Puentes Estudio Hidrologico

Estudio hidrológico – Hidráulico
Objetivos del estudio hidrológico e hidráulico

El estudio Hidrológico - Hidráulico para obras de arte mayor tiene como objetivo determinar el
caudal de diseño para el puente sobre la quebrada El Solitario que estará ubicado en la via al
centro de rehabilitación Turi y realizar la determinación de la sección hidráulica del mencionado
puente, cuyo diseño y construcción será parte del estudio global, los objetivos son:
 Recopilación de información pluviométrica disponible en el estudio de lluvias intensas

del Inamhi para la zona del proyecto.
 Establecimiento de una precipitación extrema considerada para un periodo de retorno de
100 años para la aplicación del modelo hidrológico, envase al estudio de lluvias intensas
del Inamhi.
 Determinación de las propiedades geomorfológicas y parámetros hidrológicos básicos en
la cuenca de estudio.
 Cálculo del caudal máximo para el periodo de retorno considerado de diseño a partir de
modelización hidrológica para el posterior análisis hidráulico del flujo en los puntos de
interés.
Características de la quebrada “El solitario”

La quebrada el solitario tiene una longitud de 4596.04m y sus aguas se unen con la quebrada 3
Marías para posteriormente desembocar en el rio Tarqui, el cauce de la quebrada es muy sinuoso
y cubierto de vegetación, lo que claramente genera una resistencia importante al flujo, tanto
durante caudales bajos como de crecientes. El paso donde se va a localizar el puente es donde la
quebrada cuenta con una luz muy corta y donde se puede observar que la quebrada aparentemente
tiene capacidad hidráulica reducida.
Quebrada Tres Marías en épocas de invierno
Vegetación en la quebrada El Solitario
Caracterización de la cuenca de la quebrada “El Solitario”

Con base en la cartografía 1:50 000 del instituto geográfico militar se procedió a trazar la divisoria
de aguas de la cuenca hidrográfica de la quebrada El Solitario definida en el sitio del puente.
Una vez delimitada la cuenca, se procedió a calcular sus características morfológicas ( parámetros
geométricos, hipsométricos del cauce principal y de la red de drenaje) tal como se muestra en la
tabla a continuación:
Cuenca de la quebrada “El Solitario”
Característica Valor
Área de la Cuenca (Km2) 7.02
Perímetro (Km) 11.48
Pendiente media de la cuenca (%) 0.4
Elevación máxima de la cuenca(msnm) 2920
Elevación mínima de la cuenca(msnm) 2560
Longitud del cauce principal (Km) 4.596
Elevación máxima del cauce (msnm) 2810
Elevación mínima del cauce(msnm) 2560
Pendiente media del cauce principal (%) 0.2
Se construyó un modelo de elevación digital a partir de las curvas de nivel de la cartografía

disponible, el cual muestra la variación de elevaciones en la cuenca y permite ver la topografía
predominante plana de la misma, como se puede observar a continuación:
Modelo digital de elevación de la cuenca de la quebrada El Solitario
Metodología de calculo
Para la estimación del caudal de diseño para obras de arte mayor como puentes u otras obras de
drenaje importantes se hará uso de métodos lluvia escorrentía o métodos indirectos con base en
la información de precipitaciones máximas de la zona. Para ello se ha utilizado el método
SCS(Soil Conservation Service) recomendado para cuencas mayores a 1,6km2 para ello se
requiere contar con información morfométrica y de usos de suelo de la cuenca hidrográfica para
la evaluación de los parámetros hidrológicos involucrados en el cálculo.
Caudal máximo en el punto de interés aplicando modelización hidrológica
Entre los métodos mas recomendados para realizar la estimación de caudales de altos periodos de
recurrencia aplicados a obras de gran importancia, se puede mencionar el del método de
precipitación- escurrimiento aprendido en la materia de hidrología.
Se ha utilizado el método americano del SCS para la valoración del caudal máximo de diseño
para el periodo de retorno de 100 años para puentes. Para proceder con esta metodología es
necesario disponer de la siguiente información:
 Precipitación máxima 24 horas para el periodo de retorno de diseño.

 Propiedades morfométricas: Áreas, cota máxima y mínima, pendientes y características
del curso del rio o quebrada hasta el punto en cuestión.
 Hidrograma de diseño, SCS: Tiempo de retardo, coeficiente de escorrentía a partir del
mapa de uso de suelos de la cuenca (Numero de curva CN). Abstracciones iniciales y
almacenamiento.
 Hietograma de diseño (comportamiento temporal de la precipitación)
Resultados del análisis Hidrológico – Hidráulico
 Intensidades máximas en 24 horas

En el modelo HEC HMS se debe ingresar en porcentaje el total del área impermeable de la cuenca
o “impervious” (%) el cual corresponde a la porción de la cuenca para la cual la precipitación
contribuye al escurrimiento es decir las zonas potencialmente saturables, donde no existe
infiltración ni otras pérdidas. El valor de la fracción de impermeabilidad para cuencas
hidrográficas de montaña varia en un rango del 4% al 8% (Villacis, 2009).
El porcentaje de área potencialmente saturable controla la capacidad de producción de la cuenca
en esa zona, la valoración de este parámetro está en función de las pendientes fundamentalmente,
presentándose esto en zonas con bajas pendientes y en afloramientos de rocas compactas que no
permiten la infiltración de agua. (Perrin, 2001)
Normalmente el parámetro de impermeabilidad resulta ser sensible en el modelo, y una pequeña
variación del mismo (entre 15 y 20%) ocasiona una variación en el escurrimiento directo que está
en el orden del 10%.
Por esta razón y como medida de seguridad de los resultados ante el conocimiento que la cuenca
alta de la quebrada de estudio presenta uso de suelo de páramo andino (estos suelos se caracterizan
por presentar profundidades muy limitadas y afloramientos rocosos debido a su origen geológico),
el modelo corrió con la consideración de que la cuenca presenta un porcentaje de suelo
impermeable (asumiendo un 5%). Esta consideración incrementara la precipitación en exceso
para la cuenca.
La información que necesita el programa está relacionada directamente con los métodos de
cálculo que maneja. Existen cinco grupos básicos de información que deben suministrarse a
HEC-HMS para efectuar las simulaciones:
1. Precipitación histórica o de diseño.
2. Características del suelo.
3. Información morfométrica de la cuenca, subcuenca o microcuenca.
4. Datos hidrológicos del proceso de transformación de lluvia en escorrentía.
5. Características hidráulicas de los tramos de canal y de la capacidad de los embalses (métodos
de tránsito). Para la precipitación de diseño se ha tomado el resultado del análisis de máximas
precipitaciones evaluado para la estación y para el periodo de diseño del proyecto, má las
consideraciones justificadas anteriormente. En el caso de puentes como el que se proyecta en el
estudio, el MTOP establece periodos de diseño de 100 años.
 Caudales máximos para el periodo de retorno
Cuenca Periodo de retorno Caudal de diseño

Años m3/s
De la quebrada El solitario 100 49.8
 Parámetros hidráulicos de la quebrada El solitario
Puente Caudal Cota del Cota del Velocidad Numero de

cauce calado FROUDE
máximo
Tres Marías 49.8 2560 2562 2.67 0.61
Interpretación de resultados
 El caudal máximo de diseño para el periodo de retorno esperado fue generado a partir de
una precipitación extrema recomendada por el “Estudio de lluvias Intensas” del INAMHI,
utilización del modelo hidrológico HEC - HMS y metodologías comúnmente utilizadas
como la SCS de los EEUU (Soil Conservation Service).
 La precipitación máxima en 24 horas para el periodo de retorno de 100 años se consideró
como 60.99 mm en la zona de influencia al proyecto.
 El caudal para el puente que atraviesa la Quebrada Tres Marías se evaluó en 49.8m³/s
para la Quebrada Tres Marías.
 Del análisis hidráulico de las secciones del puente, la Quebrada Tres Marías presenta
flujo subcrítico debido a la baja pendiente longitudinal y a las velocidades medias entre
2 y 3 m/s. En la sección del puente el régimen de flujo es subcrítico debido al
estrechamiento normal por la estructura del puente. La velocidad bajo la sección del
puente resulta adecuada para el período de retorno considerado.
 No se necesita aumentar la altura de la cota del tablero del puente debido a que si se
garantiza una altura de seguridad mínima de 2 metros entre en nivel de crecida máximo
y el borde inferior de la viga del puente para una crecida en 100 años.
 Consideraremos el galibo del puente como el mínimo a partir de la lamina de agua es
decir 2.70m.

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Vegetación en la quebrada El Solitario

Caracterización de la cuenca de la quebrada “El Solitario”

Se construyó un modelo de elevación digital a partir de las curvas de nivel de la cartografía

 Precipitación máxima 24 horas para el periodo de retorno de diseño.

 Intensidades máximas en 24 horas

 Caudales máximos para el periodo de retorno

Cuenca Periodo de retorno Caudal de diseño

 Parámetros hidráulicos de la quebrada El solitario

Puente Caudal Cota del Cota del Velocidad Numero de

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