Anexo nº 1. Climatología e Hidrología

PROYECTO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CAMINOS DE LA PINTADA, PROVINCIA DE COCLÉ.

Anexo nº 1. Climatología e Hidrología



1. Objeto .................................................................................. 3

2. Normativa de referencia ............................................................. 3

3. Cartografía utilizada .................................................................. 3

4. Cuencas hidrológicas del proyecto ................................................ 3

5. Determinación de caudales de diseño ............................................ 4

5.1. Introducción ................................................................................................ 4

5.2. Períodos de Retorno ..................................................................................... 4

5.3. Formulación general de cálculo. Método Racional .................................................. 5

5.3.1. Tiempo de Concentración ............................................................................... 6

5.3.2. Intensidad de Precipitación .............................................................................. 7

5.3.3. Coeficiente de escorrentía ............................................................................... 9

5.4. Formulación general de cálculo. Método Regional .................................................. 9

5.5. Resultados ............................................................................................... 12



Índice de tablas:

Tabla 1: Periodos de retorno de intensidad de lluvia utilizados para el dimensionamiento de los elementos de drenaje. ........ 5

Índice de Ilustraciones

Ilustración 1 Mapa de Cuencas Hidrográficas de la República de Panamá ....................................................................................... 4

Ilustración 2 Regiones Hidrológicamente Homogéneas ................................................................................................................... 10

Índice de gráficos:

Gráfico 1. Ecuaciones y Distribución de Frecuencia según zona Hidrológicamente homogénea. ............................................... 11

Gráfico 2. Factores para diferentes períodos de retorno en años. ............................................................................................... 11


Anexo nº1. Climatología e Hidrología

1. Objeto

El objeto del presente documento es la obtención de precipitación de diseño para los distintos periodos

de retorno considerados en el proyecto, el análisis de áreas de drenaje, la determinación de

coeficientes de escorrentía y el cálculo de los caudales de diseño.

2. Normativa de referencia

Para la determinación de los caudales de diseño del proyecto se han recogido las recomendaciones

recogidas en el documento Manual de Requisitos de Revisión de Planos del Ministerio de Obras

Públicas de Panamá. En dicho documento, en el apartado “Parámetros para el diseño pluvial” se

presentan los parámetros vigentes en el Ministerio de Obras Públicas que deben ser tenidos en cuenta

por los profesionales que diseñen un sistema pluvial.

Se indica además que los caudales máximos de lluvia que deben adoptarse son procedentes del

Resumen Técnico del Análisis Regional de Crecidas Máximas de Panamá, Empresa de Transmisión

Eléctrica (ETESA).

3. Cartografía utilizada

Para el análisis de las áreas de aportación se ha utilizado la cartografía realizada para el presente

Anteproyecto correspondiente a la Licitación: Proyecto de Diseño y Construcción para la

Rehabilitación de Caminos de La Pintada. Provincia de Coclé; de la Licitación por Mejor Valor No.

2017-0-09-0-02-LV-005094.

Aquellas áreas de aportación de tamaño mayor que se salen de la franja de dicha cartografía han sido

definidas con cartografía recogida de EOSDIS (NASA’s Earth Observing System Data and Information

System).

4. Cuencas hidrológicas del proyecto

El presente proyecto (a excepción de los caminos 3 y 16) se ubica en la Cuenca del Río Grande –

número 134 de acuerdo con el Mapa de Cuencas Hidrográficas de la República de Panamá -, cuenca

perteneciente a la vertiente pacífica. Los caminos 3 y 16 se ubicarían en la Cuenca del Río Coclé del

Norte, perteneciente a la vertiente atlántica.



Ilustración 1 Mapa de Cuencas Hidrográficas de la República de Panamá

La situación y características de las cuencas hidrográficas del presente proyecto, referenciadas con

respecto al eje de cada camino correspondiente – 20 caminos en total -, son las que se recogen en el

2.5. Planos.

5. Determinación de caudales de diseño

5.1. Introducción

Según lo recomendado en el Anexo 2. Rehabilitación de Caminos de La Pintada. Provincia de Coclé;

de la Licitación por Mejor Valor No. 2017-0-09-0-02-LV-005094, para áreas de drenaje menores a 250

Hectáreas se usará el Método Racional para la determinación de caudales de diseño y para áreas

mayores a 250 Hectáreas se utilizarán los parámetros indicados en el folleto “Análisis Regional de

Crecidas”.

5.2. Períodos de Retorno

Los periodos de retorno que serán utilizados para el dimensionamiento de los elementos de drenaje

serán los recogidos en el Anexo 2.-Terminos de Referencia de Estudios y Diseños de la Licitación por

Mejor Valor No. 2017-0-09-0-02-LV-005094, y que se recogen a continuación en la siguiente tabla:



Tipo de elemento de drenaje Período de retorno (T) mínimo (años

Alcantarillas tubulares pluviales, aliviaderos de sistemas de pluviales,

zanjas. 20

Cajones pluviales y cauces de ríos y quebradas. 50

Puentes 100

Tabla 1: Periodos de retorno de intensidad de lluvia utilizados para el dimensionamiento de los elementos de drenaje.

Como resultado, se han obtenido los valores de intensidad media diaria (Id) para los periodos de

retorno T=20 años, T=50 años y T=100 años.

5.3. Formulación general de cálculo. Método Racional

Para el cálculo de los caudales de diseño de cuencas de drenaje menores a 250 Hectáreas se usará

el Método Racional.

Este método se basa en la determinación de caudales máximos mediante el cálculo de la escorrentía

en un tiempo igual al de concentración de la cuenca. El método está indicado para cuencas pequeñas,

de tamaño inferior a 25 km² y con tiempo de concentración menor a 6 horas, donde exista uniformidad

espacial y temporal de la lluvia de diseño.

La formulación es la siguiente:

Q = C I A / K

Siendo:

C Coeficiente medio de escorrentía de la cuenca o superficie drenada.

A Cu área, salvo que tenga aportaciones o pérdidas importantes, tales como resurgencias o

sumideros, en cuyo caso el cálculo del caudal Q deberá justificarse convenientemente.

I La intensidad media de precipitación correspondiente al período de retorno considerado y a un

intervalo igual al tiempo de concentración

K Un coeficiente que depende de las unidades en las que se midan Q, I y A.



Habitualmente:

Q m3/s

I mm/h

A km²

por lo que K = 3.6

5.3.1. Tiempo de Concentración

Aunque se ha supuesto un aguacero de duración indefinida, sería suficiente un determinado tiempo,

Tc, (característico de cada cuenca) para alcanzar un caudal máximo igual al caudal de equilibrio.

Dicho tiempo Tc se denomina tiempo de concentración, y se define como el tiempo que tarda en llegar

a la sección de salida, la gota de lluvia caída en el extremo hidráulicamente más alejado de la cuenca.

Este parámetro se determina mediante fórmulas empíricas en función del tipo de cuenca. Para

cuencas donde el flujo escurre por una red de cauces bien definida son válidas varías expresiones.

En este estudio se ha utilizado la ecuación SIMAS.

La ecuación de SIMAS utilizada para este estudio se formula de la siguiente forma:

𝑇𝐶 = 0.0085 · 𝑊0.5937 · 𝑆−0.1505 · 𝑆𝑛𝑎𝑡0.3131

Donde:

𝑇𝐶 Es el Tiempo de Concentración; en horas

𝑊 ancho de la cuenca, en pies: á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎 (𝑓𝑡2)

𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 (𝑓𝑡)

𝑆 Es la Pendiente Promedio de la Cuenca; pie/pie

𝑆𝑛𝑎𝑡 Es la Retención Potencial Máxima; en pulgadas, siendo:

𝑆𝑛𝑎𝑡 =1000

𝐶𝑁− 10;



𝐶𝑁 Número de Curva, que depende del tipo de suelo y uso de la tierra. La siguiente tabla muestra

los números de curva para diferentes usos de la tierra suponiendo condiciones normales de humedad

en el suelo, donde los grupos hidrológicos de suelos son:

• A: Suelo Arenoso, Bien Drenado

• B: Suelo arcilloso – arenoso; que es el que se presenta mayoritariamente en el presente estudio

• C: Suelo Arcilloso

• D: Suelo Arcilloso Plástico, que se expande al mojarse.

Para la estimación del número de curva en el presente estudio se ha seguido una de las múltiples

tablas existentes en la bibliografía usual, concretamente la del SCS Technical Report “Urban

Hydrology for Small Watersheds, 1986”, la cual arroja el siguiente valor al homogeneizar las cuencas

de estudio:

Grupo B, Bosque, Buena Condición (vegetación protegida del pastoreo) -> CN=55

Sin embargo, en aquellas cuencas de pequeño tamaño donde el tiempo de recorrido en flujo difuso

sobre el terreno sea apreciable respecto al tiempo de recorrido total, no serán aplicables las fórmulas

anteriores. Para el cálculo se ha determinado que aquellas cuencas que arrojen un valor del tiempo

de concentración inferior a 6 minutos, se utilizará 6 min como tiempo de concentración. Para el cálculo

de los elementos de drenaje longitudinal de la plataforma, también se ha considerado un tiempo de

concentración de 6 min para el cálculo.

5.3.2. Intensidad de Precipitación

La intensidad de precipitación a emplear en el cálculo de caudales por el método racional se calcula

a partir de lo establecido en el Manual de Aprobación del MOP dada la zona de proyecto – a más de

100 km de Ciudad de Panamá.

Las intensidades de lluvia que deben adoptarse para la ciudad de Panamá y que vienen siendo

utilizadas por el MOP en sus diseños, se encuentran en las fórmulas contenidas en el Estudio de

Drenaje de la Ciudad de Panamá, elaborado en el año de 1972.



- Vertiente del Pacífico

Estas fórmulas fueron obtenidas de datos estadísticos sobre precipitaciones pluviales en un periodo

de 57 años, dichos datos fueron obtenidos en las Estaciones Meteorológicas de Balboa Heights y

Balboa Docks, adyacentes a la Ciudad de Panamá y en la Estación Pluviométrica de la Universidad

de Panamá.

De la recopilación de datos de precipitación pluvial en los lugares antes mencionados, se obtuvieron

curvas de Intensidad-Duración y Frecuencia, para periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 30 y 50 años.

El presente estudio se centra en 20 y 50 años de período de retorno para los cálculos considerados,

cuya formulación de las curvas IDF para dicho tiempo de recurrencia sigue los siguientes valores:

T=20 años I =357

37+ TC (min) (pul/h)

T=50 años I =370

33+ TC(min) (pul/h)

- Vertiente del Atlántico: caminos 3 y 16.

Las fórmulas que se presentan a continuación para la vertiente atlántica se presentan en el Estudio

de Consultoría “Diseño del Sistema Pluvial de la Ciudad de Colón”, elaborado para el Ministerio de

Obras Públicas en 1981. Los datos fueron obtenidos de la Estación Meteorológica de Cristóbal y se

basa en un período de observación de 23 años.

De la recopilación de datos de precipitación pluvial en los lugares antes mencionados, se obtuvieron

curvas de Intensidad-Duración y Frecuencia, para periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 30 y 50 años.

El presente estudio se centra en 20 y 50 años de período de retorno para los cálculos considerados,

cuya formulación de las curvas IDF para dicho tiempo de recurrencia sigue los siguientes valores:

T=20 años I =13.346

64.3+ TC(min) (mm/h)

T=50 años I =15.508

71.7+ TC(min) (mm/h)



5.3.3. Coeficiente de escorrentía

Después de un recorrido minucioso por la traza de los diferentes caminos y el análisis de las características físicas de las cuencas interceptadas, se propone adoptar un coeficiente de escorrentía de 0.6 para los diferentes períodos de retorno. Este valor es consecuente con las actuales prácticas ingenieriles y con proyectos realizados en esta misma zona. 5.4. Formulación general de cálculo. Método Regional

Para el cálculo de crecidas de cuencas de drenaje con áreas mayores de 250 Hectáreas se ha

utilizado el “Resumen Técnico. Análisis Regional de Crecidas Máximas de Panamá. Período 1971-

2006” realizado por la Gerencia de Hidrometeorología de Panamá, que actualiza el estudio “Análisis

Regional de Crecidas Máximas en Panamá, que data del año 1986 y pone a disposición de

consultores una aplicación que permite estimar los caudales para diseño de estructuras hidráulicas

con distintos periodos de retorno a partir del área de drenaje de la cuenca y su ubicación en el país.

El método consiste en estimar la frecuencia de crecidas máximas que pueden ocurrir en un sitio

determinado de un río, especialmente en aquellas cuencas no controladas, con sólo conocer el área

de aportación de la cuenca hasta el sito de descarga y su ubicación en el país. En septiembre de 2008

se elabora un nuevo informe cuyo propósito es actualizar el análisis Regional de Crecidas Máximas.

Para la realización de dicho análisis se utilizó la información básica registrada en estaciones

hidrológicas limnimétricas operadas por la Gerencia de Hidrometeorología de ETESA. También se

analizaron los datos de las estaciones hidrológicas convencionales manejadas por la autoridad del

Canal de Panamá.

Para aplicar el método, primero se determina el área de aporte en km2 y se ubica en una de las

regiones según el Mapa de Regiones Hidrológicamente Homogéneas:



Ilustración 2 Regiones Hidrológicamente Homogéneas

El área del Anteproyecto que nos ocupa se sitúa en la Zona 3 para los caminos 16 y 3, y en la Zona

5 para los demás, según el Mapa de Regiones Hidrológicamente Homogéneas. Esto nos permite

definir la ecuación a utilizar y la distribución de frecuencia para determinar el caudal de aporte máximo

de la cuenca de estudio.



Gráfico 1. Ecuaciones y Distribución de Frecuencia según zona Hidrológicamente homogénea.

Gráfico 2. Factores para diferentes períodos de retorno en años.

Aplicando la ecuación y los factores para los diferentes períodos de retorno se pueden calcular los

caudales de crecidas máximas para las cuencas en estudio.

En este caso se tratan los caminos 5, 6, 12, 14 y 17, todos pertenecientes a la vertiente pacífica (zona

5).



5.5. Resultados

Se recogen los resultados de los caudales en el Apéndice 1. Cálculo de los caudales de escorrentía.



Apéndice nº 1. Cálculo de los caudales de escorrentía



v

CAMINO 05 & 06



CAMINO 12



CAMINO 14



CAMINO 17

Anexo nº 1. Climatología e Hidrología

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