2015

Diseño de un dique marginal a un cauce natural JUAN MANUEL PALACIOS VALENCIA, PEDRO STEVEN TORRES

Diseño de un dique marginal a un cauce natural Se cuenta con el levantamiento topográfico del cauce y bermas correspondientes, secciones transversales cada 50 metros de distancia, información hidrológica para una protección urbana con periodo de recurrencia de 100 años, y el respectivo caudal de diseño, también se cuenta con el material para la construcción del dique. Con base en la información mencionada, para fines de diseño se sugiere aplicar los siguientes pasos:

1) Definir una berma según normas de la CVC en función del ancho del cauce.

2) Proponer los taludes mojado y seco a evaluar. 3) Proponer una corona y las cotas correspondientes para cada sección a

evaluar. 4) Utilizar el programa HEC-RAS con base en la información geométrica e

hidrológica para establecer y definir la carga hidráulica sobre la cara mojada del dique.

5) Utilizar la fórmula de Strahl para determinar el tiempo que demora el agua en recorrer la superficie superior de saturación del dique, y comparar con el tiempo que dura el agua en su cara mojada.

6) Dibujar una sección transversal del cauce, berma y dique. DATOS HIDROLÓGICOS Caudal máximo de creciente: 240 m3/s para una recurrencia Tr = 100 años. Duración del nivel de agua debido a la creciente de diseño: 3 días 8 horas. MATERIAL PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL DIQUE Tipo de suelo SC , arenas arcillosas, mezclas de arenas y arcillas mal gradadas. Prueba de Permeabilidad : K = 0,041 cm/s (1,476 m/hora); Tiempo (T) en horas, talud mojado 1:n, línea superficie superior de saturación (L) en metros, corona (b) en metros, carga hidrostática (h) en metros. Factor de seguridad = Tiempo de recorrido del agua a través del dique/tiempo que dura el agua en su cara mojada. Este último se mide como el tiempo en que la creciente permanece por encima del cauce a banca llena.

Fórmula de Strahl:

( )√ ( )

CARACTERÍSTICAS GEOMETRICAS DEL DIQUE Borde libre recomendad0: 1 metro. Talud Mojado: 2H: 1 V

Talud Seco: 1.5H: 1 V

LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO DEL CAUCE

DATOS GEOMETRICOS

K0 + 000

K0 + 050

K0 + 100

K0 + 150

K0 + 200

K0 + 250

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

-50 1047,72

-50 1047,65

-50 1047,48

-50 1047,36

-50 1047,24

-50 1047,1

-45 1047,77

-45 1047,70

-45 1047,53

-45 1047,41

-45 1047,29

-45 1047,15

-40 1047,83

-40 1047,76

-40 1047,59

-40 1047,47

-40 1047,35

-40 1047,21

-35 1047,88

-35 1047,81

-35 1047,64

-35 1047,52

-35 1047,4

-35 1047,26

-30 1047,94

-30 1047,87

-30 1047,7

-30 1047,58

-30 1047,46

-30 1047,32

-25 1047,86

-25 1047,79

-25 1047,62

-25 1047,5

-25 1047,38

-25 1047,24

-20 1047,82

-20 1047,75

-20 1047,58

-20 1047,46

-20 1047,34

-20 1047,2

-15 1047,54

-15 1047,47

-15 1047,3

-17 1047,18

-15 1047,06

-15 1046,92

-12 1047,3

-12 1047,23

-13 1047,06

-15 1046,94

-14,4 1046,82

-12 1046,68

-11,4 1045,35

-11,6 1045,28

-11,4 1045,11

-12,1 1044,99

-12,3 1044,87

-11,8 1044,73

0 1045,05

0 1044,98

0 1044,81

0 1044,69

0 1044,57

0 1044,43

11,2 1045,08

11,4 1045,01

11,8 1044,84

11,6 1044,72

12 1044,6

12,2 1044,46

12 1047,15

12 1047,08

14 1046,91

12,8 1046,79

13,4 1046,67

12,8 1046,53

15 1047,64

15 1047,57

18 1047,4

18 1047,28

18 1047,16

15 1047,02

20 1047,76

20 1047,69

20 1047,52

20 1047,4

22 1047,28

20 1047,14

25 1047,81

25 1047,74

25 1047,57

25 1047,45

25 1047,33

25 1047,19

30 1047,92

30 1047,85

30 1047,68

30 1047,56

30 1047,44

30 1047,3

35 1047,85

35 1047,78

35 1047,61

35 1047,49

35 1047,37

35 1047,23

40 1047,81

40 1047,74

40 1047,57

40 1047,45

40 1047,33

40 1047,19

45 1047,78

45 1047,71

45 1047,54

45 1047,42

45 1047,3

45 1047,16

50 1047,74

50 1047,67

50 1047,5

50 1047,38

50 1047,26

50 1047,12

DATOS GEOMETRICOS

K0 + 300

K0 + 350

K0 + 400

K0 + 450

K0 + 500

K0 +550

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

X Elevación

msnm

-50 1046,98

-50 1046,91

-50 1046,79

-50 1046,59

-50 1046,47

-50 1046,33

-45 1047,04

-45 1046,96

-45 1046,84

-45 1046,64

-45 1046,52

-45 1046,38

-40 1047,09

-40 1047,02

-40 1046,90

-40 1046,70

-40 1046,58

-40 1046,44

-35 1047,14

-35 1047,07

-35 1046,95

-35 1046,75

-35 1046,63

-35 1046,49

-30 1047,20

-30 1047,13

-30 1047,01

-30 1046,81

-30 1046,69

-30 1046,55

-25 1047,12

-25 1047,05

-25 1046,93

-25 1046,73

-25 1046,61

-25 1046,47

-20 1047,08

-20 1047,01

-20 1046,89

-20 1046,69

-20 1046,57

-20 1046,43

-15 1046,80

-15 1046,73

-15 1046,61

-15 1046,41

-15 1046,29

-17 1046,15

-12 1046,56

13,5 1046,49

-13,6 1046,37

-14,2 1046,17

-11,7 1046,05

-14,7 1045,91

-11,8 1044,61

-11,8 1044,54

-11,4 1044,42

-11,8 1044,22

-11,2 1044,10

-11,3 1043,96

0 1044,31

0 1044,24

0 1044,12

0 1043,92

0 1043,80

0 1043,66

11,6 1044,34

11,2 1044,27

11,2 1044,15

11,4 1043,95

11,8 1043,83

11,8 1043,69

12 1046,41

13,2 1046,34

12,4 1046,22

12,8 1046,02

13,5 1045,90

13,8 1045,76

15 1046,90

15 1046,83

15 1046,71

15 1046,51

15 1046,39

16 1046,25

20 1047,02

20 1046,95

20 1046,83

20 1046,63

20 1046,51

20 1046,37

25 1047,07

25 1047,00

25 1046,88

25 1046,68

25 1046,56

25 1046,42

30 1047,18

30 1047,11

30 1046,99

30 1046,79

30 1046,67

30 1046,53

35 1047,11

35 1047,04

35 1046,92

35 1046,72

35 1046,60

35 1046,46

40 1047,07

40 1047,00

40 1046,88

40 1046,68

40 1046,56

40 1046,42

45 1047,04

45 1046,97

45 1046,85

45 1046,65

45 1046,53

45 1046,39

50 1047,00

50 1046,93

50 1046,81

50 1046,61

50 1046,49

50 1046,35

Distancias a partir desde aguas abajo

Rugosidad n de manning

SECCION LOB CANAL ROB

SECCION LOB CANAL ROB

12 a 11 50 50 50

12 a 11 0,038 0,035 0,035

11 a 10 55 50 45

11 a 10 0,045 0,043 0,038

10 a 9 62 50 38

10 a 9 0,044 0,042 0,041

9 a 8 58 50 42

9 a 8 0,041 0,037 0,042

8 a 7 52 50 48

8 a 7 0,045 0,039 0,038

7 a 6 60 50 40

7 a 6 0,046 0,044 0,043

6 a 5 75 50 35

6 a 5 0.040 0,038 0,042

5 a 4 70 50 43

5 a 4 0,038 0,035 0,041

4 a 3 65 50 45

4 a 3 0,038 0,037 0,39

3 a 2 58 50 48

3 a 2 0,041 0,034 0,038

2 a 1 52 50 46

2 a 1 0.042 0,037 0,036

A partir de estos datos topográficos y en conjunto con la herramienta computacional HEC-RAS procedemos a identificar las dimensiones y características especiales de cada uno de los diques marginales para este cauce teniendo en cuenta las recomendaciones de diseño acerca de los taludes mojado y seco y el ancho de la berma que es calculado en función del ancho del cauce. Para nuestro cauce el ancho del mismo es aproximadamente 22.6 metros de longitud, por lo cual hemos definido el ancho de cada de las bermas aproximadamente de esa misma longitud. Para el talud mojado hemos definido una relación de 2 horizontales por una vertical en nuestro caso es 3 metros de horizontal por un 1,5 metros de altura, para el talud seco decidimos usar 1,5 metros de vertical por 2,25 metros de vertical, vale aclarar que en las secciones transversales aquí mostradas debimos alterarlas un poco para que el programa no desbordara el agua. INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA Y SECCIONES TRANSVERSALES K0+000

-65.85 1048.44

-63.6 1049.39

-55.6 1049.39

-52.6 1047.94

-30 1047.94

-25 1047.86

-20 1047.82

-15 1047.54

-12 1047.3

-11.4 1045.35

0 1045.05

11.2 1045.08

12 1047.15

15 1047.64

20 1047.76

25 1047.81

30 1047.92

52.6 1047.92

55.6 1049.37

63.6 1049.37

65.85 1048.42

K0+050

-65.85 1048.365

-63.6 1049.315

-55.6 1049.315

-52.6 1047.865

-30 1047.865

-25 1047.785

-20 1047.745

-15 1047.465

-12 1047.225

-11.4 1045.275

0 1044.975

11.2 1045.005

12 1047.075

15 1047.565

20 1047.685

25 1047.735

30 1047.845

52.6 1047.845

55.6 1049.295

63.6 1049.295

65.85 1048.345

K0+100

-65.85 1048.2

-63.6 1049.15

-55.6 1049.15

-52.6 1047.7

-30 1047.7

-25 1047.62

-20 1047.58

-15 1047.3

-12 1047.06

-11.4 1045.11

0 1044.81

11.2 1044.84

12 1046.91

15 1047.4

20 1047.52

25 1047.57

30 1047.68

52.6 1047.68

55.6 1049.13

63.6 1049.13

65.85 1048.18

K0+150

-65.85 1048.08

-63.6 1049.03

-55.6 1049.03

-52.6 1047.58

-30 1047.58

-25 1047.5

-20 1047.46

-15 1047.18

-12 1046.94

-11.4 1044.99

0 1044.69

11.2 1044.72

12 1046.79

15 1047.28

20 1047.4

25 1047.45

30 1047.56

52.6 1047.56

55.6 1049.01

63.6 1049.01

65.85 1048.06

K0+200

-65.85 1047.96

-63.6 1048.91

-55.6 1048.91

-52.6 1047.46

-30 1047.46

-25 1047.38

-20 1047.34

-15 1047.06

-12 1046.82

-11.4 1044.87

0 1044.57

11.2 1044.6

12 1046.67

15 1047.16

20 1047.28

25 1047.33

30 1047.44

52.6 1047.44

55.6 1048.89

63.6 1048.89

65.85 1047.94

K0+250

-65.85 1047.82

-63.6 1048.77

-55.6 1048.77

-52.6 1047.32

-30 1047.32

-25 1047.24

-20 1047.2

-15 1046.92

-12 1046.68

-11.4 1044.73

0 1044.43

11.2 1044.46

12 1046.53

15 1047.02

20 1047.14

25 1047.19

30 1047.3

52.6 1047.3

55.6 1048.75

63.6 1048.75

65.85 1047.8

K0+300

-65.85 1047.7

-63.6 1048.65

-55.6 1048.65

-52.6 1047.2

-30 1047.2

-25 1047.12

-20 1047.08

-15 1046.8

-12 1046.56

-11.4 1044.61

0 1044.31

11.2 1044.34

12 1046.41

15 1046.9

20 1047.02

25 1047.07

30 1047.18

52.6 1047.18

55.6 1048.63

63.6 1048.63

65.85 1047.68

K0+350

-65.85 1047.63

-63.6 1048.58

-55.6 1048.58

-52.6 1047.13

-30 1047.13

-25 1047.05

-20 1047.01

-15 1046.73

-12 1046.49

-11.4 1044.54

0 1044.24

11.2 1044.27

12 1046.34

15 1046.83

20 1046.95

25 1047

30 1047.11

52.6 1047.11

55.6 1048.56

63.6 1048.56

65.85 1047.61

K0+400

-65.85 1047.51

-63.6 1048.46

-55.6 1048.46

-52.6 1047.01

-30 1047.01

-25 1046.93

-20 1046.89

-15 1046.61

-12 1046.37

-11.4 1044.42

0 1044.12

11.2 1044.15

12 1046.22

15 1046.71

20 1046.83

25 1046.88

30 1046.99

52.6 1046.99

55.6 1048.44

63.6 1048.44

65.85 1047.49

K0+450

-65.85 1047.31

-63.6 1048.26

-55.6 1048.26

-52.6 1046.81

-30 1046.81

-25 1046.73

-20 1046.69

-15 1046.41

-12 1046.17

-11.4 1044.22

0 1043.92

11.2 1043.95

12 1046.02

15 1046.51

20 1046.63

25 1046.68

30 1046.79

52.6 1046.79

55.6 1048.24

63.6 1048.24

65.85 1047.29

K0+500

-65.85 1047.19

-63.6 1048.14

-55.6 1048.14

-52.6 1046.69

-30 1046.69

-25 1046.61

-20 1046.57

-15 1046.29

-12 1046.05

-11.4 1044.1

0 1043.8

11.2 1043.83

12 1045.9

15 1046.39

20 1046.51

25 1046.56

30 1046.67

52.6 1046.67

55.6 1048.12

63.6 1048.12

65.85 1047.17

K0+550

-65.85 1047.05

-63.6 1048

-55.6 1048

-52.6 1046.55

-30 1046.55

-25 1046.47

-20 1046.43

-15 1046.15

-12 1045.91

-11.4 1043.96

0 1043.66

11.2 1043.69

12 1045.76

15 1046.25

20 1046.37

25 1046.42

30 1046.53

52.6 1046.53

55.6 1047.98

63.6 1047.98

65.85 1047.03

Ahora a partir de la fórmula de Strahl:

( )√ ( )

Dónde: Prueba de Permeabilidad: K = 0,041 cm/s (1,476 m/hora); Tiempo (T) en horas. Talud mojado 1: n. Línea superficie superior de saturación (L) en metros. Corona (b) en metros. Carga hidrostática (h) en metros. En nuestro caso

b= 8 metros n=0.5

h= 0.40 metros L= 11 metros

Ahora necesitamos calcular el factor de seguridad para nuestro dique marginal, sabemos que la duración del nivel de agua debido a la creciente de diseño son 3 días 8 horas, aproximadamente 80 horas.

A partir de este dato podemos concluir que nuestro dique podrá soportar para el tiempo que demora el agua en recorrer su superficie superior de saturación, a

comparación con el tiempo que dura el agua en su cara mojada. Tenemos un factor de seguridad del 82% lo que nos permite estar seguros de su resistencia y su funcionalidad a lo largo del período de diseño y del período de retorno del agua En la siguiente imagen podemos observar como el agua permanecerá embebida en los márgenes de los taludes mojados impidiendo cualquier tipo de inundación o afectación a proyectos contiguos.