los grupos hidrolgicos principales puede
hacerse tomando como base el tipo hidrolgico.
De los estudios realizados se deduce que los suelos de las cuencas son en
su mayora permeables, profundos y bien drenados. Pero a pesar de su
permeabilidad las altas pendientes de las cuencas no permiten mejores
condiciones de retencin y regulacin, por cuya razn se obtienen
respuestas casi inmediatas de las cuencas a las precipitaciones.
El tipo hidrolgico se basa en la premisa de que los suelos con perfiles de
caractersticas semejantes (especialmente su espesor, textura, contenido de
materia orgnica, estructura y grado de abundamento cuando se saturan)
respondern en una forma prcticamente semejante bajo el efecto de una
tormenta de larga duracin de intensidad apreciable. Al hacer comparaciones
se supone que los suelos tienen una cubierta vegetal mnima, que ha tenido
lugar el aumento de volumen mximo y que la precipitacin excede a la
infiltracin potencial.
Los tipos de usos del suelo y los tratamientos se clasifican con respecto a las
avenidas que puede producir el escurrimiento. Cuanto ms un uso de la
tierra o tipo de vegetacin o tipo de tratamiento aumenten la retencin total,
tanto ms descender en el rango de produccin de avenidas por el
escurrimiento.
Para determinar las condiciones precedentes producidas por la lluvia y su
respuesta en la cuenca con relacin al escurrimiento potencial, el SCS las
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resume en tres casos, debido a las dificultades en su estimacin.
Condicin I. Esta es la condicin que presentan los suelos cuando estn
secos, pero no hasta el punto de marchitamiento y cuando se aran o se
cultivan tcnicamente bien. (Esta condicin no se considera aplicable al
clculo para determinar las crecientes con distintas frecuencias).
Condicin II. El caso promedio, para caudales mximos anuales es decir, un
promedio de las condiciones que han precedido a la creciente mxima anual
en numerosas cuencas.
Condicin III. Se presenta cuando ha llovido mucho o poco y han ocurrido
bajas temperaturas durante los das anteriores a una tormenta y el suelo est
casi saturado.
Teniendo en cuenta las condiciones anteriores y, de la combinacin de los
tipos de suelo, la cobertura vegetal y el tipo hidrolgico de suelo, se
asignaron valores de CN a cada una de estas combinaciones y se obtuvo el
nmero de escurrimiento de 70 para las cuencas del ro Lili y el zanjn Gual.
Precipitacin Mxima
Para el clculo de crecientes se requiere la determinacin de precipitaciones
para los perodos de retorno de 1.01, 2, 5, 10, 25, 50 y 100 aos.
Esta labor se desarroll mediante el empleo de los registros de precipitacin
disponibles en las estaciones de medicin existentes y como se indic
anteriormente.
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La tcnica de clculo consisti en la seleccin de las series de precipitaciones
mximas anuales con una duracin de 1 da, para cada una de las estaciones
empleadas. Posteriormente mediante una hoja de clculo desarrollada por el
consultor se aplicaron a estas series los mtodos estadsticos de Gumbel I,
Log Normal y Pearson tipo III, normalmente empleados con buen orden de
confiabilidad en estudios hidrolgicos de valores extremos. Mediante la
utilizacin de una hoja de clculo desarrollada por el consultor se calcularon
las precipitaciones mximas en 24 horas para los diferentes perodos de
retorno, mostrndose en el Cuadro 5-2 y en la Figura 5-1 el resumen de los
valores obtenidos. De acuerdo al anlisis de esta figura se determin utilizar los
valores obtenidos con la distribucin Gumbel tipo I.
Cuadro 5-2
Precipitaciones Mximas en 24 horas
PERIODO DE RETORNO
(aos)
ESTACION LA FONDA GUMBEL
TIPO I Log Gumbel Normal 2 param Log Normal 2 Pearson tipo III Log Pearson
1.01 47.69 51.25 36.43 44.47 53.08 54.86
2.00 83.81 80.79 87.20 84.31 82.71 79.68
5.00 105.40 106.05 105.53 106.23 102.36 102.07
10.00 119.70 126.99 115.12 119.86 116.20 121.51
20.00 133.42 150.94 123.03 132.43 130.12 144.81
25.00 137.77 159.44 125.34 136.34 134.67 153.35
30.00 141.31 166.71 127.15 139.49 138.42 160.77
50.00 151.17 188.77 131.94 148.16 149.10 183.91
100.00 164.47 223.22 137.88 159.67 164.04 222.01
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Figura 5-1
Distribucin Temporal de las Lluvias
Este parmetro, importante para la determinacin de los caudales mximos
por mtodos del tipo precipitacin-escurrimiento, se calcul a partir de los
registros de la estacin pluviogrfica La Ladrillera.
El procedimiento consisti en la seleccin de las tormentas ms importantes
por su magnitud e intensidad, de las cuales se escogieron las comprendidas
en el rango entre 1 y 3 horas, teniendo en cuenta que en este rango de
tiempo se producen las respuestas ms crticas a nivel de caudales
mximos.
Para cada evento se calcularon los valores porcentuales de lluvia acumulada
para cada intervalo de tiempo y se graficaron la totalidad de los eventos
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seleccionados. Posteriormente se defini una curva representativa de las
condiciones crticas de la distribucin de las tormentas.
Los resultados obtenidos presentan como caracterstica que para un tiempo
igual a 2 horas, se ha precipitado una cantidad levemente inferior al 90% del
total de la lluvia. Lo anterior refleja las condiciones especiales de las lluvias
de corta duracin e intensidad alta y uniforme. En la Figura 5-2, se muestra
la distribucin temporal de la lluvia para la estacin La Ladrillera.
Figura 5-2
Precipitacin Efectiva
La transformacin de la precipitacin en precipitacin efectiva, que es lo que
finalmente saldr de la cuenca de drenaje por el punto de salida de la misma,
es realizada por el S.C.S. mediante la siguiente expresin:
Distribucin porcentual de la lluviaEstacin La Ladrillera
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tiempo (min)
Porc
enta
je (%
) (m
in)
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Pe
PCN
PCN
=
+
+
508508
203220 32
2
.
.
Donde:
Pe = Precipitacin efectiva (cm)
P = Precipitacin total (cm)
CN = Nmero de curva o nmero de escurrimiento del suelo
Tiempos de Concentracin
Se define como el tiempo que demora el agua en su recorrido desde el punto
hidrulico ms distante de una cuenca hasta el punto en consideracin. El
tiempo de concentracin se refiere a la lluvia efectiva.
El tiempo de concentracin ha sido estudiado por varios autores, los cuales
han tenido en cuenta varios factores, entre otros los siguientes: velocidad del
flujo, vegetacin, pendiente, cobertura vegetal y otros elementos hidrulicos
del cauce y de la cuenca.
Las formulaciones empleadas en este estudio incluyen los siguientes
autores:
- Aviacin USA
- Kerby- Hathway
- Bransby-Williams
- Kirpich
En el Cuadro 5-3, se encuentran los resultados obtenidos y dada la
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variabilidad de estos, se estim conveniente emplear el valor obtenido con el
mtodo de Bransby-Williams, con el cual los resultados son muy parecidos a
los caudales reales de acuerdo con estudios anteriores en la misma cuenca.
Cuadro 5-3
Tiempos de concentracin
Cuenca Area (Ha)
Longitud (m)
Cota superior
Cota inferior
Pendiente (m/m)
Tiempo concentracin
(min)
Ro Lili 1804.00 74.85 97.70 102.34 115.52 133.81
Zanjn Gual 292.00 13.98 18.25 19.12 21.58 25.00
Cuenca 1 42.92 3.89 1010 965 0.02368 27.50
Cuenca 2 39.41 3.55 993 964.5 0.01731 27.80
Cuenca 3 104.5 4331 1101 965 0.0314 46.60
Hidrograma Adimensional
El mtodo del SCS utiliza el concepto del hidrograma adimensional de la
cuenca, para lo cual recomienda el empleo de un hidrograma propio obtenido
a partir de mediciones en cuencas de drenaje con reas y pendientes
pequeas. En este estudio se decidi adoptar el hidrograma adimensional
calculado por la CVC para el ro Lili, el cual se muestra en la Figura 5-3.
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Figura 5-3
Caudales Mximos
Con base en los valores bsicos anteriormente calculados y la informacin
recolectada se aplic la tcnica del S.C.S, la cual requiere adems la
determinacin de otros parmetros mediante las siguientes expresiones:
Qo
A Pe
t p=0 208. * *
t
Dtp c= +
20 6. *
D tc= 0133. *
donde :
Cuenca ro LiliHidrograma Adimensional
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5 6 7
Tiempo
Caudal
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Qo =Caudal pico del hidrograma unitario, en m3/s
A = Area tributaria de la cuenca, en Km2
tp = Tiempo pico del hidrograma unitario, en horas
Pe = Precipitacin efectiva en mm
tc = Tiempo de concentracin, en horas
D = Duracin unitaria de la precipitacin efectiva en horas
Los resultados de los caudales mximos para las diferentes frecuencias en
los sitios de inters, se muestran en el Cuadro 5-4.
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5.2 Mtodo Racional
Teniendo en cuenta que la ubicacin del predio est dentro de los lmites de
la ciudad de Cali, se utilizar la curva IDF propuesta por EMCALI (Normas
para el diseo de sistemas de alcantarillado, 1999) para la zona
suroccidental por encima de la cota 1150 msnm. Que aunque est por
encima de la cuenca de la acequia Caasgordas, es la curva que ms cerca
est a la zona del proyecto.
La idea del mtodo racional es que si una lluvia con intensidad i empieza en
forma instantnea y continua en forma indefinida, la tasa de escorrenta
continuar hasta que se llegue al tiempo de concentracin tc, en el cual toda
la cuenca est contribuyendo al flujo en la salida. El producto de la intensidad
de lluvia i y el rea de la cuenca A es el caudal de entrada al sistema, iA, y la
relacin entre este caudal y el caudal pico Q (que ocurre en el tiempo tc) se
conoce como el coeficiente de escorrenta C (O
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La proporcin de lluvia total que alcanzarn los drenajes de tormenta
depende del porcentaje de permeabilidad, de la pendiente y de las
caractersticas de encharcamiento de la superficie.
De igual forma el Coeficiente de escorrenta depende tambin de las
caractersticas y condiciones del suelo. La Tasa de infiltracin disminuye a
medida que la lluvia continua y tambin es influida por las condiciones de
humedad antecedentes en el suelo.
Adicionalmente influyen la intensidad de lluvia, proximidad del nivel fretico,
grado de compactacin del suelo, porosidad del subsuelo, vegetacin,
pendiente del suelo, almacenamiento por depresin Se debe escoger un C
razonable para representar los efectos integrados de los elementos
mencionados. Teniendo en cuenta la existencia de techos, vas
pavimentadas, zonas verdes, se estima un coeficiente de escorrenta de 0.35
para el rea interna del proyecto, similar situacin ocurre con el rea externa,
la cual con el desarrollo que se est llevando a cabo actualmente llegar a
tener coeficientes de escorrenta similares.
Intensidad de lluvia
Es la tasa promedio de lluvia (mm/hr o pulg/hr) para una cuenca o subcuenca
de drenaje. Se selecciona con base en la duracin de la lluvia de diseo y el
periodo de retorno.
Se supone que la escorrenta alcanza su pico en el tiempo de concentracin
tc cuando toda la cuenca est contribuyendo al flujo en su salida. Mientras
que el tiempo de concentracin tc es el tiempo requerido por una gota de
agua para fluir desde el punto ms remoto en la cuenca hasta el punto de
inters
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rea de drenaje
reas que contribuyen al sistema que se desea disear
Curvas IDF
Como se indic anteriormente, se utilizar la curva IDF propuesta por EMCALI
para la zona suroccidental de la ciudad de Cali, por encima de la cota 1150,
cuya ecuacin se indica a continuacin.
Tiempos de Concentracin
Tienen la misma definicin indicada para el mtodo del Soil Conservation
Service.
Se ha determinado utilizar el tiempo de concentracin calculado por el
mtodo de Kirpich, el cual de acuerdo a estudios realizados por esta
consultora en otros sitios del departamento presenta los resultados ms
acordes con la realidad para este tipo de situaciones. En el cuadro 5-3 se
muestran los tiempos de concentracin para las reas de drenaje
identificadas en el proyecto.
Caudales mximos
Con todos los insumos definidos y con base en el mtodo racional se
determinaron los caudales mximos para las tres subcuencas identificadas
como drenaje al rea de la universidad Libre.
36.0
1*
*676.351
6152.0
309.0
t
TrI =
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En el cuadro 5-4 se muestran los caudales obtenidos para las diferentes
reas y perodos de retorno, por los mtodos del SCS para el ro Lili y el
zanjn Gual y por el mtodo Racional para las subcuencas de la acequia
Caasgordas. Para estas ltimas se defini la utilizacin de los caudales
para un perodo de retorno de 1 vez en 10 aos, el cual es el valor
recomendado por las normas del RAS 2000 para canales con cuencas de
drenaje menores a 100Ha. Sin embargo teniendo en cuenta que la acequia
Caasgordas llega al interior del predio directamente (viene del interior del
colegio Alemn), se propone disear las obras para su manejo con el caudal
correspondiente a un perodo de retorno de 25 aos.
Cuadro 5-4
Caudales mximos (m3/s)
Cuenca Perodo de retorno (aos)
5 10 25 30 50 100
Ro Lili 57.94 74.85 97.70 102.34 115.52 133.81
Zanjn Gual 10.83 13.98 18.25 19.12 21.58 25.00
Cuenca 1(Ac Caasgordas
3.89 5.17 6.40 7.93
Cuenca 2 3.55
Cuenca 3 6.85
Por normas RAS, las cuencas de canales abiertos con reas menores a 100Ha se disearn los canales para Tr 10 aos
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5.3 rea interna
Teniendo en cuenta la necesidad de evaluar el manejo de las aguas al interior
del predio, mientras dura la creciente en las reas externas, es necesario
calcular el volumen del agua aportado por las lluvias internas, para lo cual se
recurre a a utilizacin del mtodo del SCS para la evaluacin de los caudales
mximos. Este mtodo tiene la ventaja sobre el racional, que permite la
obtencin de los hidrogramas de las crecientes.
En el cuadro 5-5 se indican los valores obtenidos para los caudales mximos y
volmenes totales del hidrograma y en la figura 5-4 se muestra el volumen de
almacenamiento requerido para diferentes perodos de retorno para el rea
interna de 4.69 Ha, utilizando un CN de 80, un tiempo de concentracin de 0.1
horas y las precipitaciones de la estacin La Fonda.
Cuadro 5-5 UNIVERSIDAD LIBRE SEDE VALLE DEL LILI Caudales (m3/s) y Volmenes internos (m3)
PERIODO DE RETORNO (aos)
CAUDAL (m3/s) VOLUMEN (m3)
2 0.27 1964.10
5 0.39 2877.34
10 0.48 3510.38
20 0.56 4136.22
25 0.59 4337.80
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Figura 5-4
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6. ANALISIS HIDRAULICO
Con base a los resultados obtenidos en la evaluacin hidrolgica y con las
secciones obtenidas del levantamiento topogrfico, se determinan los niveles
que alcanza el agua en el ro Lili, en el zanjn Guali y en los tres cauces que
atraviesan el predio de la futura sede de la universidad Libre.
Para la determinacin de los niveles y por consiguiente de la capacidad
hidrulica de los puentes se utiliz el modelo de trnsito hidrulico HEC-RAS
(Hydrologic Engineering Center-River Analysis System) versin 4.0.
En este anlisis debe tenerse en cuenta todo el entorno del cauce, y este
modelo permite analizar detalladamente los componentes responsables del
flujo del agua a travs de los cauces y simula unas condiciones lo ms reales
posibles logrando as conocer el efecto de las obras construidas o diseadas.
Este modelo fue elaborado por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados
Unidos. Sus principios matemticos se basan en la ecuacin de la energa y
en la ecuacin del momentum, lo cual permite operar bajo las siguientes
condiciones de trabajo (simultneas o individuales):
Flujo permanente y gradualmente variado en corrientes
naturales o canales artificiales.
Aplicable a un tramo aislado, a un sistema dendrtico o a una
red completa de canales.
Flujo subcrtico, supercrtico o rgimen combinado.
Basado en la ecuacin de energa para flujo a superficie libre,
conjuntamente con la ecuacin de continuidad.
Prdidas locales por expansin y contraccin.
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40
Ecuacin de la cantidad de movimiento: utilizada para casos en
que se presente flujo rpidamente variado.
Se puede considerar el efecto de obstrucciones en el flujo.
Anlisis y manejo de planicies de inundacin.
Este tipo de software le permite al usuario mantener un manejo grfico y
directo con el programa, facilitando no solamente el manejo operativo, sino
sus resultados.
Los datos a ingresar en el programa son:
Secciones topogrficas
Distancia entre secciones
Coeficiente de rugosidad
Definicin de las orillas
Datos de caudales y datos de niveles de control, en el presente caso
se considero flujo subcrtico y como control se utiliz la profundidad
normal en el sector aguas abajo del tramo en estudio.
Datos de estructuras, como vertederos, alcantarillas, puentes, etc.
Los resultados del programa se pueden obtener en forma grfica y/o
tabulada. Ambos resultados pueden ser manipulados por el usuario segn la
informacin requerida
De acuerdo a los resultados obtenidos, se observa lo siguiente (ver figuras 6-
1 a 6-5):
Los niveles del agua en el ro Lili en el tramo comprendido entre su
cruce con la va Panamericana y aproximadamente 450 aguas arriba
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41
de este cruce, estn controlados por la seccin del puente de la va
Panamericana, la cual es insuficiente para el manejo de las crecientes
por encima de un perodo de retorno de 5 aos.
En el tramo estudiado, el ro Lili presenta desbordamientos sobre su
margen derecha para crecientes con perodos de retorno superiores a
1 vez en 5 en la mitad de este y para 100 aos en prcticamente todo
el tramo con excepcin de un tramo donde debido al dique existente el
ro no se desborda.
Los altos niveles que presenta el ro en la desembocadura de la
acequia Caasgordas, el zanjn Gual y el canal paralelo a la va
Panamericana, hacen que estos se remansen requieran obras de
control de inundaciones apropiadas.
Debido a la incapacidad de los puentes sobre la va Panamericana, se
determin hacer el trnsito hidrulico en prcticamente todo el tramo
en estudio, estos desbordamientos no son muy recurrentes, debido a
la falta de obras de proteccin aguas arriba del sitio del puente del
ferrocarril, especialmente sobre su margen derecha, sin embargo, es
muy probable que en el corto plazo el ro Lili aguas arriba del tramo en
estudio tenga construidas totalmente obras de control de inundaciones
sobre ambas mrgenes, ocasionando que en el tramo aguas abajo de
la va Panamericana se presenten desbordamientos.
En la margen izquierda el ro presenta obras de control de
inundaciones que alcanzan a proteger para crecientes del ro Lili con
un perodo de retorno de 1 en 100 aos.
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42
En la Figura 6-1 se presenta el perfil del ro Lili en el tramo en estudio, para
caudales con perodos de retorno entre 5 y 100 aos para la condicin actual
y en la figura 6-2 se presenta el mismo perfil pero para la condicin sin
puente.
De este perfil se observa que el nivel alcanzado por el ro Lili para una
creciente con un perodo de retorno de una vez en 100 aos, es de 967.77
en la entrega del canal paralelo a la va Panamericana y de 969.10 en la
desembocadura del zanjn Gual.
En las figuras 6-3 a 6-5 se observan los perfiles para los canales artificiales 1
y 1A localizados al interior del predio y que forman parte de la acequia
Caasgordas y del canal 2 o paralelo a la va Panamericana.
Figura 6-1
Perfil del ro Lili con puente
0 200 400 600 800 1000 1200958
960
962
964
966
968
970
RIO LILI UNIVERSIDAD LIBRE
Main Channel Distance (m)
Elevation (m)
Legend
WS 100 aos
WS 50 aos
WS 30 aos
WS 25 aos
WS 10 aos
WS 5 aos
Ground
Left Levee
Right Levee
2 TOPOGRAFIA 2
3 TOPOGRAFIA 3
4 TOPOGRAFIA 4
5 TOPOGRAFIA 5
6 TOPOGRAFIA 6
7 TOPOGRAFIA 7
8 TOPOGRAFIA 8
9 TOPOGRAFIA 9
10 TOPOGRFIA 10
11 TOPGRAFIA 11
12 TOPOGRAFIA 12
13 TOPGRAFIA 13
14 TOPGRAFIA 14
15 TOPGRAFIA 15
16 TOPOGRAFIA 16
17 TOPOGRAFIA 17
18 TOPGRAFIA 18
19 TOPOGRAFIA 19
20 TOPGRAFIA 20
20.5 PUENTE PANAMERICANA
21.5 seccion 3 vieja
22.1 seccion 5 vieja
22.3 seccion 7 vieja 48 hecras anterior
22.4 8 vieja hec ras 49
23 seccion 3 nueva
23.1 seccion 9 vieja 50 hec ras
23.2 seccoin 13 vieja 53 hec ras
23.3 seccion 15 vieja 55 hec ras
23.4 seccion 18 vieja 59 hec ras
23.5 seccion 22 vieja 63 hecras
23.6 seccion 25 vieja hecras 65
24 seccion 4 nueva
25 seccion 5 guali
RIO LILI 2 RIO LILI 3
RIO LILI 1
ESTUDIO HIDROLO
GICO E HIDRAULIC
O, D
ISEOS DE CONTROL D
E IN
UNDACIONES Y MANEJO
DE
CAUCES ARTIFICIALE
S PARA LA
NUEVA SEDE DE LA
UNIVERSIDAD LIB
RE EN CALI
HIDROINGENIERA LTDA A
RQ. JA
IME CRDENAS M
ATALLANA
43
Fig
ura
6-2
Perfil d
el ro L
ili sin p
uente
Fig
ura
6-3
Perfil d
el canal 1
0200
400
600
800
1000
1200958
960
962
964
966
968
970
RIO
LILI U
NIVERSIDAD LIBRE
Main C
hann
el Distan
ce (m)
Elevation (m)
Leg
end
WS 100 a
os
WS 50 ao
s
WS 30 ao
s
WS 25 ao
s
WS 10 ao
s
WS 5 aos
Ground
Left Leve
e
Right Le
vee
2 TOPOGRAFIA 2
3 TOPOGRAFIA 3
4 TOPOGRAFIA 4
5 TOPOGRAFIA 5
6 TOPOGRAFIA 6
7 TOPOGRAFIA 7
8 TOPOGRAFIA 8
9 TOPOGRAFIA 9
10 TOPOGRFIA 10
11 TOPGRAFIA 11
12 TOPOGRAFIA 12
13 TOPGRAFIA 13
14 TOPGRAFIA 14
15 TOPGRAFIA 15
16 TOPOGRAFIA 16
17 TOPOGRAFIA 1718 TOPGRAFIA 18
19 TOPOGRAFIA 19
20 TOPGRAFIA 20
21 seccion 1 nueva
21.5 seccion 3 vieja
22.1 seccion 5 vieja
22.3 seccion 7 vieja 48 hecras anterior
22.4 8 vieja hec ras 49
23 seccion 3 nueva23.1 seccion 9 vieja 50 hec ras
23.2 seccoin 13 vieja 53 hec ras
23.3 seccion 15 vieja 55 hec ras
23.4 seccion 18 vieja 59 hec ras
23.5 seccion 22 vieja 63 hecras
23.6 seccion 25 vieja hecras 6524 seccion 4 nueva25 seccion 5 guali
RIO LILI 2
RIO LILI 3
RIO LILI 1
050
100
150
200
250
300962
963
964
965
966
967
968
RIO
LILI U
NIVERSIDAD LIBRE
Main C
hann
el Distan
ce (m)
Elevation (m)
Leg
end
WS 100 a
os
WS 50 ao
s
WS 30 ao
s
WS 25 ao
s
WS 10 ao
s
WS 5 aos
Ground
2 TOPOGRAFIA 2
3 TOPOGRAFIA 3
4 TOPOGRAFIA 4
5 TOPOGRAFIA 5
6 TOPOGRAFIA 6
7 TOPOGRAFIA 7
8 TOPOGRAFIA 8
9 TOPOGRAFIA 9
CANAL 1 2
CANAL 1 1
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Figura 6-4 Perfil del canal 1A
Figura 6-5
Perfil del canal 2
En el anexo hidrulico se presentan los resultados generales y las figuras
complementarias.
0 20 40 60 80 100 120 140 160963
964
965
966
967
968
RIO LILI UNIVERSIDAD LIBRE
Main Channel Distance (m)
Elevation
(m)
Legend
WS 100 aos
WS 50 aos
WS 30 aos
WS 25 aos
WS 10 aos
WS 5 aos
Ground
2 TOPOGRAFIA 2
3 TOPOGRAFIA 3
4 TOPOGRAFIA 4
5 TOPOGRAFIA 5
CANAL 1A 1
0 50 100 150 200 250 300 350 400962
963
964
965
966
967
968
RIO LILI UNIVERSIDAD LIBRE
Main Channel Distance (m)
Elevation
(m)
Legend
WS 100 aos
WS 50 aos
WS 30 aos
WS 25 aos
WS 10 aos
WS 5 aos
Ground
2 TOPOGRAFIA 2
3 TOPOGRAFIA 3
4 TOPOGRAGIA 4
5 TOPOGRAFIA 5
6 TOPOGRAFIA 6
7 TOPOGRAFIA 7
8 TOPOGRAFIA 8
9 TOPOGRAFIA 9
10 TOPOGRAFIA 10
CANAL 2 1
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7. OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES (PLANOS 330 01 AL
05)
De acuerdo a los resultados obtenidos con la modelacin hidrulica y el
anlisis hidrolgico, se han diseado las siguientes obras de Control de
inundaciones tanto para el manejo de las aguas internas como de las
externas.
7.1 Manejo aguas externas
Como resultado de este anlisis se ve claramente la necesidad de construir
un dique de proteccin contra inundaciones sobre todo el permetro del
predio de la universidad y las aguas externas provenientes de la acequia
Caasgordas y sus derivaciones, manejarlas por el permetro del rea de la
universidad mediante canales regularizados con el urbanismo propuesto.
La seccin tpica propuesta para el dique de la margen derecha del ro Lili es
de 3m de corona y taludes 1 H a 1 V y su ubicacin debe estar paralela al
cauce sobre su margen derecha al menos a 15 m de la orilla. La cota de
corona en de este dique en la confluencia de la acequia Caasgordas y el ro
Lili debe estar en la cota 968.77 y en la confluencia con el zanjn Gual en la
cota 970.10, con lo cual se logra una proteccin para 100 aos con un bordo
libre de 1.0m. Para el dique de cierre paralelo a la va Panamericana, a la
carrera 109 y al colegio Alemn se propone una cota igual a la 968.77, con
una seccin transversal de 1.0m de corona y taludes 1H:1V, y su localizacin
debe estar en el rea del antejardn del proyecto.
En la figura 7-1 se muestra la localizacin en planta de los ejes de los diques
y canales propuestos.
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Figura 7-1 Localizacin general de obras para manejo de aguas externas
Para el manejo de los caudales provenientes del colegio Alemn,
correspondiente a la acequia Caasgordas en la cuenca denominada 1 se
plantea la construccin de una tubera que en un recorrido paralelo al muro
de cierre del colegio Alemn, entrega sus aguas al zanjn Gual. En su
descarga se debe instalar una compuerta de chapaleta que impida la entrada
de aguas provenientes del ro Lili o el zanjn Gual durante sus crecientes.
Esta tubera se propone con un dimetro de 1300mm en PVC, con una
pendiente de 0.00679m/m, con lo cual se logra evacuar por gravedad un
tubera
desarenador
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caudal hasta de 5.56m3/s, correspondientes a un perodo de retorno superior
a 1: 25 aos. Para el ingreso del agua proveniente de la acequia
Caasgordas se prev la construccin de un desarenador, que permita el
almacenamiento de gravas y arenas provenientes del ro Pance o de la
misma cuenca de la acequia Caasgordas. Tal como lo plantean los trminos
de referencia, la entrega al zanjn Gual se har mediante la construccin de
una cmara de inspeccin que permita un ngulo de 45 grados con el eje del
zanjn en el sitio de la entrega.
En los cuadros siguientes se presentan los clculos hidrulicos para el
diseo del desarenador que funciona con un vertedero y la entrada a la
tubera que funciona como un orificio. Estos clculos fueron hechos con el
programa Flowmaster.
Project Description
Worksheet Orifice - 1 Type Generic Orifice Solve For Headwater Elevation
Input Data
Discharge 5.1700 m/s Centroid Elevation 0.65 m Tailwater Elevation 1.02 m Discharge Coefficient 0.70 Opening Area 1.3 m
Results
Headwater Elevation 2.59 m Headwater Height Above Centroid 1.94 m Tailwater Height Above Centroid 0.37 m Velocity 3.89 m/s
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Project Description
Worksheet Weir - 1 Type Sharp Crested Rectangular Weir Solve For Headwater Elevation
Input Data
Discharge 5.1700 m/s Crest Elevation 965.53 m Tailwater Elevation 965.91 m Discharge Coefficient 1.84 SI Crest Length 4.50 m Number of Contractions
0
Results
Headwater Elevation 966.34 m Headwater Height Above Crest 0.81 m Tailwater Height Above Crest 0.38 m Flow Area 3.6 m Velocity 1.42 m/s Wetted Perimeter 6.12 m Top Width 4.50 m
Headwater Elevation vs DischargeWorksheet: Orifice - 1
Discharge(m/s)
(m)
Headwater Elevation
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
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En caso de presentarse un caudal superior a 5.56m3/s en el cauce de la
acequia Caasgordas, el caudal en exceso es derivado por rebose hacia el
canal propuesto para el manejo de la cuenca 2, el cual corre paralelo a la
carrera 109 por el lindero de la universidad. Este canal se proyect en dos
tramos diferentes, el de aguas arriba con seccin trapecial en tierra, con una
pendiente uniforme de 0.004467 y una longitud de 201.50m hasta la esquina
de la va a Jamund, donde recibe las aguas provenientes de la cuenca 2
(condominios del sur). En este sitio inicia el segundo tramo del canal, el cual
tiene una longitud de 186m hasta su entrega al ro Lili, la seccin tambin es
en tierra con un ancho de plantilla de 1.0m, taludes 1H a 1V, el cual con una
pendiente de 0.00613m/m tiene capacidad para manejar caudales de
7.44m3/s con una profundidad de 1.57m.
Para el diseo de esta seccin se utiliz el programa Flowmaster, que
mediante la ecuacin de Manning produjo los siguientes resultados.
Project Description
Worksheet unilibre superior Flow Element Trapezoidal Channel Method Manning's Formula Solve For Channel Depth
0.8 1 m
4.5 0 m
V :1H :1N TS
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50
Input Data
Mannings Coefficient 0.035 Slope 0.004467 m/m Left Side Slope 1.00 H : V Right Side Slope 1.00 H : V Bottom Width 0.50 m Discharge 3.8900 m/s
Results
Depth 1.45 m Flow Area 2.8 m Wetted Perimeter 4.60 m Top Width 3.40 m Critical Depth 1.03 m Critical Slope 0.020714 m/m Velocity 1.38 m/s Velocity Head 0.10 m Specific Energy 1.54 m Froude Number 0.48 Flow Type Subcritical
1.45 m
0.50 m
V:1H :1NTS
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51
Project Description
Worksheet unilibre inferior Flow Element Trapezoidal Channel Method Manning's Formula Solve For Channel Depth
Input Data
Mannings Coefficient 0.035 Slope 0.006130 m/m Left Side Slope 1.00 H : V Right Side Slope 1.00 H : V Bottom Width 1.00 m Discharge 7.4400 m/s
Results
Depth 1.57 m Flow Area 4.1 m Wetted Perimeter 5.45 m Top Width 4.15 m Critical Depth 1.21 m Critical Slope 0.018362 m/m Velocity 1.84 m/s Velocity Head 0.17 m Specific Energy 1.75 m Froude Number 0.59 Flow Type Subcritical
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52
Los cruces de la entrada a la universidad sobre la carrera 109 debern
hacerse con box culvert de 1.50*1.50m y el cruce de la carrera 106 as como
las entradas a la universidad sobre la va Panamericana debern hacerse
con box culvert de 3.00m de ancho por 2.50 m de altura.
La entrega al ro Lili, se har utilizando la entrega actual, la cual est
totalmente estabilizada y no causa problemas de erosin sobre la margen
izquierda; por lo tanto no se considera pertinente modificarla a 45 grados con
respecto al eje del ro, conforme a lo indicado por los trminos de referencia
dados por el DAGMA, lo cual implicara que se afecte el emplazamiento del
puente proyectado sobre la nueva va a Jamund.
1.57 m
1.00 m
V:1H :1NTS
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53
7.2 Manejo aguas internas
Para el manejo de estas aguas se ha realizado un diseo detallado por parte
de la firma Isan Ltda, mediante una red pluvial que hace entregas parciales
por cada porcin de rea aferente.
Esta red est interconectada a unos ramales que llevaran las aguas lluvias,
en caso de una lluvia extraordinaria que rebase todos los periodos de retorno
considerados, las cancha de futbol, la cual ha sido diseada deprimida con
respecto a las cotas del rea restante de la universidad. Esta depresin
permitir almacenar temporalmente un volumen de agua aproximado de
3500m3, equivalentes a un periodo de retorno de 1:10 aos.
ING. JAIME ROJAS GONZLEZ
Ingeniero Civil
Matrcula 1740 del Valle del Cauca
HIDROINGENIERA LTDA
Certificacin de Aseguramiento de la Calidad 1353-1 del 29 de enero de
2003, norma ISO 9001: 2000, renovada en enero 20 de 2006 en consultora
de estudios, diseos e interventora de estudios en ingeniera hidrulica con
componentes ambiental y de recursos hdricos asociados.
CALI, ENERO 26 DE 2009
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