ESSTTUUDDIIOO CHHIIDDRRO OLLÓÓGGIICOO YY …

EESSTTUUDDIIOO HHIIDDRROOLLÓÓGGIICCOO YY DDIISSEEÑÑOO DDEE

OOBBRRAASS PPAARRAA EESSTTAABBIILLIIZZAACCIIÓÓNN DDEELL CCAAUUCCEE

DDEE LLAA QQUUEEBBRRAADDAA LLAA PPEELLAADDEERROO,, VVEERREEDDAA

LLOOSS GGÓÓMMEEZZ,, MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE IITTAAGGÜÜÍÍ

A2-1239-001-V0

GLORIA JENNY MEJÍA S.

INGENIEROS CONSULTORES

INFORME FINAL

FEBRERO DE 2013

Circular 73B N° 39B-87 Tel: 4130803 Telefax: 4129234 E-mail: [email protected]

Medellín - Colombia

I

EESSTTUUDDIIOO HHIIDDRROOLLÓÓGGIICCOO YY DDIISSEEÑÑOO DDEE

OOBBRRAASS PPAARRAA EESSTTAABBIILLIIZZAACCIIÓÓNN DDEELL CCAAUUCCEE

DDEE LLAA QQUUEEBBRRAADDAA LLAA PPEELLAADDEERROO,, VVEERREEDDAA

LLOOSS GGÓÓMMEEZZ,, MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE IITTAAGGÜÜÍÍ

INDICE DE MODIFICACIONES

INDICE DE REVISIÓN

CAPÍTULO MODIFICADO

FECHA DE MODIFICACIÓN

OBSERVACIONES

0 2013-02-05 Documento Original

-

ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN

TÍTULO DEL DOCUMENTO: ESTUDIO HIDROLÓGICO Y DISEÑO DE OBRAS PARA ESTABILIZACIÓN DEL CAUCE DE LA QUEBRADA LA PELADERO, VEREDA LOS GÓMEZ,

MUNICIPIO DE ITAGÜÍ

DOCUMENTO No.: A2-1239-001-V0

AP

RO

BA

CIÓ

N

NÚMERO DE LA REVISIÓN

0 1 2 3

RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN

NOMBRE: Díaz J.

FECHA: 2013-02-05

RESPONSABLE POR REVISIÓN DE CALIDAD

NOMBRE: Alzate. P.

FECHA: 2013-02-05

Vo.Bo. DIRECTOR DEL PROYECTO

NOMBRE: Mejía G.J.

FECHA: 2013-02-05

GLORIA JENNY MEJÍA S.

INGENIEROS CONSULTORES

INFORME FINAL

FEBRERO DE 2013

mailto:[email protected]



II

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 12

1.1 OBJETIVO GENERAL ...................................................................................... 13 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 13 1.3 LOCALIZACIÓN GENERAL DEL PROYECTO ................................................. 14 1.4 INFORMACIÓN DISPONIBLE .......................................................................... 16

1.4.1 Información Hidrometeorológica ................................................................... 16 1.4.2 Información Cartográfica Disponible ............................................................. 16 1.4.3 Información Secundaria ................................................................................ 16

2 CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA ................................... 19

2.1 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS ................................................................ 19 2.2 MORFOMETRÍA DE LA CUENCA .................................................................... 20

3 ESTUDIO HIDROLÓGICO ....................................................................................... 23

3.1 CÁLCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIÓN ............................................. 23 3.2 CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN ..................................... 24 3.3 CARACTERIZACIÓN DEL RÉGIMEN DE PRECIPITACIÓN ............................ 24 3.4 PRECIPITACIÓN PROMEDIA MULTIANUAL PONDERADA ............................ 26 3.5 CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE CRECIENTE ............................................ 26

3.5.1 Determinación del Coeficiente de Escorrentía Ponderado (C) ...................... 26 3.5.2 Cálculo de Pérdidas Hidrológicas ................................................................. 28 3.5.3 Distribución de la Precipitación en el Tiempo ............................................... 28 3.5.4 Resultados Obtenidos .................................................................................. 28

4 ESTUDIO HIDRÁULICO EN CONDICIONES EXISTENTES ................................... 32

4.1 CONDICIONES DE FRONTERA PARA MODELACIÓN HIDRÁULICA ............. 32 4.1.1 Geometría de la Quebrada ........................................................................... 33 4.1.2 Coeficientes de Expansión y Contracción ..................................................... 34 4.1.3 Coeficiente de Rugosidad de Manning (n) .................................................... 34 4.1.4 Cálculo del Coeficiente de Rugosidad - Método de Cowan .......................... 35

4.2 CONDICIONES DEL MODELAMIENTO ........................................................... 36 4.3 MODELO DIGITAL DEL TERRENO - TRAMO DE INTERÉS ............................ 38 4.4 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN EN HEC RAS 4.1.0 ............................... 38

5 DIAGNÓSTICO ZONA DE ESTUDIO ...................................................................... 44

5.1 ASPECTO HIDRÁULICO ................................................................................. 46




III

5.2 ANÁLISIS DE INUNDACIÓN ............................................................................ 47 5.3 ASPECTO GEOTÉCNICO Y GEOLÓGICO ...................................................... 51 5.4 CONCLUSIONES DEL DIAGNÓSTICO ........................................................... 51

6 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS .............................................................................. 53

6.1 ALTERNATIVA 1: CANAL CON LECHO EN PIEDRA ESCALONADO CON

PRESAS DE RETENCIÓN Y MUROS LATERALES DE CONCRETO .......................... 53 6.2 ALTERNATIVA 2: CANAL RECTANGULAR DE CONCRETO CON FORMA EN

“U” 54 6.3 ALTERNATIVA 3: CANAL TRAPEZOIDAL EN COLCHACRETO ...................... 55 6.4 ALTERNATIVA 4: CANAL TRAPEZOIDAL EN CONCRETO CON PIEDRA

PEGADA Y PRESAS EN CONCRETO CICLOPEO PARA RECUPERACIÓN DEL

LECHO ........................................................................................................................ 56 6.5 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA DEFINITIVA ............................................. 57

7 ESTUDIO HIDRÁULICO EN CONDICIONES PROYECTADAS .............................. 60

7.1 CONDICIONES DE FRONTERA PARA MODELACIÓN HIDRÁULICA ............. 60 7.2 CONDICIONES DEL MODELAMIENTO ........................................................... 61 7.3 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN EN HEC RAS 4.1.0 ............................... 61 7.4 CALCULO DE ESTRUCTURA DE ENTRADA TIPO BOCINA ........................... 68 7.5 SOBRELEVACIÓN EN CURVAS ..................................................................... 70 7.6 CÁLCULO DE BORDE LIBRE (B.L.) EN EL CANAL PROYECTADO ................ 73 7.7 CÁLCULO DE SOCAVACIÓN EN EL CANAL TRAPEZOIDAL.......................... 73 7.8 CÁLCULO DEL ESPESOR DEL ENROCADO DE FONDO ............................... 74 7.9 DISEÑO HIDRÁULICO DE OBRAS MENORES ............................................... 77

7.9.1 Diseño Hidráulico de Cunetas y Rondas de Coronación ............................... 77 7.9.2 Diseño del Sub-Drenaje – Filtro Francés ...................................................... 84

7.10 VERIFICACIÓN DEL ALCANCE Y LA LONGITUD DE LOS ESCALONES ....... 85

8 ESTUDIO GEOTÉCNICO ........................................................................................ 86

8.1 LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ...................................... 86 8.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA ................................................................. 88

8.2.1 Geología Regional ........................................................................................ 89 8.2.2 Geología Local ............................................................................................. 93 8.2.3 Geomorfología y Morfometría ..................................................................... 100 8.2.4 Morfometría ................................................................................................ 103 8.2.5 Procesos Morfodinámicos .......................................................................... 105 8.2.6 Deslizamientos ........................................................................................... 106 8.2.7 Socavación de Orillas ................................................................................. 107 8.2.8 Desgarre Superficial ................................................................................... 109 8.2.9 Erosión Superficial ...................................................................................... 109 8.2.10 Agrietamiento ......................................................................................... 110 8.2.11 Carcavamiento ....................................................................................... 111 8.2.12 Análisis Multi-Temporal........................................................................... 113 8.2.13 Geología Estructural ............................................................................... 115

8.3 INVESTIGACIÓN DE CAMPO ........................................................................ 115 8.4 INVESTIGACIÓN DE LABORATORIO ........................................................... 118

8.4.1 Propiedades Índice de los Suelos ............................................................... 118 8.4.2 Parámetros del Suelo ................................................................................. 121




IV

8.4.3 Diseño Sismo Resistente ............................................................................ 123 8.5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 123

8.5.1 Cimentación ............................................................................................... 125 8.5.2 Excavaciones ............................................................................................. 126 8.5.3 Estabilidad de Taludes ............................................................................... 127 8.5.4 Bombeos .................................................................................................... 131 8.5.5 Control de Erosión ...................................................................................... 131 8.5.6 Soluciones que Involucran el Control del Agua (Suarez, 2001) .................. 132 8.5.7 Recomendaciones Generales de Construcción .......................................... 142

9 ESTUDIO ESTRUCTURAL ................................................................................... 143

9.1 CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS ........................................................... 144 9.2 CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA OBRAS HIDRÁULICAS ........................... 144 9.3 CRITERIOS ESTRUCTURALES .................................................................... 145 9.4 MATERIALES................................................................................................. 146

9.4.1 Concreto Reforzado ................................................................................... 146 9.4.2 Acero de Refuerzo ...................................................................................... 146

9.5 PREDIMENSIONAMIENTO ............................................................................ 147 9.5.1 Predimensionamiento del Canal ................................................................. 147 9.5.2 Predimensionamiento de la Cobertura ........................................................ 149

9.6 ESTIMACION DE CARGAS PARA EL CANAL ............................................... 150 9.6.1 Empujes de Tierra (P1, P2 y P3) ................................................................ 151 9.6.2 Empuje Hidrostático (P4) ............................................................................ 152 9.6.3 Empuje de Subpresión (P5) ........................................................................ 152 9.6.4 Empuje Debido a la Acción Sísmica (P6 y P7) ........................................... 153 9.6.5 Empuje Hidrostático del Agua (P8) ............................................................. 154

9.7 COMBINACIONES DE CARGA PARA EL CANAL .......................................... 155 9.7.1 Combinaciones de Carga para el Canal ..................................................... 155 9.7.2 Envolventes de Diseño ............................................................................... 155

9.8 ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL CANAL ........................................................ 156 9.8.1 Proceso de Modelamiento .......................................................................... 156 9.8.2 Resultados Obtenidos ................................................................................ 157

9.9 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL CANAL .......................................................... 158 9.9.1 Chequeo de la Resistencia de la Fuerza Cortante ...................................... 158 9.9.2 Diseño de los Muros Laterales del Canal.................................................... 159 9.9.3 Diseño de la Losa Inferior del Canal ........................................................... 161 9.9.4 Revisión de la Fisuración ............................................................................ 162

9.10 ESTIMACION DE CARGAS PARA LA COBERTURA ..................................... 164 9.10.1 Peso Propio (wp) .................................................................................... 165 9.10.2 Carga de Lleno (Wc) ............................................................................... 165 9.10.3 Carga Viva Vehicular (Wl) ....................................................................... 167 9.10.4 Carga Última de Diseño (Wp) ................................................................. 169 9.10.5 Empuje del Suelo sobre las Paredes Laterales (P1 y P2) ....................... 170 9.10.6 Reacción del Suelo ................................................................................. 171 9.10.7 Sismo (E) ................................................................................................ 171

9.11 COMBINACIONES DE CARGAS PARA LA COBERTURA ............................. 172 9.12 ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA COBERTURA .......................................... 173

9.12.1 Proceso de Modelamiento ...................................................................... 173 9.12.2 Resultados Obtenidos ............................................................................ 175




V

9.13 DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA COBERTURA ............................................. 176 9.13.1 Chequeo de la Resistencia de la Fuerza Cortante .................................. 177 9.13.2 Diseño de la Losa Superior y la Losa de Fondo ...................................... 179 9.13.3 Diseño de las Paredes Laterales de la Cobertura ................................... 180 9.13.4 Revisión de la Fisuración ........................................................................ 182

9.14 CHEQUEO DE LA ESTABILIDAD PRESAS ................................................... 184 9.15 EVALUACIÓN DE CARGAS SOBRE LA PRESA ............................................ 185

9.15.1 Empuje de Tierras E1, Fuerza Horizontal F1 .......................................... 186 9.15.2 Empuje del Nivel Freático E2, Fuerza Horizontal F2 ............................... 186 9.15.3 Empuje del Subpresión, Fuerza Vertical F3 ............................................ 187 9.15.4 Cargas Estabilizadoras Peso Propio (Pp) ............................................... 187 9.15.5 Carga Estabilizadora Vertical Fhe ........................................................... 188

9.16 DETERMINACIÓN DE LOS FACTORES DE SEGURIDAD ............................ 188 9.16.1 Factor de Seguridad Frente al Deslizamiento ......................................... 189 9.16.2 Factor de Seguridad Frente al Volcamiento ............................................ 189 9.16.3 Determinación de la Excentricidad y Esfuerzo Transmitido ..................... 189

10 LIMITACIONES DEL ESTUDIO ............................................................................. 191

10.1 INFORMACIÓN PRIMARIA ............................................................................ 191 10.2 ESTUDIO HIDROLÓGICO ............................................................................. 191 10.3 ESTUDIO HIDRÁULICO ................................................................................. 192 10.4 ESTUDIO GEOTÉCNICO ............................................................................... 192

11 CONCLUSIONES .................................................................................................. 193

11.1 ESTUDIO HIDROLÓGICO ............................................................................. 193 11.2 DIAGNÓSTICO .............................................................................................. 194 11.3 CONCLUSIONES DEL DIAGNÓSTICO ......................................................... 195 11.4 ESTUDIO HIDRÁULICO Y DE SOCAVACIÓN ............................................... 197

12 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 200

ANEXO A – METODOLOGÍA EMPLEADA ....................................................................... 1

ANEXO B – RESULTADOS MODELACIÓN HIDRÁULICA EN CONDICIONES EXISTENTES Y PROYECTADAS ..................................................................................... 1

ANEXO C – RESULTADOS OBTENIDOS DEL BORDE LIBRE TEÓRICO ...................... 1

ANEXO D – LOCALIZACIÓN DE LA CUENCA Y POLIGONOS DE THIESSEN .............. 1

ANEXO E – LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO QUEBRADA LA PELADERO ............. 1

ANEXO F – PLANTA – PERFIL, SECCIONES Y DETALLES OBRAS DE DRENAJE ..... 1

ANEXO G – LOCALIZACIÓN DE LOS SONDEOS Y DE LAS ZONAS INESTABLES ..... 1

ANEXO H – REGISTRO FOTOGRÁFICO DE LAS MUESTRAS ...................................... 1

ANEXO I – REGISTROS DE PERFORACIÓN .................................................................. 1

ANEXO J – REGISTROS DE EXPLORACIÓN DE CAMPO ............................................. 1

ANEXO K – DETALLES ESTRUCTURALES .................................................................... 1

ANEXO L – CANTIDADES DE OBRA Y PRESUPUESTO ............................................... 1




VI

INDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Información General de la Estación de Incidencia en la Zona de Estudio .......... 18 Tabla 2. Parámetros Morfométricos de la Cuenca de la ................................................... 19 Tabla 3. Tiempos de Concentración para la Cuenca en Estudio ...................................... 23 Tabla 4. Intensidad de Precipitación, Precipitación Total y Precipitación Efectiva para la

Cuenca en Estudio ................................................................................................... 24 Tabla 5. Porcentajes de Usos del Suelo para la Cuenca ................................................. 26 Tabla 6. Valores Ponderados para el Coeficiente de Escorrentía .................................... 27 Tabla 7. Número de Curva (CN) para los Diferentes Usos del Suelo ............................... 28 Tabla 8. Caudales Máximos Condición de Humedad AMC III .......................................... 29 Tabla 9. Caudales Máximos de Diseño Seleccionados para la Cuenca de la .................. 31 Tabla 10. Cálculo del Coeficiente de Rugosidad de Manning .......................................... 35 Tabla 11. Método de Cowan y sus Factores de Cálculo Utilizados .................................. 36 Tabla 12. Velocidades y Profundidades para todos los Periodos de Retorno – Tramo en

Estudio (Quebrada La Peladero) .............................................................................. 43 Tabla 13. Velocidades y Profundidades para Todos los Periodos de Retorno – Tramo en

Estudio (Quebrada La Peladero) .............................................................................. 66 Tabla 14. Bordes Libres Alcantarilla de Cajón B=2,20m H=2,50m ................................... 67 Tabla 15. Coordenadas para la Estructura Propuesta Tipo Bocina a la Entrada de la

Alcantarilla de Cajón ................................................................................................ 69 Tabla 16. Cálculo de la Sobrelevación en las Curvas para Tr=100 Años ......................... 71 Tabla 17. Parámetros para el Cálculo de la Socavación General del Cauce .................... 74 Tabla 18. Parámetros para el Cálculo de la Socavación General del Cauce .................... 74 Tabla 19. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método del USGS............... 75 Tabla 20. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método del USCE ............... 75 Tabla 21. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método de Shields .............. 75 Tabla 22. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método de Lane ................. 75 Tabla 23. Resumen Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado para Todas las

Metodologías ........................................................................................................... 76 Tabla 24. Gradación del Enrocado de Fondo para el Canal Proyectado .......................... 76 Tabla 25. Dimensiones para Cuneta Propuesta Tipo A .................................................... 78 Tabla 26. Dimensiones para Cuneta Propuesta Tipo B .................................................... 78 Tabla 27. Resultados del Diseño de Cunetas Tipo A ....................................................... 80 Tabla 28. Resultados del Diseño de Cunetas Tipo B ....................................................... 81 Tabla 29. Dimensiones para Ronda de Coronación Propuesta ........................................ 82 Tabla 30. Resultados del Diseño de Rondas de Coronación ........................................... 83 Tabla 31. Resultados del Diseño de Sub-drenaje – Filtro Francés ................................... 84




VII

Tabla 32. Verificación de Estructura Escalonada con Ecuaciones de Henderson y Chanson. Tr= 100 años ............................................................................................ 85

Tabla 33. Criterios de Clasificación para Depósitos Basados en el Perfil de Meteorización según Dearman (1991) ............................................................................................ 92

Tabla 34. Sistema de Clasificación del Perfil de Meteorización (Hong Kong Oficina de Control Geotécnico, 1979) ....................................................................................... 97

Tabla 35. Rango de Pendientes ..................................................................................... 104 Tabla 36. Relación del Programa de Exploración Ejecutado .......................................... 116 Tabla 37. Ensayos Realizados sobre las Muestras Seleccionadas en la Descripción Visual

............................................................................................................................... 118 Tabla 38. Resultados de las Propiedades Índice para el Nivel de Suelo Identificado ..... 119 Tabla 39. Parámetros de Resistencia del Suelo ............................................................. 122 Tabla 40. Clasificación del Suelo en la Zona del Proyecto ............................................. 123 Tabla 41. Geotechnical Engineering Office (2004) ......................................................... 128 Tabla 42. US Army Corps of Engineers (2003) – Brand (1982) ...................................... 128 Tabla 43. Parámetros Geotécnicos para el Diseño Estructural ...................................... 144 Tabla 44. Características Mecánicas de los Materiales Empleados ............................... 147 Tabla 45. Espesores Elegidos para la Losa y Muros del Canal ...................................... 148 Tabla 46. Combinaciones de Carga para el Canal ......................................................... 155 Tabla 47. Valores de la Cortante Admisible y la Cortante Ultima en los Muros y Losa de

Fondo del Canal en Concreto ................................................................................ 159 Tabla 48. Momento Flector y Acero Requerido en las Paredes del Canal ...................... 160 Tabla 49. Acero Requerido para Efectos de Temperatura en las Paredes del Canal ..... 161 Tabla 50. Momento Flector y Acero Requerido en la Losa del Canal ............................. 161 Tabla 51. Acero Requerido para Efectos de Temperatura en la Losa del Canal ............ 162 Tabla 52. Valores Admisibles de Ancho de Fisura Recomendadas por el ACI ............... 163 Tabla 53. Valores Empíricos de la Relación de Asentamiento rsd ................................... 166 Tabla 54. Resumen de los Parámetros para Determinar Cc .......................................... 167 Tabla 55. Profundidad del Factor de Impacto ................................................................ 168 Tabla 56. Resultados de la Carga Vehicular .................................................................. 168 Tabla 57. Combinaciones de Carga para la Cobertura .................................................. 172 Tabla 58. Resumen de Solicitaciones en los Elementos de la Cobertura ....................... 176 Tabla 59. Valores de Cortante Máxima Admisible del Concreto en las Losas ................ 178 Tabla 60. Valores de Cortante Máxima Admisible del Concreto en los Muros ............... 178 Tabla 61. Momento Flector y Acero Requerido en las Losas de la Cobertura ................ 179 Tabla 62. Acero Requerido para el Efecto de Temperatura en la Losa de la Cobertura . 180 Tabla 63. Valores Mínimos de Carga Axial para Considerar los Muros como Columnas 181 Tabla 64. Momento Flector y Acero Requerido en Paredes de la Cobertura .................. 181 Tabla 65. Acero Requerido para Efecto de Temperatura en las Paredes de la Cobertura

............................................................................................................................... 182 Tabla 66. Valores Admisibles de Fisuras Recomendadas por el ACI ............................. 183 Tabla 67. Caudales Máximos de Diseño Seleccionados para la Cuenca de la .............. 194




VIII

INDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Localización General de la Zona de Estudio ..................................................... 15 Figura 2. Localización de las Cuencas y Estación de Incidencia ...................................... 17 Figura 3. Histograma de Pendientes ................................................................................ 21 Figura 4. Mapa de Elevación y Mapa de Pendientes de la Cuenca en Estudio ................ 22 Figura 5. Distribución de Precipitación Mensual Promedio Estación San Antonio de Prado

................................................................................................................................. 25 Figura 6. Distribución de Precipitación Mensual Promedio Planta de Tratamiento Ayurá . 25 Figura 7. Mapa de Usos del Suelo – Cuenca de la Quebrada La Peladero ...................... 27 Figura 8. Variación de los Caudales Máximos con el Período de Retorno, Cuenca A ...... 30 Figura 9. Zona de Estudio – Quebrada y Salida Alcantarilla Existente ............................. 33 Figura 10. Zona de Estudio – Quebrada La Peladero ...................................................... 33 Figura 11. Material del Fondo del Cauce ......................................................................... 34 Figura 12. Curva Granulométrica del Material del Lecho ................................................. 35 Figura 13. Modelo Digital del Terreno (MDT) – Condiciones Existentes........................... 38 Figura 14. Topología General del Tramo Modelado en HEC-RAS 4.1.0 .......................... 39 Figura 15. Obra de Cruce Existente – Sección Aguas Arriba ........................................... 40 Figura 16. Obra de Cruce Existente – Sección Aguas Abajo ........................................... 40 Figura 17. Quebrada La Peladero – Sección 280.42, Abscisa 60 .................................... 41 Figura 18. Quebrada La Peladero – Sección 210.42, Abscisa 130 .................................. 41 Figura 19. Quebrada La Peladero – Sección 190.42, Abscisa 150 .................................. 42 Figura 20. Quebrada La Peladero – Sección 140.42, Abscisa 200 .................................. 42 Figura 21. Erosión y Carcavamiento en los Taludes ........................................................ 44 Figura 22. Agrietamiento de la Cancha ............................................................................ 45 Figura 23. Llanura de Inundación – Quebrada La Peladero ............................................. 45 Figura 24. Perfil Hidráulico en Condiciones Existentes .................................................... 47 Figura 25. Mancha de Inundación Quebrada La Peladero – Tr=100 Años ....................... 48 Figura 26. Mapa de Amenazas Naturales por Inundación – POT de Itagüí ...................... 49 Figura 27. Mapa de Vulnerabilidad – POT de Itagüí ........................................................ 50 Figura 28. Análisis de Factibilidad para la Alternativa 1 ................................................... 54 Figura 29. Análisis de Factibilidad para la Alternativa 2 ................................................... 55 Figura 30. Análisis de Factibilidad para la Alternativa 3 ................................................... 56 Figura 31. Análisis de Factibilidad para la Alternativa 4 ................................................... 57 Figura 32. Sección Canal Rectangular en Concreto B=2,20m H= Variable ...................... 58 Figura 33. Sección Alcantarilla de Cajón B=2,20m H= 2,50m .......................................... 58 Figura 34. Sección Canal Trapezoidal en Piedra Pegada B=5,30m H= 1.50m................. 59




IX

Figura 35. Esquema Tridimensional de las Presas en Concreto Ciclópeo ....................... 59 Figura 36. Topología General del Tramo Modelado en HEC-RAS 4.1.0 .......................... 62 Figura 37. Canal Rectangular – Sección 331.51, Abscisa 3.00 ABAJO ........................... 63 Figura 38. Alcantarilla de Cajón – Sección Aguas Arriba ................................................. 63 Figura 39. Alcantarilla de Cajón – Sección Aguas Abajo .................................................. 64 Figura 40. Canal Trapezoidal – Sección 260.34, Abscisa 74.00 ABAJO .......................... 64 Figura 41. Canal Trapezoidal – Sección 169.60, Abscisa 164.00 ARRIBA ...................... 65 Figura 42. Canal Trapezoidal – Sección 66.48, Abscisa 266.20 ABAJO .......................... 65 Figura 43. Perfil de Flujo Quebrada La Peladero – Condiciones Proyectadas ................. 67 Figura 44. Curva de Entrada Rectangular ........................................................................ 70 Figura 45. Curva de Gradación del Enrocado de Fondo para el Canal Proyectado ......... 77 Figura 46. Esquema de la Sección de Cuneta Proyectada .............................................. 79 Figura 47. Esquema de la Sección de Cuneta Proyectada .............................................. 79 Figura 48. Esquema de la Sección de Ronda de Coronación Propuesta ......................... 82 Figura 49. Localización de la Zona de Estudio. Imagen Satelital Tomada de Google Earth,

2012 ......................................................................................................................... 87 Figura 50. Localización del Canal .................................................................................... 88 Figura 51. Geología Regional. Tomado de la Microzonificación Sísmica ......................... 89 Figura 52. Mapa de Geología Regional ........................................................................... 94 Figura 53. Aspecto Material Residual Stock de Altavista ................................................. 96 Figura 54. Panorámica Llanura Aluvial ............................................................................ 98 Figura 55. Aspecto del Material de Lleno en Contacto con el Material Aluvial .................. 99 Figura 56. Mapa de Geomorfología Regional. Tomado de la Microzonificación Sísmica 100 Figura 57. Mapa de Geomorfología Local ...................................................................... 101 Figura 58. Modelo de Elevación Digital .......................................................................... 104 Figura 59. Mapa de Pendientes ..................................................................................... 105 Figura 60. Mapa de Procesos Morfodinámicos .............................................................. 106 Figura 61. Deslizamientos Encontrados en Ambas Márgenes de la Quebrada La Peladero

............................................................................................................................... 107 Figura 62. Problemas de Socavación en la Margen Derecha de la Quebrada, en

Cercanías de la Cancha ......................................................................................... 108 Figura 63. Antiguas Obras en la Margen Derecha de la Quebrada, Debido a la Socavación

............................................................................................................................... 108 Figura 64. Desgarre Superficial Asociado a Suelo Residual .......................................... 109 Figura 65. Erosión Superficial en Suelo Residual .......................................................... 110 Figura 66. Agrietamiento en la Cancha .......................................................................... 111 Figura 67. Cárcava – Localizada sobre Llanura Aluvial .................................................. 112 Figura 68. Procesos Morfodinámicos en la Quebrada Los Gómez................................. 113 Figura 69. Evolución de Cauce – Quebrada Los Gómez, Enero 31/2001 ...................... 114 Figura 70. Evolución de Cauce – Quebrada Los Gómez, Junio 28/2006 ....................... 114 Figura 71. Evolución de Cauce – Quebrada Los Gómez, Febrero 19/2012 ................... 114 Figura 72. Localización de las Perforaciones en la Zona de Estudio .............................. 117 Figura 73. Localización de las Perforaciones en la Zona de Estudio .............................. 117 Figura 74. Curvas Granulométricas ............................................................................... 119 Figura 75. Carta de Plasticidad de Casagrande ............................................................. 120 Figura 76. Variación del Número de Golpes Obtenido del Ensayo SPT y Humedad con la

Profundidad ............................................................................................................ 121 Figura 77. Método Aproximado de Evaluación de los Parámetros Efectivo de Resistencia

c’ y φ’ ..................................................................................................................... 122




X

Figura 78. Sección Típica en Canal ............................................................................... 124 Figura 79. Sección Típica en Cobertura ......................................................................... 124 Figura 80. Sección Típica de Talud – Análisis con Sismo y Nivel Freático ..................... 129 Figura 81. Sección Típica de Talud – Análisis Tratado con Nails y Drenes Horizontales 129 Figura 82. Implementación de la Solución ..................................................................... 130 Figura 83. Detalle de las Rondas de Corona para Drenaje de Taludes .......................... 134 Figura 84. Detalle de la Cuneta a Mitad del Talud ......................................................... 135 Figura 85. Detalle de los Drenes Horizontales ............................................................... 137 Figura 86. Revegetalización de Canales ........................................................................ 140 Figura 87. Zonas a Tratar con Trinchos Vivos para la Prevención de Cárcavas ............ 141 Figura 88. Detalle Trinchos en Taludes ......................................................................... 141 Figura 89. Dimensiones Típicas de Diseño del Canal (Zona Escalonada) ..................... 148 Figura 90. Dimensiones Típicas de Diseño de la Cobertura........................................... 150 Figura 91. Cargas Consideradas para el Diseño del Canal ............................................ 151 Figura 92. Modelo Estructural para el Análisis del Canal ............................................... 157 Figura 93. Resultados del Modelo Estructural del Canal ................................................ 158 Figura 94. Revisión de la Fisuración .............................................................................. 164 Figura 95. Curva para el Cálculo de Cc ......................................................................... 166 Figura 96. Diferentes Posiciones de la Carga Vehicular ................................................ 169 Figura 97. Presión de Tierras en las Paredes de la Cobertura ....................................... 170 Figura 98. Modelo Estructural para el Análisis de la Cobertura ...................................... 175 Figura 99. Resultados Gráficos de la Cobertura ............................................................ 175 Figura 100. Revisión de la Fisuración de la Cobertura ................................................... 184 Figura 101. Presas de Concreto Ciclópeo ...................................................................... 185 Figura 102. Cargas Consideradas para el Análisis de la Presa ...................................... 186 Figura 103. Ubicación de las Cargas en la Presa .......................................................... 188




XI




12

1 INTRODUCCIÓN

El presente estudio contempla el estudio hidrológico, hidráulico, geotécnico y estructural

de un tramo sobre la quebrada La Peladero, específicamente en la verada Los Gómez,

corregimiento El Manzanillo del municipio de Itagüí, se busca dar solución a la

problemática que afecta una vasta zona en la parte rural del municipio, en una longitud

aproximada de 300 metros a lo largo del cauce actual; de tal forma que se puedan

establecer las acciones que se deberán acometer para estabilizar el cauce y minimizar las

amenazas tanto por inundaciones como por desestabilización de márgenes.

Se busca determinar los caudales máximos para 2.33, 5, 10, 25, 50 y 100 años de periodo

de retorno, con el fin de realizar posteriormente el diseño hidráulico de las obras

necesarias para la recuperación ambiental del tramo en estudio, la cual actualmente

presenta afectaciones tales como socavación, erosión lateral, incisión vertical y

desbordamientos periódicos.

Por lo extenso de la metodología empleada en el presente estudio, y para no desviar la

atención del objeto fundamental; se presentará la metodología de cada uno de los temas

en el Anexo A.

Este informe consta de doce capítulos y doce anexos que contienen:

Capítulo uno: Introducción, objetivos, localización general del tramo en estudio e

información disponible.

Capítulo dos: Características morfométricas de la cuenca.

Capítulo tres: Estudio hidrológico de la cuenca en estudio.

Capítulo cuatro: Estudio hidráulico en condiciones existentes.

Capítulo cinco: Diagnóstico de la zona de estudio.




13

Capítulo seis: Análisis de alternativas.

Capítulo siete: Estudio hidráulico en condiciones proyectadas.

Capítulo ocho: Estudio geotécnico.

Capítulo nueve: Estudio estructural.

Capítulo diez: Limitaciones del estudio.

Capítulo once: Conclusiones.

Capítulo doce: Bibliografía empleada para la realización del presente estudio.

Anexo A. Metodología empleada en el estudio.

Anexo B: Resultados de la modelación hidráulica en condiciones existentes y

proyectadas.

Anexo C. Resultados borde libre teórico.

Anexo D. Plano con la localización de la cuenca y los polígonos de Thiessen.

Anexo E. Levantamiento topográfico del tramo de la quebrada La Peladero.

Anexo F. Plano con planta-perfil, secciones y detalles de las obras proyectadas.

Anexo G. Localización de los sondeos y de las zonas inestables.

Anexo H. Registro fotográfico de las muestras.

Anexo I. Registros de perforación.

Anexo J. Registro de exploración de campo.

Anexo K. Detalles estructurales.

Anexo L. Cantidades de Obra y Presupuesto

1.1 OBJETIVO GENERAL

El objetivo principal de este estudio es diseñar las obras requeridas sobre la quebrada La

Peladero, desde el componente hidráulico, geotécnico y estructural, necesarias para la

recuperación ambiental del tramo en estudio.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar los parámetros morfométricos principales de la corriente hasta el sitio de

interés y realizar el análisis de los caudales estimados para creciente de 2.33, 5, 10

25, 50 y 10 años de periodo de retorno.




14

Seleccionar los caudales definitivos para cada período de retorno, los cuales se

emplearán para la evaluación hidráulica del tramo en estudio.

Hacer una evaluación hidráulica de las condiciones existentes y proyectadas del tramo

en estudio.

Hacer el diagnóstico del tramo de interés desde el componente hidráulico y

geotécnico.

Realizar un análisis de las alternativas de obras requeridas en la quebrada La

Peladero.

Diseñar las obras requeridas para la contención del flujo de la quebrada La Peladero y

evaluar el riesgo ante inundación del tramo en estudio.

Realizar el diseño de las obras de drenaje necesarias para el control del flujo

superficial y sub-superficial.

Realizar el estudio geológico y geotécnico a nivel regional y local, y dar las

recomendaciones necesarias para la estabilización de los taludes.

Diseñar estructuralmente las obras propuestas.

1.3 LOCALIZACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

La zona de estudio se ubica en la vereda Los Gómez, municipio de Itagüí; es vereda se

localiza sobre la parte central del corregimiento El Manzanillo. En su parte central es

disectada por la quebrada La Peladero, entre las coordenadas 1.176.400 - 1.176.800

Norte y 830.400 - 830.700 Este, a una altura promedio de 1749 metros sobre el nivel del

mar. En la Figura 1 se puede ver la localización de la zona de estudio.




15

Figura 1. Localización General de la Zona de Estudio




16

1.4 INFORMACIÓN DISPONIBLE

A continuación se lista la información hidrometeorológica y cartográfica disponible.

1.4.1 Información Hidrometeorológica

Con ayuda del catálogo de estaciones meteorológicas de EPM (Empresas Públicas de

Medellín) se elaboraron los polígonos de Thiessen los cuales se muestran en la Anexo D,

empleando para esto las estaciones pluviográficas con información disponible de curvas IDF; se

encontró que las estaciones incidentes en la cuenca son las estaciones pluviográficas San

Antonio de Prado y Planta de Tratamiento Ayurá; la primera tiene 74,08% de incidencia sobre

la zona en estudio y la estación Planta de Tratamiento Ayurá tiene el 25,92% de incidencia, a

continuación en la Figura 2 se muestra la localización de la cuenca y los polígonos de

Thiessen; y en la Tabla 1 se muestra la información de estas estaciones pertenecientes a EPM.

1.4.2 Información Cartográfica Disponible

Para la elaboración del estudio hidrológico se utilizaron las curvas de nivel en escala 1:5.000 de

la Secretaría de Medio Ambiente del Municipio de Itagüí y de Medellín.

1.4.3 Información Secundaria

Se efectuó una visita al AREA METROPOLITANA DEL VALLE DE ABURRA, al AULA

AMBIENTAL, así mismo a CORANTIOQUIA y al DAPARD para recopilar la información de los

estudios existentes en la zona de interés o afines. No se encontró ningún estudio ambiental o

diseños de dicha quebrada en las instituciones visitadas. Por lo cual se realizó una búsqueda en

la página de internet del municipio de Itagüí, donde se encontraron los siguientes mapas del

POT: AMENAZAS NATURALES POR INUNDACIÓN y VULNERABILIDAD. Estos mapas serán

tenidos en cuenta en el diagnóstico de la zona de estudio.




17

Figura 2. Localización de las Cuencas y Estación de Incidencia




18

Tabla 1. Información General de la Estación de Incidencia en la Zona de Estudio

CÓDIGO TIPO NOMBRE

ESTACIÓN ENTIDAD

COORDENADAS* ELEVACIÓN LONGITUD

DE REGISTRO

INFORMACIÓN QUE POSEE

PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL. REVISTA

HIDROMETEOROLÓGICA DE EPM/NOV. DE 2005

ESTE NORTE msnm AÑOS mm

2701038 PG San Antonio de

Prado EPM 824660.00 1175940.00 2000 62

Ecuación Curva IDF

2045,20

2701093 PG Planta de

Tratamiento Ayurá EPM 835380.00 1173830.00 1750 39

Ecuación Curva IDF

1796,80

PG: Estación Pluviográfica.

* Sistema coordenado con datum en el Observatorio de Bogotá D.C.




19

2 CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA

En el presente capítulo se hará la descripción de las características morfométricas de la

cuenca de la quebrada La Peladero hasta el sitio de interés.

La quebrada La Peladero se localiza en el municipio de Itagüí, en límites con el municipio

de Medellín, específicamente en la zona de explotación de la vereda Los Gómez, es una

corriente permanente que corresponde a un cuenca tributaria de la quebrada El Ajizal,

nace en la elevación 1911,00 msnm.; el punto de interés se encuentra en la cota 1641,00

msnm. Las coordenadas que limitan la cuenca son las siguientes: 1.176.400 - 1.177.000

Norte y 829.600 - 830.700 Este.

2.1 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS

Se determinaron los parámetros morfométricos sobre la cuenca en estudio, en las

coordenadas 830.668,50 Este, 1.176.666,84 Norte, los parámetros de la cuenca se

muestran a continuación en la Tabla 2, mientras que en el Anexo D se muestra el plano

con la localización de las cuencas y los polígonos de Thiessen.

Tabla 2. Parámetros Morfométricos de la Cuenca de la

Quebrada La Peladero

PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS UNIDADES QUEBRADA

LA PELADERO

Área de la Cuenca A = km² 0,258

Longitud del Sitio de Interés a la Divisoria en Línea Recta

L = km 1,00

Longitud Máxima de Flujo Lm = km 1,30

Ancho Medio de la Cuenca W = km 0,20

Perímetro de la Cuenca P = km 2,51




20

PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS UNIDADES QUEBRADA

LA PELADERO

Longitud Cauce Principal Lc = km 1,30

Pendiente Cauce Principal Sc = % 21,99

Pendiente Media de la Cuenca S = % 40,93

Cota Nacimiento Cauce Principal CN = m.s.n.m. 1911,00

Cota Sitio de Interés o de Estudio CSI = m.s.n.m. 1626,00

Cota más Alta sobre la Divisoria CD = m.s.n.m. 1911,00

Longitud desde el Sitio de Interés al Centro de Gravedad

Lg = km 0,54

Relación de Relieve Rr = m/km 285,00

Índice de Compacidad o Índice de Gravelius K = Adim. 1,39

Índice de Horton Rf = Adim. 0,15

Índice de Elongación Re = Adim. 0,575

Densidad de Drenaje D = m/km² 6272,16

Sinuosidad Hidráulica Sh = Adim. 1,30

Índice de Torrencialidad IT = Corrientes de Orden 1/km2

19,38

Número de Corrientes de Orden 1 W=1 Adim. 5

Número de Corrientes de Orden 2 W=2 Adim. 1

Número de Orden W= Adim. 2

Altura Máxima sobre la Cuenca Hmáx= m.s.n.m. 1911,00

2.2 MORFOMETRÍA DE LA CUENCA

La quebrada La Peladero hasta el sitio del proyecto es una corriente con una sinuosidad

total de 1,30, según Rosgen (1994) el cauce tendría una sinuosidad moderada. El índice

de compacidad hidráulica o de Gravelius indica que la cuenca tiene forma oval-redonda a

oval-oblonga, el índice de Horton hace referencia a una cuenca rectangular que drena

hacia una esquina.

La cuenca de la quebrada La Peladero tiene un relieve con pendientes empinadas; se

reportan en la cartografía tramos con pendiente máxima de 56,86°, se puede decir que el

97,71% de las pendientes de la cuenca se encuentran entre 2,86° (5,0%) y 38,66°

(80,0%). La relación de relieve para todas las cuencas indica un descenso importante del

relieve por cada kilómetro de longitud; lo que influye en la velocidad de flujo que es alta,

en el tiempo de descenso de la creciente que es corto y por ende en la capacidad de

arrastre de material grueso que es alta.




21

El orden de la cuenca es de 2 o sea que es una cuenca joven, lo que indica que la red de

drenaje aún no está ramificada en su totalidad, se puede asociar a suelos impermeables,

lo que genera respuestas muy rápidas ante eventos de lluvia intensos. Por otra parte, la

densidad de drenaje es un indicador de la respuesta de la cuenca ante un aguacero, y,

por tanto, condiciona la forma del hidrograma resultante en el desagüe de la cuenca. Para

la cuenca de la quebrada La Peladero se tienen valores de densidad de drenaje muy

altos, lo que indica que el flujo es más dominante en el cauce frente al flujo de ladera, lo

que se traduce a un menor tiempo de respuesta de la cuenca, y por lo tanto un menor

tiempo al pico del hidrograma.

Se obtuvo el histograma de frecuencias a partir del mapa de pendientes de la cuenca de

la quebrada La Peladero, tal como se muestra en la Figura 3, en este se puede ver el

valor de la pendiente media, el cual se listó en la Tabla 2.

Figura 3. Histograma de Pendientes

A continuación en la Figura 4 se incluyen el modelo digital del terreno de la cuenca de la

quebrada La Peladero, para lo cual se procedió a generar un raster en ArcGIS 10

utilizando el método de Interpolación Triangular Irregular Network (TIN) con una

resolución (tamaño de pixel) de 5,00 m, y se incluye el mapa de pendiente de la cuenca.




22

Figura 4. Mapa de Elevación y Mapa de Pendientes de la Cuenca en Estudio




23

3 ESTUDIO HIDROLÓGICO

El estudio hidrológico tiene por objeto la estimación de los caudales máximos asociados a

los siguientes períodos de retorno 2,33, 5, 10, 25, 50 y 100 años, en la cuenca de la

quebrada La Peladero o Los Gómez hasta el sitio de interés. En la estimación de

caudales se utilizaron los métodos descritos en el Numeral 1.3 del Anexo A. En el Anexo

D se muestra la cuenca de la quebrada La Peladero hasta el punto de estudio donde se

estimaron los caudales máximos, así como la localización de las estaciones y los

polígonos de Thiessen.

3.1 CÁLCULO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

Para el cálculo del tiempo de concentración se aplicaron las ecuaciones descritas en el

Numeral 1.1 del Anexo A, a continuación en la Tabla 3 se reportan los resultados

obtenidos del tiempo de concentración para la cuenca en estudio, así mismo en esta tabla

se muestra el valor definitivo con el cual se efectuaron los cálculos siguientes.

Tabla 3. Tiempos de Concentración para la Cuenca en Estudio

ECUACIÓN

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (Tc)

CUENCA QUEBRADA LA PELADERO

horas minutos

Témez (1978) 0,20 12,19

Kirpich (1990) 0,14 8,70

California Culvert Practice (1942) 0,15 8,71

SCS - Ranser 0,14 8,70

Giandotti (1990) 0,29 17,67

Chow 0,24 14,15

Tc Definitivo 0,15 8,70




24

El valor del tiempo de concentración definitivo se adoptó como el promedio de los valores

que tienen el mismo orden de magnitud (Resaltados con color azul en Tabla 3).

3.2 CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN

Los valores de la intensidad de precipitación, la precipitación total y la precipitación

efectiva para los diferentes períodos de retorno y para una condición de humedad

antecedente del suelo AMCIII se calcularon de acuerdo con la metodología que se

presentó en el Numeral 1.2 del Anexo A y las estaciones de incidencia de la cuenca que

se presentaron en la Tabla 1, los resultados obtenidos se muestran a continuación en la

Tabla 4.

Tabla 4. Intensidad de Precipitación, Precipitación Total y Precipitación Efectiva

para la Cuenca en Estudio


PERÍODO DE RETORNO

INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN

PRECIPITACIÓN TOTAL

PRECIPITACIÓN EFECTIVA AMCIII

Tr I P Pe

(Años) (mm/h) (mm) (mm)

2,33 108,25 15,70 2,57

5 148,29 21,51 5,59

10 180,33 26,15 8,49

25 220,63 32,00 12,55

50 250,27 36,30 15,76

100 279,70 40,56 19,09

3.3 CARACTERIZACIÓN DEL RÉGIMEN DE PRECIPITACIÓN

La caracterización de la precipitación en la cuenca se realizó utilizando los registros

mensuales de las estaciones de incidencia. La distribución de la precipitación mensual

promedio de las estaciones San Antonio de Prado y Planta de Tratamiento Ayurá, las

distribuciones de dichas estaciones se muestran a continuación en las Figuras 5 y 6

respectivamente.




25

Según lo observado en las Figuras 5 y 6, se puede establecer que el régimen de

precipitación en la cuenca es bimodal con dos períodos húmedos que fluctúan entre los

meses de Abril a junio y de septiembre a noviembre y dos períodos secos, uno en de julio

a agosto y el otro de diciembre hasta marzo.

Figura 5. Distribución de Precipitación Mensual Promedio Estación San Antonio de

Prado

Figura 6. Distribución de Precipitación Mensual Promedio Planta de Tratamiento

Ayurá




26

3.4 PRECIPITACIÓN PROMEDIA MULTIANUAL PONDERADA

La precipitación promedia multianual de la cuenca en estudio, corresponde a la

ponderación de la precipitación media de las estaciones San Antonio de Prado y Planta

de Tratamiento Ayurá igual a 1980,81 mm.

3.5 CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE CRECIENTE

A continuación se muestra el cálculo de los caudales de creciente a partir de los

procedimientos descritos en la metodología.

3.5.1 Determinación del Coeficiente de Escorrentía Ponderado (C)

Para aplicar la Ecuación Racional se debe establecer el valor del coeficiente de

escorrentía, este valor fue ponderado de acuerdo a los usos del suelo de la cuenca

obtenidos del POT del municipio de Medellín del año 2006. Los valores de porcentaje de

área de usos de suelo para cada una de las cuencas se muestran a continuación en la

Tabla 5 y en la Figura 7, en la Tabla 6 se indican los coeficientes de escorrentía

ponderados para la cuenca.

Tabla 5. Porcentajes de Usos del Suelo para la Cuenca

TIPO


ÁREA (%)

Pastos Pobres – Zona de Explotación

94,61

Pastos Promedio 5,39




27

Figura 7. Mapa de Usos del Suelo – Cuenca de la Quebrada La Peladero

Tabla 6. Valores Ponderados para el Coeficiente de Escorrentía


PERÍODO DE RETORNO

C (AUSTIN, TEXAS)

C (ANTIOQUIA) C CALIBRADOS

PARA LA CONDICIÓN DE HUMEDAD (CN III)

Tr (Años) C

2,33 0,40 0,28 0,16

5 0,43 0,31 0,26

10 0,45 0,32 0,32

25 0,49 0,35 0,39

50 0,52 0,37 0,43

100 0,55 0,39 0,47




28

3.5.2 Cálculo de Pérdidas Hidrológicas

Para evaluar el comportamiento de los suelos y su influencia en la capacidad de descarga

se empleó el método de cálculo de las abstracciones hidrológicas del Soil Conservation

Service (SCS) empleando el Número de Curva (CN) para una condición de humedad

antecedente AMC III, en la Tabla 7 se muestran los valores típicos utilizados (Chow,

1994).

Tabla 7. Número de Curva (CN) para los Diferentes Usos del Suelo

USOS DEL SUELO GRUPO HIDROLÓGICO

A B C D

Pastos en Condiciones Pobres 68,00 76,00 86,00 89,00

Áreas Abiertas – Cubiertas de Pasto entre un 50% y un 75%

49,00 69,00 79,00 84,00

Se determinó el número de curva para la condición de humedad antecedente para suelos

saturados (AMC III) y para un suelo tipo C (Arcillas, como los que se encuentran en las

zonas de antiguos cuerpos de agua (Suelos impermeables)). Para la cuenca de la

quebrada La Peladero en estudio CN III (C) = 89,85.

3.5.3 Distribución de la Precipitación en el Tiempo

Para la distribución de la precipitación en el tiempo se utilizó la envolvente para un nivel

de probabilidad del 50% correspondiente al primer cuartil de las curvas de la estación San

Antonio de Prado. (Cárdenas, 1995).

3.5.4 Resultados Obtenidos

Se calcularon los caudales máximos para una humedad antecedente del suelo AMC III y

para la cuenca en estudio, para ello se siguió la metodología descrita en el Numeral 1.3

del Anexo A, los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 8 y en la Figura 8; para la

determinación del caudal de diseño se tuvo en cuenta que los valores se encontraran




29

dentro del mismo rango (resaltados con color azul y amarillo), y con ellos se efectuó el

cálculo del valor promedio.

Tabla 8. Caudales Máximos Condición de Humedad AMC III

Quebrada La Peladero – (m³/s)

PERÍODO DE

RETORNO ECUACIÓN RACIONAL

Tr (Años) COEFICIENTES

DE AUSTIN (TEXAS)

COEFICIENTES PARA

ANTIOQUIA

COEFICIENTES EN FUNCIÓN

DEL CN

2,33 3,07 2,19 1,26

5 4,52 3,23 2,75

10 5,76 4,11 4,17

25 7,67 5,48 6,16

50 9,24 6,60 7,74

100 10,93 7,81 9,38

Tabla 8. (Continuación) Caudales Máximos Condición de Humedad AMC III

Quebrada La Peladero – (m³/s)

PERÍODO DE

RETORNO SNYDER SCS CLARK

WILLIAMS & HANN

PROMEDIO DESVIACIÓN ÉSTANDAR

LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

Tr (Años) x s x+s x-s

2,33 1,03 1,00 0,60 1,00 1,59 0,86 2,45 0,74

5 2,34 2,20 1,33 2,22 2,88 0,90 3,77 1,98

10 3,60 3,39 2,03 3,38 4,07 0,90 4,96 3,17

25 5,37 5,05 3,02 5,05 5,80 1,00 6,80 4,79

50 6,77 6,38 3,80 6,39 7,19 1,12 8,31 6,06

100 8,28 7,75 4,61 7,79 8,66 1,28 9,93 7,38

(*) Las diferencias en el promedio obedecen a que el programa fuente trabaja con todas

las cifras decimales.




30

Figura 8. Variación de los Caudales Máximos con el Período de Retorno, Cuenca A

En la Figura 8 se muestran los caudales que presentan el mismo orden de magnitud, no

se tuvieron en cuenta aquellos hallados por la hidrógrafa de Clark, por lo cual no se tienen

en cuenta para el cálculo del valor medio, se puede inferir que los métodos que presentan

la misma tendencia son: la Ecuación Racional con los coeficientes determinados para

Austin (Texas), para Antioquia y a partir del número de curva, la hidrógrafa unitaria del

SCS, la hidrógrafa unitaria de Snyder, y el hidrograma unitario de Williams y Hann, se

descartan los caudales obtenidos por la Ecuación Racional con los coeficientes definidos

para Austin (Texas) por encontrarse por encima de la banda del límite superior, se

escogen como caudales de diseño aquellos valores máximos que se encuentren entre el

valor medio y el límite superior, por lo cual se escogen como caudales de diseño los

obtenidos por la Ecuación Racional con los coeficientes determinados para Antioquia para

2.33 y 5 años de periodo de retorno y los obtenidos por la Ecuación Racional con los

coeficientes definidos a partir del número de curva para 10, 25, 50 y 100 años de periodo

de retorno. Dichos caudales se presenta en la Tabla 8 (Resaltados en amarillo).




31

A continuación en la Tabla 9 se muestran los caudales definitivos de diseño para la

cuenca de la quebrada La Peladero, los cuales serán utilizados en la siguiente fase del

estudio correspondiente a la modelación hidráulica del tramo de interés.

Adicionalmente se determinó el caudal de 100 años de periodo de retorno con un

incremento del 40% como factor de seguridad, ya que la corriente presenta características

tales que la hacen susceptible a flujos torrenciales y caída de material de arrastre en el

cauce.

Tabla 9. Caudales Máximos de Diseño Seleccionados para la Cuenca de la

Quebrada La Peladero (m³/s)

Tr (Años)

CAUDAL (m3/s)

AMC III

2,33 2,19

5 3,23

10 4,17

25 6,16

50 7,74

100 9,38

100X1,4 13,13




32

4 ESTUDIO HIDRÁULICO EN CONDICIONES EXISTENTES

El objetivo de este capítulo es el de mostrar la modelación hidráulica en condiciones

existentes del tramo de la quebrada La Peladero en inmediaciones de la vereda Los

Gómez, ubicada en el municipio de Itagüí, departamento de Antioquia.

Se realizó el análisis hidráulico para los caudales definitivos de diseño que se muestran

en la Tabla 9 asociados a las crecientes con período de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50,

100 y 100x1.4 años, a continuación se muestra la modelación hidráulica realizada en el

programa HEC-RAS 4.1.0.

4.1 CONDICIONES DE FRONTERA PARA MODELACIÓN HIDRÁULICA

Se realiza la estimación de niveles y perfiles hidráulicos para el cauce de la quebrada bajo

las condiciones existentes. Este análisis es muy importante para detectar los problemas

hidráulicos asociados a velocidades por encima de las permisibles o a controles

hidráulicos que puedan ocasionar problemas de desbordamiento o represamiento del

flujo. Para los análisis anteriores, se utiliza el software que calcula perfiles de flujo

utilizando el método estándar por pasos, como es el caso del HEC-RAS 4.1.0, siguiendo

la metodología descrita en el Numeral 1.4 del Anexo A.

En la elaboración del modelo hidráulico las secciones transversales se abscisaron desde

aguas arriba, partiendo de la abscisa K0+0.00, hacia aguas abajo; pero el programa HEC-

RAS las enumera comenzando en el punto más bajo del tramo en estudio; esto obedece a

una recomendación que permite facilitar la simulación hidráulica; sin embargo, en este

informe se hace claridad respecto a los abscisados en los resultados que se presentan

para el tramo en estudio y en el Anexo B correspondiente a las tablas con los resultados

de la modelación hidráulica para todos los periodos de retorno.




33

4.1.1 Geometría de la Quebrada

El tramo de estudio inicia 15 metros aguas arriba de la obra de cruce, se presenta una

llanura de inundación en la margen derecha de la quebrada. A continuación en las

Figuras 9 y 10 se muestra la zona de estudio.

Figura 9. Zona de Estudio – Quebrada y Salida Alcantarilla Existente

Figura 10. Zona de Estudio – Quebrada La Peladero

Alcantarilla Existente

Aguas Abajo

Aguas Abajo

Llanura de Inundación





34

4.1.2 Coeficientes de Expansión y Contracción

Para efectos del presente estudio se toman coeficientes de expansión y contracción de

0,10 y 0,30 respectivamente.

4.1.3 Coeficiente de Rugosidad de Manning (n)

Para realizar la modelación hidráulica del tramo en estudio es necesario calcular el valor

del coeficiente de rugosidad de Manning, para tal fin se empleó la metodología descrita en

el Numeral 1.5 del Anexo A. En la Figura 11 se observa el material de fondo del cauce,

el cual se empleó para calcular el n de Manning. En la Figura 12 se muestra la curva

granulométrica del lecho y en la Tabla 10 se muestra el n de Manning para la corriente.

Figura 11. Material del Fondo del Cauce




35

Figura 12. Curva Granulométrica del Material del Lecho

De la Figura 12 se obtienen los siguientes diámetros característicos:

D50 = 55 mm.

D75 = 120 mm.

D90= 230 mm.

Tabla 10. Cálculo del Coeficiente de Rugosidad de Manning

ECUACIÓN COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

DE MANNING

Lane y Carlson (1953) 0,033

Meyer - Peter - Muller (1948) 0,030

Garde & Raju (1978), Subramanya (1982) 0,029

Regionalización para Antioquia 0,030

Promedio 0,031

4.1.4 Cálculo del Coeficiente de Rugosidad - Método de Cowan

Utilizando la ecuación que se relacionó en el Numeral 1.6 del Anexo A se obtiene el

coeficiente de rugosidad mayorado a partir del valor normal dado en la Tabla 10. En la

Tabla 11 se muestra el cálculo del coeficiente de rugosidad por el método de Cowan.




36

Tabla 11. Método de Cowan y sus Factores de Cálculo Utilizados

FACTOR VALOR

Material involucrado Grava n0 = 0,031

Grado de irregularidad Moderado n1 = 0,010

Variaciones de la sección transversal

Ocasionalmente Alternante

n2 = 0,010

Efectos de obstrucciones Severo n3 = 0,040

Vegetación Media n4= 0,010

Grados de los efectos de meandros

Apreciable m5 = 1,15

n0 = 0,031 que es el coeficiente de rugosidad de Manning obtenido con la granulometría

superficial.

543210 m)nnnnn(n

116,015,1x)010,0040,0010,0010,0031,0(n

Las rugosidades empleadas en el modelo hidráulico son:

Para el cauce n = 0,116, correspondiente al cálculo efectuado con la metodología de

Cowan y para las márgenes n = 0,040, correspondiente a ríos de montaña, con laderas de

pendientes pronunciadas, flujo de escombros, lecho con grava, canto rodado y rocas,

para las obras existentes y proyectadas en concreto se empleó un n = 0,015, y en piedra

pegada se empleó un n=0.030.

4.2 CONDICIONES DEL MODELAMIENTO

El modelamiento se realizó considerando las siguientes condiciones:

Condición de borde aguas arriba y aguas abajo: Profundidad Crítica y Profundidad

Normal con pendiente de 0,11456 m/m.

Régimen de flujo supercrítico.

Coeficientes de expansión y contracción según el Numeral 4.1.2.

Rugosidades según Numeral 4.1.4.




37

Perfiles de flujo estimados para la condición existente.




38

4.3 MODELO DIGITAL DEL TERRENO - TRAMO DE INTERÉS

En la Figura 13 se muestra el modelo digital de terreno generado con un sistema de

información geográfico SIG y la topografía levantada en el sitio, en este caso se utilizó el

ArcGIS 10.1.

Figura 13. Modelo Digital del Terreno (MDT) – Condiciones Existentes

4.4 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN EN HEC RAS 4.1.0

Se evaluaron las condiciones existentes en el tramo de estudio, para tal fin se utilizaron

los caudales de creciente definitivos calculados en la Tabla 9. La evaluación hidráulica

comprende un tramo de 330m siguiendo un eje de quebrada trazado sobre el

levantamiento topográfico realizado en campo con secciones cada 10,0 m más las

secciones inicial y final del tramo. El tramo de interés comienza 15,0 m aguas arriba de la




39

obra de cruce vial. Antes de correr el perfil de flujo en el programa HEC.-RAS 4.1.0, se

interpolaron secciones de modo que la distancia máxima entre secciones fuera de 1 m. En

la Figura 14 la topología general del tramo modelado. En el Anexo B se muestran los

resultados de la modelación para todos los periodos de retorno.

Figura 14. Topología General del Tramo Modelado en HEC-RAS 4.1.0

VEREDA LOS GOMEZQDA LA PEL

AD ERO

A continuación en las Figuras 15 a 20 se muestran algunas secciones del tramo

modelado de la quebrada La Peladero.

Obra de Cruce Alcantarilla Circular de 32”




40

Figura 15. Obra de Cruce Existente – Sección Aguas Arriba

0 5 10 15 20 25 301661

1662

1663

1664

1665

1666

1667

LA PELADERO Plan : CONDICION MEDIA n=0.116_AMCIII 03/02/2013 River = QDA LA PELADERO Reach = VEREDA LOS GOMEZ PUENTE

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 2.33

WS 5

WS 10

WS 25

WS 50

WS 100

WS 100x1.4

Ground

Levee

Bank Sta

.04 .116

.04

Figura 16. Obra de Cruce Existente – Sección Aguas Abajo

0 5 10 15 20 25 301658

1659

1660

1661

1662

1663

1664

LA PELADERO Plan : CONDICION MEDIA n=0.116_AMCIII 03/02/2013 River = QDA LA PELADERO Reach = VEREDA LOS GOMEZ PUENTE

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 2.33

WS 5

WS 10

WS 25

WS 50

WS 100

WS 100x1.4

Ground

Bank Sta

.04 .116

.04




41

Figura 17. Quebrada La Peladero – Sección 280.42, Abscisa 60

0 5 10 15 20 25 30 351657

1658

1659

1660

1661

1662

1663

LA PELADERO Plan : CONDICION MEDIA n=0.116_AMCIII 03/02/2013 River = QDA LA PELADERO Reach = VEREDA LOS GOMEZ 60.0

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 50

WS 25

WS 100x1.4

WS 100

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Levee

Bank Sta

.04 .116 .04


0 5 10 15 20 25 30 351652

1653

1654

1655

1656

1657

1658


Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100

WS 100x1.4

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Levee

Bank Sta

.04 .116

.04




42


0 10 20 30 40 501651

1652

1653

1654

1655

1656

1657

1658


Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100x1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Levee

Bank Sta

.04 .116 .04


0 10 20 30 40 501644

1646

1648

1650

1652

1654


Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100x1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Bank Sta

.04 .116 .04




43

De las figuras anteriores se puede ver que el flujo para todos los periodos de retorno

incluyendo el caudal de 100 años incrementado en un 40% son contenidos en la mayoría

de los casos por las márgenes del cauce, excepto entre las abscisas 110 a 150 (Figuras

18 y 19), donde no existe una sección definida del cauce y el flujo se distribuye hacia la

margen derecha del eje de la quebrada, además se verificó la capacidad hidráulica de la

obra de cruce existente y que corresponde a una alcantarilla circular de 32”, dicha obra

trabaja al 100% de su capacidad hidráulica, en las Figuras 15 y 16 se puede ver que el

flujo entra a presión; es decir la tubería de cruce es insuficiente hidráulicamente para

todos los periodos de retorno.

En la Tabla 12 se muestra un resumen de las velocidades y profundidades de flujo

obtenidas en la modelación bajo el escenario de condiciones existentes para los caudales

correspondientes a 2,33, 5, 10, 25, 50, 100 y 100x1,4 años de periodo de retorno para

todo el tramo modelado.

Tabla 12. Velocidades y Profundidades para todos los Periodos de Retorno – Tramo

en Estudio (Quebrada La Peladero)

Tr (AÑOS) VELOCIDAD MEDIA

DEL FLUJO (m/s) PROFUNDIDAD MEDIA

DEL FLUJO (m)

2,33 2,00 0,46

5 2,16 0,57

10 2,35 0,64

25 2,46 0,79

50 2,56 0,92

100 2,66 1,01

100x1,4 2,73 1,18

Acerca del comportamiento y los resultados obtenidos del perfil de flujo a lo largo del

cauce de la quebrada La Peladero se puede observar que para el tránsito de la creciente

con caudales con periodo de retorno de 100 años, se presenta una velocidad promedio a

de 2,66 m/s, valor que es frecuente en este tipo de cauces naturales cuando se presenta

una avenida con periodo de retorno alto.




44

5 DIAGNÓSTICO ZONA DE ESTUDIO

La quebrada La Peladero en la zona de estudio presenta un cauce intervenido

antrópicamente, donde se observan procesos de socavación y erosión lateral, incisión

vertical del lecho, así como desbordamiento periódicos. La comunidad asentada en sus

márgenes le ha dado inadecuados uso a este cuerpo de agua vertiendo sus aguas

residuales, también se ha visto afectada por algunos desbordamientos y procesos de

remoción de masa que le generan un ambiente de zozobra a la comunidad.

A continuación en la Figura 21 se muestran algunos de los problemas vistos en la zona

de estudio.

Figura 21. Erosión y Carcavamiento en los Taludes

En la Figura 22 se puede ver el agrietamiento en el muro de la cancha, y que se

encuentra con riesgo de volcarse.

Carcavamiento Erosión del Talud




45

Figura 22. Agrietamiento de la Cancha

Se puede decir, que los problemas de estabilidad están directamente relacionados

con la presencia de humedecimiento de los suelos lo que produce erosión interna,

desconfinamiento del suelo y reducción de la capacidad de soporte y el

desplazamiento y agrietamiento de las estructuras. Este fenómeno es causado por

los desbordes periódicos que tiene la quebrada en el sitio de estudio. En la Figura

23 se puede ver la zona de inundación en la margen derecha del cauce de la

quebrada La Peladero, en las que se pueden ver algunos empozamientos de agua.

Figura 23. Llanura de Inundación – Quebrada La Peladero

Agrietamiento Agrietamiento


Empozamiento de Agua




46

5.1 ASPECTO HIDRÁULICO

Como se indicó en el Capítulo 2, la cuenca de la quebrada La Peladero tiene un relieve

con pendientes empinadas; donde se reportan en la cartografía tramos con pendiente

máxima de 56,86°, se puede decir que el 97,71% de las pendientes de la cuenca se

encuentran entre 2,86° (5,0%) y 38,66° (80,0%). La relación de relieve para toda la

cuenca indica un descenso importante del relieve por cada kilómetro de longitud; lo que

influye en la velocidad de flujo de la corriente, en el tiempo de descenso de la creciente

que es corto y por ende en la capacidad de arrastre de material grueso que es alta.

El orden de la cuenca es de 2 o sea que es una cuenca joven, lo que indica que la red de

drenaje aún no está ramificada en su totalidad, se puede asociar a suelos impermeables,

lo que genera respuestas muy rápidas ante eventos de lluvia intensos. Por otra parte, la

densidad de drenaje es un indicador de la respuesta de la cuenca ante un aguacero, y,

por tanto, condiciona la forma del hidrograma resultante en el desagüe de la cuenca. Para

la cuenca de la quebrada La Peladero se tienen valores de densidad de drenaje muy

altos, lo que indica que el flujo es más dominante en el cauce frente al flujo de ladera, lo

que se traduce a un menor tiempo de respuesta de la cuenca, y por lo tanto un menor

tiempo al pico del hidrograma.

De la modelación hidráulica del tramo en estudio en condiciones existentes, se tiene que

la obra de cruce es hidráulicamente insuficiente para todos los periodos de retorno, tal

como se puede ver en el perfil que se muestra en la Figura 24. Se obtuvo que en la

mayor parte del tramo, el cauce es capaz de evacuar los caudales de creciente, sin

embargo existen tramos donde el flujo se desborda hacia la margen derecha de este.




47

Figura 24. Perfil Hidráulico en Condiciones Existentes

200 220 240 260 280 300 320

1650

1655

1660

1665

LA PELADERO Plan: CONDICION MEDIA n=0.116_AMCIII 03/02/2013

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100x1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Right Levee

QDA LA PELADERO VEREDA LOS GOMEZ

5.2 ANÁLISIS DE INUNDACIÓN

Se realizó el análisis de la mancha de inundación para un periodo de retorno de 100 años,

la cual fue generada a partir de un SIG e información de campo; como se observa en la

Figura 25 que a quebrada se desborda en una amplia zona en la margen derecha del

cauce.




48

Figura 25. Mancha de Inundación Quebrada La Peladero – Tr=100 Años

Teniendo en cuenta esto, se decidió comparar el resultado obtenido con los mapas de

AMENAZAS NATURALES POR INUNDACIÓN Y VULNERABILIDAD definidos en el POT

del municipio de Itagüí, de estos se encontró que el tramo de estudio tiene amenaza por

inundación con vulnerabilidad media, por lo cual es importante al momento de proponerse

las obras en el tramo, tener en cuenta que deben ser capaces de evitar el riesgo por

inundación. En las Figuras 26 y 27 se pueden ver los mapas obtenidos del POT.




49

Figura 26. Mapa de Amenazas Naturales por Inundación – POT de Itagüí




50

Figura 27. Mapa de Vulnerabilidad – POT de Itagüí




51

5.3 ASPECTO GEOTÉCNICO Y GEOLÓGICO

La zona se encuentra localizada según el estudio de microzonificación sísmica del Valle

del Aburra por las siguientes unidades: Esquistos (Pes), por el Complejo Quebradagrande

(KISQG, KIVQG), por el Stock de Altavista (KISTA), y por depósitos de vertiente (QDV) y

aluviales (QAL) y materiales de lleno. Localmente la zona de estudio está conformada por

materiales residuales y saprolíticos derivados del Stock de Altavista, que conforman la

mayor extensión.

Las condiciones geomorfológicas del sector de estudio están caracterizadas por una zona

de colinas residuales que se caracterizan por presentar formas redondeadas con topes

planos a ligeramente convexos. Las pendientes son moderadas y tienen un moderado

grado de incisión. Los procesos que se desarrollan a lo largo de la quebrada La Peladero

se encuentran relacionados básicamente por la dinámica de esta y por la intervención

antrópica, debido a la presencia de llenos en el lugar. Los procesos que se encontraron

en la zona a estudiar son: Deslizamientos tanto activos como inactivos, socavación de

orillas, desgarre y erosión superficial, agrietamiento y carcavamiento.

5.4 CONCLUSIONES DEL DIAGNÓSTICO

Para el análisis de alternativas se retoman las siguientes conclusiones del diagnóstico:

Los pobladores de la zona afirman que la quebrada se desborda periódicamente

en el tramo de estudio; esta aseveración se verificó a partir de la mancha de

inundación obtenida y a partir de los mapas de AMENAZA POR INUNDACIÓN y

VULNERABILIDAD del POT del municipio de Itagüí.

La estructura existente es insuficiente hidráulicamente para todos los periodos de

retorno, lo que genera un represamiento del flujo y desbordes por la vía.




52

Se identificó que la zona de estudio está intervenida antrópicamente y que la

mayoría de los suelos superficiales corresponden a llenos. Este tipo de suelo

condiciona en gran medida la selección de las obras que deben construirse para la

solución del problema.

Se evidenciaron fenómenos de deslizamiento, carcavamiento, erosión del talud e

incisión vertical del lecho, por lo que hay una alta vulnerabilidad a que estos

procesos se sigan presentando.

La estructura a proyectar deberá minimizar el impacto de las excavaciones,

además deberá ser capaz de no poner en riesgo el acceso y la movilidad de los

habitantes.

Hace falta un sistema de obras de drenaje superficial y sub-superficial, de manera

tal que se controle la escorrentía y no se almacene.

Como conclusión final del diagnóstico se debe proceder a realizar un cambio en el canal

natural existente, así:

Recuperación del lecho e incremento del nivel de fondo para controlar el proceso

de incisión en el lecho del cauce y erosión en los taludes.

Proyección de obras que eviten el riesgo por inundación. Bajo este supuesto, se

controlará y se solucionará el problema de inundaciones reportado por la

comunidad local.




53

6 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS

De acuerdo con lo descrito en el capítulo anterior, donde se plantea el diagnóstico del sitio

de estudio y donde se demostró que el cauce actual presenta desborde lateral e incisión

del lecho; el consultor planteó las siguientes alternativas de solución:

El análisis de alternativas parte de considerar como longitud de canal a intervenir, aquel

tramo donde haya problemas de inundación y problemas de incisión del cauce,

carcavamiento y socavación de orillas, en este orden de ideas las alternativas que se

mencionan a continuación fueron consideradas en un tramo de aproximadamente

319.00m.

6.1 ALTERNATIVA 1: CANAL CON LECHO EN PIEDRA ESCALONADO CON PRESAS DE RETENCIÓN Y MUROS LATERALES DE CONCRETO

Este tipo de estructuras requiere espacio suficiente para la construcción de la pata de

apoyo. El consultor analizó la viabilidad en términos de espacio y se determinó que no es

factible la construcción de este tipo de alternativa ya que los cortes generados en la

excavación y de obra falsa pueden desestabilizar los taludes, en otros casos el espacio

requerido para la excavación requiere de la demolición de unas viviendas ubicadas en la

margen izquierda del cauce. En la Figura 28 se aprecia la sección transversal. Esta

alternativa presenta la desventaja de requerir demasiadas estructuras transversales tipo

presas de retención o de disipación. El consultor considera que esta alternativa no es

factible técnica ni económicamente de implementar dado los requerimientos de

excavación y de afectación de las viviendas existentes. El control del lecho para esta

alternativa está a cargo de las presas de retención de lecho localizadas transversalmente,




54

las cuales son ancladas a las llaves antisocavación de los muros laterales. Las llaves

antisocavación servirían como estructura de fundación de apoyo para los muros laterales.

Figura 28. Análisis de Factibilidad para la Alternativa 1

6.2 ALTERNATIVA 2: CANAL RECTANGULAR DE CONCRETO CON FORMA EN “U”

Esta alternativa tiene ventaja sobre la anterior en términos de espacio, pues para su

construcción requiere menor espacio de excavación y de obra falsa, sin embargo los

cortes del talud siguen siendo muy grandes, en esta alternativa la losa de fondo haría las

veces de cimentación de los muros laterales.

En la Figura 29 se muestra la sección con la proyección del canal. Esta alternativa tiene

la desventaja de que es poco amigable ambientalmente, además el canal quedaría muy

profundo, sin embargo dada las desventajas mencionadas anteriormente el consultor

considera que esta alternativa no es factible.




55


6.3 ALTERNATIVA 3: CANAL TRAPEZOIDAL EN COLCHACRETO

Se analizó la posibilidad de implementar un canal trapezoidal en colchacreto, en este caso

se observó que la inclinación de los taludes no afectaría directamente las viviendas

aledañas, ni requiere de cortes grandes de los taludes, el canal tiene como desventaja

que el colchacreto puede ser dañado producto de la cantidad de piedras de arrastre que

lleva la corriente en un evento de creciente, por lo que los costos de mantenimiento serían

altos cada vez que eso suceda. Por todas estas razones el consultor no considera viable

la implementación de esta alternativa. En la Figura 30 se muestra la sección analizada.




56


6.4 ALTERNATIVA 4: CANAL TRAPEZOIDAL EN CONCRETO CON PIEDRA PEGADA Y PRESAS EN CONCRETO CICLOPEO PARA RECUPERACIÓN DEL LECHO

Esta alternativa tiene ventaja sobre la anterior en términos de que el material considerado

no tiene problemas en cuanto a los posibles daños que causan las piedras que arrastra la

corriente en un evento de creciente, para su construcción se requiere poco espacio, en

esta alternativa se consideraron una serie de presas que permitirán subir el lecho del

cauce, ya que este se encuentra muy profundo debido a la incisión que ha generado la

quebrada, esta alternativa tiene como ventaja además que los cortes en los taludes no

son de grandes magnitudes, y no afectarían las viviendas aledañas.

Esta alternativa permite fijar el lecho de la quebrada y controlar la pendiente. En la Figura

31 se muestra la sección analizada.




57


6.5 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA DEFINITIVA

En conclusión y una vez evaluadas las alternativas de solución presentadas en los

numerales anteriores el consultor selecciona como alternativa de diseño la

implementación de un canal trapezoidal en concreto con piedra pegada y presas en

concreto ciclópeo, en la zona mencionada.

En conclusión, la alternativa seleccionada implicaría excavaciones menores, pero llenos

en piedra suelta para poder condicionar nuevamente el terreno, para lo cual se consideró

una pendiente del lecho del 2% en toda la longitud, de manera tal que los procesos de

socavación e incisión no sigan aumentando, además evitaría que el flujo se desborde en

un evento de creciente. El consultor considera esta alternativa como definitiva para la

quebrada La Peladero.

Adicionalmente, para la conducción del flujo a través de la estructura de cruce vial

proyectada, que corresponde a una alcantarilla de cajón de B=2,20 y H=2,50m; se

propone un canal rectangular en concreto de 14,00m de longitud, B=2,20m y altura

variable entre 3,00m y 4,00m; ya que la estructura actual es insuficiente hidráulicamente.




58

A continuación se muestran las secciones de las obras propuestas en la alternativa

definitiva, así como un modelo tridimensional de las presas en concreto ciclópeo.

Figura 32. Sección Canal Rectangular en Concreto B=2,20m H= Variable

Figura 33. Sección Alcantarilla de Cajón B=2,20m H= 2,50m




59

Figura 34. Sección Canal Trapezoidal en Piedra Pegada B=5,30m H= 1.50m

Figura 35. Esquema Tridimensional de las Presas en Concreto Ciclópeo

Canal Trapezoidal

Canal Trapezoidal

Presa Escalonada

Presa Escalonada




60

7 ESTUDIO HIDRÁULICO EN CONDICIONES PROYECTADAS

El objetivo de este capítulo es el de mostrar la modelación hidráulica en condiciones

proyectadas del tramo de la quebrada La Peladero, ubicada en la Vereda Los Gómez,

municipio de Itagüí, departamento de Antioquia.

Según lo definido en el análisis de alternativas, se consideró como solución a los

problemas detectados la proyección de un canal trapezoidal en piedra pegada a lo largo

del tramo de B=5,30m y H=1,50m con llaves transversales distribuidas entre la abscisa 42

y la abscisa 184, presas en concreto ciclópeo con alturas variables de 1,00 a 4,00m al

final del tramo. Es importante mencionar además que al inicio del tramo estudiado se

propone la construcción de un canal rectangular en concreto de B=2,20m y con altura

variable entre 3,00 y 4,00m en 14,00m de longitud hasta llegar a la estructura de cruce

que corresponde a una alcantarilla de cajón de B=2,20m y H=2,50m. La decisión de

proyectar el canal trapezoidal con llaves transversales se hizo con el fin de evitar

inundaciones en las zonas aledañas a la quebrada y proteger la pata del talud; en cuanto

a las presas, el propósito es el de subir el nivel de lecho actual; dado que se ha

presentado un proceso de incisión y socavación del cauce (Entre las abscisas 184 y 310),

el objetivo de este capítulo es verificar que los caudales de diseño sean conducidos

adecuadamente en las obras propuestas.

7.1 CONDICIONES DE FRONTERA PARA MODELACIÓN HIDRÁULICA

Se realiza la estimación de niveles y perfiles hidráulicos para el cauce de la quebrada bajo

las condiciones proyectadas, para ello se utiliza el software HEC-RAS 4.1.0, siguiendo la

metodología descrita en el Numeral 1.4 del Anexo A. Las secciones transversales se

abscisaron desde aguas arriba, partiendo de la abscisa K0+0.00, hacia aguas abajo; pero




61

el programa HEC-RAS las enumera comenzando en el punto más bajo del tramo en

estudio; esto obedece a una recomendación que permite facilitar la simulación hidráulica;

sin embargo, en este informe se hace claridad respecto a los abscisados en los resultados

que se muestran para el tramo en estudio y en el Anexo B correspondiente a las tablas

con los resultados de la modelación hidráulica para todos los periodos de retorno.

7.2 CONDICIONES DEL MODELAMIENTO

El modelamiento se realizó considerando las siguientes condiciones:

Profundidad supercrítica aguas arriba y normal aguas abajo con una pendiente igual

al 0,02 m/m.

Régimen de flujo supercrítico.

Coeficientes de expansión y contracción según el numeral 4.1.2.

Rugosidades según Numeral 4.1.4.

Perfiles de flujo estimados para la condición proyectada.

7.3 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN EN HEC RAS 4.1.0

Se evaluaron las condiciones proyectadas en el tramo de estudio, para tal fin se utilizaron

los caudales de creciente definitivos que se muestran en la Tabla 9. La evaluación

hidráulica comprende un tramo de 340 m siguiendo un eje de quebrada trazado sobre el

levantamiento topográfico realizado en campo con secciones cada 10,0 m más las

secciones inicial y final del tramo. Antes de correr el perfil de flujo en el programa HEC.-

RAS 4.1.0, se interpolaron secciones de modo que la distancia máxima entre secciones

fuera de 1 m. En la Figura 36 se puede apreciar la topología general del tramo modelado.

En el Anexo B se muestran los resultados de la modelación para todos los periodos de

retorno.




62

Figura 36. Topología General del Tramo Modelado en HEC-RAS 4.1.0

VEREDA LOS GÓMEZQDA LA PELAD

ERO

A continuación en las Figuras 37 a 42 se muestran algunas secciones del tramo en

estudio en condiciones proyectadas

Canal en Concreto

Canal Trapezoidal en Piedra Pegada

Alcantarilla de Cajón B=2,20m H=2,50m

Presas en Concreto Ciclópeo




63

Figura 37. Canal Rectangular – Sección 331.51, Abscisa 3.00 ABAJO

0 2 4 6 8 10 12 14 161661

1662

1663

1664

1665

1666

1667

1668

1669

LA PELADERO Plan : CONDICION MEDIA_AMCIII 03/02/2013 River = QDA LA PELADERO Reach = VEREDA LOS GÓMEZ 3.01

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100X1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Bank Sta

.04 .02 .04

Figura 38. Alcantarilla de Cajón – Sección Aguas Arriba

0 2 4 6 8 10 12 14 161658

1659

1660

1661

1662

1663

1664

1665

LA PELADERO Plan : CONDICION MEDIA_AMCIII 03/02/2013 River = QDA LA PELADERO Reach = VEREDA LOS GÓMEZ 25

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG 100X1.4

EG 100

EG 50

EG 25

EG 10

EG 5

EG 2.33

WS 100X1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Bank Sta

.04 .02 .04




64

Figura 39. Alcantarilla de Cajón – Sección Aguas Abajo

0 2 4 6 8 10 12 14 161658

1659

1660

1661

1662

1663


Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

EG 100X1.4

EG 100

EG 50

EG 25

EG 10

EG 5

WS 100X1.4

EG 2.33

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Bank Sta

.04 .02 .04

Figura 40. Canal Trapezoidal – Sección 260.34, Abscisa 74.00 ABAJO

0 2 4 6 8 10 12 14 161655.5

1656.0

1656.5

1657.0

1657.5

1658.0

1658.5

1659.0


Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100X1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Bank Sta

.04 .03 .04




65

Figura 41. Canal Trapezoidal – Sección 169.60, Abscisa 164.00 ARRIBA

0 2 4 6 8 10 12 14 161648.5

1649.0

1649.5

1650.0

1650.5

1651.0

1651.5

1652.0

1652.5

1653.0


Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100X1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Levee

Bank Sta

.04 .03 .04

Figura 42. Canal Trapezoidal – Sección 66.48, Abscisa 266.20 ABAJO

0 2 4 6 8 10 12 14 161635

1636

1637

1638

1639

1640

1641


Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100X1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Bank Sta

.04 .03 .04




66

De las figuras anteriores se puede ver que el canal propuesto es capaz de evacuar los

caudales de creciente para todos los periodos de retorno. En la Tabla 13 se muestra un

resumen de las velocidades y profundidades obtenidas de la modelación en condiciones

proyectadas para los caudales correspondientes a 2,33, 5, 10, 25, 50 y 100 años de

periodo de retorno a lo largo de todo el tramo.

Tabla 13. Velocidades y Profundidades para Todos los Periodos de Retorno –

Tramo en Estudio (Quebrada La Peladero)

Tr (AÑOS) VELOCIDAD MEDIA

DEL FLUJO (m/s) PROFUNDIDAD MEDIA

DEL FLUJO (m)

2,33 4,98 0,34

5 5,30 0,43

10 5,54 0,49

25 5,92 0,61

50 6,17 0,69

100 6,39 0,76

100x1,4 6,80 0,91

Acerca del comportamiento y los resultados obtenidos del perfil de flujo a lo largo del

cauce de la quebrada La Peladero se puede observar que para el tránsito de la creciente

con periodo de retorno de 100 años se presenta una velocidad promedio a lo largo del

canal proyectado es de 6,39 m/s, valor que es frecuente en este tipo de estructuras

cuando se presenta una avenida con periodo de retorno alto. Para minimizar la velocidad

de entrega al canal natural se propone un enrocado en piedra pegada de 5,0m de longitud

y 1,50m de espesor. A continuación en la Figura 43 se muestra el perfil de flujo para

todos los periodos de retorno, los resultados de las corridas se pueden consultar en el

Anexo B.




67

Figura 43. Perfil de Flujo Quebrada La Peladero – Condiciones Proyectadas

0 50 100 150 200 250 300 3501620

1630

1640

1650

1660

1670

LA PELADERO Plan: CONDICION MEDIA_AMCIII 03/02/2013

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS 100X1.4

WS 100

WS 50

WS 25

WS 10

WS 5

WS 2.33

Ground

Left Levee

Right Levee

312

.41

287

.11

274

.01

266

.51

245

.91

236

.81

218

.21

200

.61

184

.01

169

.01

159

.01

144

.01

109

.01

99.0

1

79.0

1

69.0

1

59.0

1

42

25

6.0

1

-3

QDA LA PELADERO VEREDA LOS GÓMEZ

A continuación en la Tabla 14 se observan los bordes libres que tiene la alcantarilla de

cajón proyectada en el cruce vial, a la entrada y a la salida de esta, para una cota de

fondo de la estructura a la entrada en la 1661,06 m.s.n.m. y de 1660,50 m.s.n.m. a la

salida.

Tabla 14. Bordes Libres Alcantarilla de Cajón B=2,20m H=2,50m

Tr SUPERFICIE DEL

AGUA AGUAS ARRIBA (m.s.n.m.)

SUPERFICIE DEL AGUA AGUAS

ABAJO (m.s.n.m.)

BL. AGUAS ARRIBA (m)

BL. AGUAS ABAJO (m)

2.33 1658,72 1658,35 2,34 2,15

5 1658,77 1658,45 2,29 2,05

10 1658,81 1658,54 2,25 1,96

25 1658,89 1658,72 2,17 1,78

50 1658,95 1658,85 2,11 1,65

100 1659,02 1658,98 2,04 1,52

100x1.4 1659,16 1659,26 1,90 1,24




68

Se puede ver que la estructura proyectada es hidráulicamente suficiente para evacuar los

caudales de creciente incluyendo el caudal de 100x1.40 años de periodo de retorno,

además tiene borde libre suficiente a la entrada y la salida de la estructura, sin embargo,

de las Figuras 38 y 39 se puede ver que las condiciones de energía a la entrada de la

estructura no cumplen; ya que, cuando se diseña o verifica una alcantarilla de cajón se

debe cumplir que el nivel de energía a la entrada generada sea menor que la energía de

control para la estructura tal que 1,2Dg2

Vy1

2

, siendo D la altura de la estructura,

también se debe verificar la energía a la salida de la estructura. En este caso se tiene que

la energía alcanzada a la entrada es del orden de 3,76m para 100 años de periodo de

retorno y la energía de control para esta estructura es 1,2x2,50m que es la altura de la

alcantarilla de cajón, por tanto la energía es igual a 3,00m, lo que demuestra que no se

cumple la condición de diseño (Hw>1,2D); la energía a la salida es del orden de 2,51m

para un caudal asociado a un periodo de retorno de 100 años y la energía de control es

2,40m por tanto Hw<1,2D lo cual cumple, este tipo controles en la estructura causan

desde aguas arriba de la entrada a la obra un represamiento del flujo

Por tal motivo se consideró para mejorar las condiciones del flujo a la entrada de la

estructura, construir la entrada en forma de bocina, el cual es empleado para la

disminución de carga y evitar sobrepresiones que produzcan cavitación.

7.4 CALCULO DE ESTRUCTURA DE ENTRADA TIPO BOCINA

Aplicando la ecuación descrita en el Numeral 1.7 del Anexo A, que está en función de la

altura de la obra, es decir 2,50m, se tienen los resultados para las variables X y Y que se

muestran en la Tabla 15 tomando el cero en X a 2,40m del inicio de la cobertura y el cero

de la Y a 3,60 m del fondo. En la Figura 44 se muestra la curva propuesta para la entrada

rectangular.




69

Tabla 15. Coordenadas para la Estructura Propuesta Tipo Bocina a la Entrada de la

Alcantarilla de Cajón

Y = ((1-(X2/H2))*(0,67*H2))0,5

X (m) Y (m)

0.00 1.206

0.10 1.205

0.20 1.201

0.30 1.194

0.40 1.184

0.50 1.172

0.60 1.157

0.70 1.139

0.80 1.118

0.90 1.094

1.00 1.066

1.10 1.035

1.20 1.000

1.30 0.962

1.40 0.919

1.50 0.871

1.60 0.818

1.70 0.759

1.80 0.693

1.90 0.620

2.00 0.536

2.10 0.440

2.20 0.327

2.30 0.187

2.40 0.000

En el Anexo F se puede apreciar el detalle de esta estructura tipo bocina propuesta para

la entrada de la alcantarilla de cajón existente de B=2,20m y H=2,50m, de esa manera la

entrada de la alcantarilla de cajón quedaría con una altura 3,70m, dando así una cabeza

de energía de 4,44m siendo mayor que la energía obtenida en el modelo de 3,76m para

100 años de periodo de retorno.




70

Figura 44. Curva de Entrada Rectangular

7.5 SOBRELEVACIÓN EN CURVAS

A continuación se muestra el cálculo de la sobrelevación del flujo bajo las condiciones

proyectadas para escenario de flujo modelado, para ello se emplearon las ecuaciones

descritas en el Numeral 1.8 del Anexo A, los resultados obtenidos se muestran a

continuación en la Tabla 16.




71

Tabla 16. Cálculo de la Sobrelevación en las Curvas para Tr=100 Años

PI CURVA ABSCISA NÚMERO

DE LA SECCIÓN

ELEVACIÓN DEL

FONDO DEL CANAL

ELEVACIÓN DE LA

SUPERFICIE DEL AGUA

CAUDAL DE

DISEÑO

ELEVACIÓN DE LA

LÍNEA DE ENERGÍA

ENERGÍA ESPECIFICA

VEL. MEDIAL

DEL FLUJO

RADIO A EJE

ANCHO DEL

CAUCE RADIO INTERNO

RADIO EXTERIOR

Hch Hw Q He V T

m m m³/s m m m/s m

1_2 1 3 331.52 1662.78 1663.46 9.38 1665.48 2.7 6.30 6.88 2.20 5.78 7.98

3 2 12.0 322.46 1659.6 1660.1 9.38 1663.81 4.21 8.53 8.16 2.20 7.06 9.26

5 3 Interpolada 281.086* 1657.77 1658.68 9.38 1659.71 0.11 4.49 9.29 3.00 7.79 10.79

6 4 Interpolada 271.752* 1656.99 1657.90 9.38 1659.05 -0.55 4.76 10.26 3.00 8.76 11.76

7 5 69.0 265.37 1656.86 1657.85 9.38 1658.72 -0.88 4.12 8.01 3.00 6.51 9.51

9 6 Interpolada 247.785* 1654.91 1655.86 9.38 1656.87 -2.73 4.45 8.39 3.00 6.89 9.89

10 7 99.0 235.23 1654.06 1654.99 9.38 1656.05 -3.55 4.56 17.74 3.00 16.24 19.24

11 8 Interpolada 219.278* 1651.94 1652.83 9.38 1654.09 -5.51 4.82 6.57 3.00 5.07 8.07

12 9 Interpolada 207.415* 1651.71 1652.78 9.38 1653.46 -6.14 3.63 7.83 3.00 6.33 9.33

14 10 Interpolada 187.60* 1650.72 1651.62 9.38 1652.82 -6.78 4.84 17.32 3.00 15.82 18.82

15 11 Interpolada 163.611* 1647.34 1648.10 9.38 1650.17 -9.43 6.37 13.04 3.00 11.54 14.54

16 12 Interpolada 154.130* 1647.15 1648.09 9.38 1649.15 -10.45 4.56 4.51 3.00 3.01 6.01

18 14 200 133.34 1645.84 1646.86 9.38 1647.65 -11.95 3.94 18.34 3.00 16.84 19.84

20 15 217 116.20 1644.3 1645.31 9.38 1646.13 -13.47 4.01 2.51 3.00 1.01 4.01

21 16 Interpolada 109.977* 1642.18 1642.98 9.38 1644.76 -14.84 5.93 16.71 3.00 15.21 18.21

22 17 Interpolada 91.5566* 1639.01 1639.75 9.38 1641.99 -17.61 6.63 14.17 3.00 12.67 15.67

23 18 Interpolada 82.095* 1637.44 1638.21 9.38 1640.12 -19.48 6.12 4.80 3.00 3.3 6.3

24 19 Interpolada 63.2062* 1634.95 1635.70 9.38 1637.85 -21.75 6.49 5.26 3.00 3.76 6.76

25 20 285 47.19 1633.64 1634.54 9.38 1635.75 -23.85 4.88 7.39 3.00 5.89 8.89

26 21 Interpolada 38.2491* 1630.36 1631.12 9.38 1633.17 -26.43 6.34 7.50 3.00 6 9

27 22 310 21.83 1630.03 1630.98 9.38 1631.99 -27.61 4.45 4.24 3.00 2.74 5.74




72

Tabla 16. (Continuación). Cálculo de la Sobrelevación en las Curvas para Tr=100 Años

PI CURVA ABSCISA NÚMERO

DE LA SECCIÓN

SHUKRY SIMPLIFICADO

GRASHOF WOODWARD

PROMEDIO

BORDE LIBRE (SIN CONSIDERAR

LA SOBRELEVACIÓN)

BORDE LIBRE (CONSIDERANDO

LA SOBRELEVACIÓN)

Dh BL BL

m m m

1_2 1 3 331.52 1.30 3.00 0.69 0.69 2.32 1.63

3 2 12.0 322.46 2.00 4.63 1.07 1.07 3.10 2.03

5 3 Interpolada 281.086* 0.66 1.54 0.36 0.36 0.59 0.23

6 4 Interpolada 271.752* 0.68 1.57 0.36 0.36 0.59 0.23

7 5 69.0 265.37 0.65 1.51 0.35 0.35 0.51 0.16

9 6 Interpolada 247.785* 0.72 1.68 0.39 0.39 0.55 0.16

10 7 99.0 235.23 0.36 0.83 0.19 0.19 0.57 0.38

11 8 Interpolada 219.278* 1.08 2.53 0.58 0.58 0.61 0.03

12 9 Interpolada 207.415* 0.52 1.20 0.28 0.28 0.43 0.15

14 10 Interpolada 187.60* 0.41 0.95 0.22 0.22 0.6 0.38

15 11 Interpolada 163.611* 0.95 2.20 0.51 0.51 0.74 0.23

16 12 Interpolada 154.130* 1.41 3.37 0.77 0.77 0.56 -0.21

18 14 200 133.34 0.26 0.60 0.14 0.14 0.48 0.34

20 15 217 116.20 1.96 5.20 1.11 1.11 0.49 -0.62

21 16 Interpolada 109.977* 0.64 1.49 0.34 0.34 0.7 0.36

22 17 Interpolada 91.5566* 0.95 2.19 0.51 0.51 0.76 0.25

23 18 Interpolada 82.095* 2.39 5.68 1.29 1.29 0.73 -0.56

24 19 Interpolada 63.2062* 2.45 5.80 1.32 1.32 0.75 -0.57

25 20 285 47.19 0.99 2.30 0.53 0.53 0.6 0.07

26 21 Interpolada 38.2491* 1.64 3.83 0.88 0.88 0.74 -0.14

27 22 310 21.83 1.43 3.44 0.78 0.78 0.55 -0.23




73

Se tomó como altura de sobrelevación la obtenida por el método de Woordward por dar

valores más acordes a las condiciones reales, (resaltados de color azul en Tabla 16), la

sobrelevación por la curvatura del cauce no supera la altura de los muros proyectados

para períodos de retorno de 100 años en la mayoría de los casos, por lo cual el canal

proyectado es óptimo, sin embargo hay curvas donde la sobrelevación sobrepasa la altura

del canal, por lo que en esos tramos se consideró proyectar una serie de llenos en tierra

de 1,00m de altura de tal manera que el flujo sea contenido en el canal.

7.6 CÁLCULO DE BORDE LIBRE (B.L.) EN EL CANAL PROYECTADO

Se calculó a lo largo del canal proyectado el borde libre teórico utilizando la metodología

descrita en el Numeral 1.9 del Anexo A; y se comparó con el borde libre obtenido para

condiciones proyectadas para un periodo de retorno de 100 años. En el Anexo C se

muestran los resultados obtenidos, de estos de encontró que el borde obtenido se

encuentra en el rango de los mayores valores teóricos obtenidos con la metodología de la

Bureau of Reclamation y la Secretaría de Recursos Hidráulicos de México con bordes

libres variando entre 0,60m y 0,80m.

7.7 CÁLCULO DE SOCAVACIÓN EN EL CANAL TRAPEZOIDAL

En este numeral se muestra el cálculo de la socavación general del lecho para el tramo de

cauce proyectado en canal trapezoidal en piedra pegada, se determinó la profundidad de

socavación que se puede generar a lo largo del tramo en estudio para las crecientes

asociadas a un periodo de retorno de 25, 50 y 100 años.

La socavación general se calculó a partir de la metodología descrita en el Numeral 1.10

del Anexo A y para un diámetro característico D50= 60 mm. En la Tabla 17 se muestran

los parámetros utilizados para el cálculo de la socavación general, mientras que en la

Tabla 18 se muestran los valores obtenidos de socavación general para 25, 50 y 100

años de periodo de retorno.




74

Tabla 17. Parámetros para el Cálculo de la Socavación General del Cauce

TIPO DE SUELO GRANULAR

Diámetro medio de las partículas de fondo D50 (mm) 60

Factor Z 0,28

Exponente 1/1+ Z 0,78

Concentración Agua – Sedimento (Ton/m²) 1,10

Coeficiente de Concentración de Material Suspendido 1,13

Tabla 18. Parámetros para el Cálculo de la Socavación General del Cauce

PARÁMETRO O VARIABLE HIDRÁULICA

PERIODO DE RETORNO Tr (AÑOS)

25 50 100

Caudales de diseño Q (m³/s) 6,16 7,74 9,38

Ancho Superficial Promedio Be (m) 2,72 2,95 3,17

Profundidad Hidráulica Promedio Hm (m) 0,41 0,45 0,49

Velocidad Promedio V (m/s) 5,82 6,06 6,27

Coeficiente de Contracción del Cauce m 0,82 0,81 0,80

Factor a 12,24 12,26 12,10

Profundidad de Flujo Promedio Yo (m) 0,63 0,70 0,78

Probabilidad de ocurrencia del caudal máximo 4,00 2,00 1,00

Coeficiente que depende del Periodo de Retorno de diseño b 0,95 0,97 1,00

Desnivel entre la superficie del agua y el Lecho erosionado Ys (m) 2,03 2,29 2,55

PROFUNDIDAD DE SOCAVACIÓN (Y (m)) 1,40 1,59 1,77

Se puede ver de la Tabla 18 que la profundidad de socavación para un periodo de retorno

de 100 años es de 1,77m, por lo tanto se consideró poner un enrocado de piedra suelta

por debajo del lecho del canal proyectado con profundidades variables entre 2,00m y

5,00m, de manera tal, que el cauce este protegido y evitar que el flujo sea capaz de

incisar hasta el terreno existente.

7.8 CÁLCULO DEL ESPESOR DEL ENROCADO DE FONDO

Para calcular el espesor del enrocado de fondo se emplean las metodologías que se

muestran en el Numeral 1.11 del Anexo A y se obtuvieron los resultados de las Tabla 19

a 22, el peso específico del agua utilizado es 9800 N/m3, el peso específico del sedimento




75

utilizado es 25480 N/m3, para una gravedad especifica de 2,60. La Tabla 23 muestra el

resumen de los resultados obtenidos, la media y la desviación estándar.

Tabla 19. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método del USGS



2.33 5 10 25 50 100

Velocidad Promedio V (m/s) 4,93 5,23 5,45 5,82 6,06 6,27

Tamaño medio del enrocado D (m) 0,490 0,566 0,626 0,74 0,81 0,88

Tamaño medio del enrocado D (mm) 490,40 566,43 626,34 735,21 811,40 881,72

Tabla 20. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método del USCE



2.33 5 10 25 50 100

Velocidad Promedio V (m/s) 4,93 5,23 5,45 5,82 6,06 6,27

Tamaño medio del enrocado D (m) 1,048 1,179 1,281 1,460 1,583 1,695

Tamaño medio del enrocado D (mm) 1047,90 1179,32 1280,62 1460,40 1583,33 1694,97

Tabla 21. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método de Shields

PARÁMETRO O VARIABLE HIDRÁULICA PERIODO DE RETORNO Tr (AÑOS)

2.33 5 10 25 50 100

Caudales de Diseño Q (m³/s( 2,19 3,23 4,17 6,16 7,74 9,38

Radio Hidráulico Rh (m) 0,23 0,27 0,30 0,36 0,39 0,42

Pendiente Línea de Energía S(m/m) 0,2000 0,1700 0,1600 0,1400 0,1300 0,1200

Esfuerzo Cortante Critico Tc (N/m²) 450,80 449,82 470,40 493,92 496,86 493,92

Diámetro Correspondiente al 50% del Pasante D (mm) 479,17 478,13 500,00 525,00 528,13 525,00

Tabla 22. Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado Método de Lane

PARÁMETRO O VARIABLE HIDRÁULICA PERIODO DE RETORNO Tr (AÑOS)

2.33 5 10 25 50 100

Radio Hidráulico Rh (m) 0,23 0,27 0,30 0,36 0,39 0,42

Pendiente Línea de Energía S(m/m) 0,2000 0,1700 0,1600 0,1400 0,1300 0,1200

Esfuerzo Cortante Critico Tc (N/m²) 450,80 449,82 470,40 493,92 496,86 493,92






76

Tabla 23. Resumen Resultados del Cálculo del Tamaño de Enrocado para Todas las

Metodologías

MÉTODO

DIÁMETRO CORRESPONDIENTE AL 50% DEL PASANTE

D50 (m)

2,33 5 10 25 50 100

Método del United States Geological Survey (USGS) 0,49 0,57 0,63 0,74 0,81 0,88

Método Viejo del United States Corp of Engineers (USCE)

1,05 1,18 1,28 1,46 1,58 1,69

Método de Shields 0,48 0,48 0,50 0,53 0,53 0,53

Método de Lane 0,40 0,40 0,42 0,44 0,44 0,44

MEDIA 0,46 0,48 0,51 0,57 0,59 0,61

DESVIACIÓN ESTÁNDAR 0,39 0,43 0,46 0,51 0,55 0,58

LIMITE SUPERIOR 0,85 0,91 0,98 1,08 1,14 1,19

LÍMITE INFERIOR 0,06 0,05 0,05 0,05 0,05 0,04

Se selecciona como valor de diseño para el enrocado, el valor promedio de los valores

obtenidos por los métodos del USGS, Shields y Lane, ya que tienen el mismo orden de

magnitud. El enrocado se diseña para la creciente de 100 años de período de retorno, por

tanto se considera que el D50 es igual a 0,61m, por lo que se aproxima a 0,60m. La

gradación del enrocado se muestra a continuación en la Tabla 24 y la Figura 45.

Tabla 24. Gradación del Enrocado de Fondo para el Canal Proyectado

PORCENTAJE DE MATERIAL

PORCENTAJE DEL D50

TAMAÑO DE PIEDRA

20,00 0,50 0,30

30,00 0,68 0,41

40,00 0,82 0,49

50,00 1,00 0,60

60,00 1,20 0,72

70,00 1,40 0,84

80,00 1,55 0,93

90,00 1,75 1,05

100,00 2,00 1,20




77

Figura 45. Curva de Gradación del Enrocado de Fondo para el Canal Proyectado

7.9 DISEÑO HIDRÁULICO DE OBRAS MENORES

A continuación se muestra el diseño de las cunetas y filtros, teniendo en cuenta la

metodología vista en el Numeral 1.12 y Numeral 1.13 del Anexo A.

7.9.1 Diseño Hidráulico de Cunetas y Rondas de Coronación

Para la evaluación de la capacidad de las cunetas propuestas, se calculó el caudal

máximo que es capaz de transportar el tramo de cuneta a partir de la ecuación de

Manning; las cunetas diseñadas son de dos tipos, la Tipo A que son cunetas triangulares

en concreto que tienen como fin evacuar el flujo de agua proveniente de la escorrentía de

los llenos conformados alrededor del canal proyectado, y las cunetas Tipo B que son

cunetas rectangulares de enrocado en piedra pegada. En la Tabla 25 y 26, se muestran

las dimensiones de la sección de cuneta propuesta Tipo A y Tipo B y en la Figura 46 y 47

se muestra el esquema de la cuneta respectivamente, los tramos de diseño de cuneta se

muestran en las Tablas 27 y 28.




78

Tabla 25. Dimensiones para Cuneta Propuesta Tipo A

Inclinación Derecha (Adi.) z1 1,50

Inclinación Izquierda (Adi.) z2 1,50

Coeficiente de rugosidad de Manning (Piedra Pegada)

n 0,030

Profundidad (m) H 0,17

Ancho Superficial (m) B 0,50

Ancho Derecha (m) b1 0,25

Ancho Izquierda (m) b2 0,25

Área Mojada (m²) A 0,04

Perímetro Mojado (m) P 0,60

Radio Hidráulico (m) Rh 0,07

Tabla 26. Dimensiones para Cuneta Propuesta Tipo B

Coeficiente de rugosidad de Manning (Piedra Pegada)

n 0,030


Ancho Superficial (m) B 0,80







79

Figura 46. Esquema de la Sección de Cuneta Proyectada

Tipo A

Figura 47. Esquema de la Sección de Cuneta Proyectada

Tipo B




80

Tabla 27. Resultados del Diseño de Cunetas Tipo A

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL LADO DE

CUNETA

ÁREA AFERENTE CUNETAS

POR TALUD

PENDIENTE CUNETA

LONGITUD DE

CUNETA

Sc Lc

m m m² % m

K0+000,00 K0+097,50 Derecho 204,75 2,00 97,50

Tabla 27. (Continuación). Resultados del Diseño de Cunetas Tipo A

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

TÉMEZ KIRPICH GIANDOTTI SCS VENTURA - HERAS

PROMEDIO


CAUDAL DE ESCORRENTÍA

I q

m m h h h h h h mm/h pul/h pie3/s l/s

K0+000,00 K0+097,50 0,046 0,050 0,182 0,032 0,046 0,083 200,23 7,88 0,15 4,29

Tabla 27. (Continuación). Resultados del Diseño de Cunetas Tipo A

REVISION DE LA

CONDICION Qlleno > q

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

CAUDAL A SECCIÓN

LLENA

REVISIÓN DE LA

CONDICIÓN DE DISEÑO Qlleno > q

CAPACIDAD A LA QUE FUNCIONA

LA SECCIÓN

PROFUNDIDAD DE FLUJO

VELOCIDAD MEDIA DEL

FLUJO

BORDE LIBRE

Qlleno %

m m m³/s l/s % % V BL

K0+000,00 K0+097,50 0,04 38,25 Cumple 11,22% 0,07 0,53 0,09




81

Tabla 28. Resultados del Diseño de Cunetas Tipo B

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL


POR TALUD

PENDIENTE CUNETA

LONGITUD DE

CUNETA

Sc Lc

m m m² % m

K0+000,00 K0+037,24 744,80 2,00 37,24

K0+000,00 K0+060,00 1200,00 2,00 60,00

Tabla 28. (Continuación). Resultados del Diseño de Cunetas Tipo B

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL


PROMEDIO



I q


K0+000,00 K0+037,24 0,022 0,024 0,239 0,015 0,022 0,083 200,23 7,88 0,55 15,61

K0+000,00 K0+060,00 0,032 0,034 0,261 0,022 0,032 0,083 200,23 7,88 0,89 25,15

Tabla 28. (Continuación). Resultados del Diseño de Cunetas Tipo B

REVISION DE LA


ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

CAUDAL A SECCIÓN

LLENA

REVISIÓN DE LA



LA SECCIÓN


VELOCIDAD MEDIA DEL

FLUJO

BORDE LIBRE

Qlleno %


K0+000,00 K0+037,24 1,44 15,61 Cumple 1,08% 0,04 0,55 0,76

K0+000,00 K0+060,00 1,44 25,15 Cumple 1,74% 0,05 0,66 0,75




82

En cuanto a las rondas de coronación, estás corresponden a cunetas trapezoidales en sacos de

suelo cemento. En la Tabla 29, se muestran las dimensiones de la sección de cuneta para

ronda de coronación propuesta, en la Figura 48 se muestra el esquema de la cuneta y en la

Tabla 30 se muestra el diseño de los tramos de ronda de coronación proyectados.

Tabla 29. Dimensiones para Ronda de Coronación Propuesta

Inclinación Derecha (Adi.) z1 1,00

Inclinación Izquierda (Adi.) z2 1,00

Coeficiente de rugosidad de Manning (Suelo Cemento)

n 0,025


Ancho Mayor (m) B 0,80

Ancho Menor (m) b 0,30




Figura 48. Esquema de la Sección de Ronda de Coronación Propuesta




83

Tabla 30. Resultados del Diseño de Rondas de Coronación

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL


POR TALUD

PENDIENTE CUNETA

LONGITUD DE

CUNETA

Sc Lc

m m m² % m

K0+000,00 K0+013,07 130,70 2,00 13,07

K0+000,00 K0+016,51 165,10 2,00 16,51

K0+000,00 K0+026,07 260,70 2,00 26,07

K0+000,00 K0+022,23 222,30 2,00 22,23

Tabla 30. (Continuación). Resultados del Diseño de Rondas de Coronación

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL


PROMEDIO



I q


K0+000,00 K0+013,07 0,010 0,011 0,160 0,007 0,010 0,083 200,23 7,88 0,10 2,74

K0+000,00 K0+016,51 0,012 0,013 0,166 0,008 0,012 0,083 200,23 7,88 0,12 3,46

K0+000,00 K0+026,07 0,017 0,018 0,179 0,011 0,017 0,083 200,23 7,88 0,19 5,46

K0+000,00 K0+022,23 0,015 0,016 0,174 0,010 0,015 0,083 200,23 7,88 0,16 4,66

Tabla 30. (Continuación). Resultados del Diseño de Rondas de Coronación

REVISION DE LA


ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

CAUDAL A SECCIÓN

LLENA

REVISIÓN DE LA



LA SECCIÓN


VELOCIDAD MEDIA DEL

FLUJO

BORDE LIBRE

Qlleno %


K0+000,00 K0+013,07 0,21 206,24 Cumple 1,33% 0,02 0,02 0,24

K0+000,00 K0+016,51 0,21 206,24 Cumple 1,68% 0,02 0,03 0,23

K0+000,00 K0+026,07 0,21 206,24 Cumple 2,65% 0,03 0,04 0,23

K0+000,00 K0+022,23 0,21 206,24 Cumple 2,26% 0,02 0,03 0,23




84

7.9.2 Diseño del Sub-Drenaje – Filtro Francés

Como protección de sub-drenaje para la vía se diseña un sistema de filtro francés con tubería,

conformado por una o varias georedes, un geotextil y una o dos tuberías de fondo de acuerdo a

la necesidad, el primer elemento cumple la función de captar y conducir las aguas del subsuelo

a través del filtro, mientras que el segundo elemento constituye el medio filtrante.

A continuación en la Tabla 31 se muestran los resultados de los filtros. Las dimensiones

propuestas para el filtro francés son: Profundidad H=1,00m, Ancho B=1,00m, con tubería de

100mm de diámetro (4”), en caso de necesitarse tubería de mayor diámetro se especifica.

Tabla 31. Resultados del Diseño de Sub-drenaje – Filtro Francés

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

ÁREA AFERENTE

DE FILTROS

PENDIENTE INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN

CAUDAL DE INFILTRACIÓN

Sc I Qinf

m m m² % mm/h m/s l/s

K0+000,00 K0+037,24 744,80 2,00 35,45 0,0000098 0,61

K0+000,00 K0+060,00 1200,00 2,00 35,45 0,0000098 0,97

Tabla 31. (Continuación) Resultados del Diseño de Sub-drenaje – Filtro Francés

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

CAUDAL DE NIVEL FREÁTICO

CAUDAL DE

DISEÑO

CAUDAL CAPAZ DE EVACUAR LA TUBERÍA DE

FILTRO

REVISIÓN DE LA

CONDICIÓN Qt>Qd Qnf Qd Qt

m m l/s l/s l/s

K0+000,00 K0+037,24 0,003 0,30 1,18 Cumple

K0+000,00 K0+060,00 0,005 0,49 1,18 Cumple




85

7.10 VERIFICACIÓN DEL ALCANCE Y LA LONGITUD DE LOS ESCALONES

Se verificó la ecuación propuesta por Chanson para evaluar la influencia de los escalones sobre

la rugosidad (Numeral 1.14); se verificó que la longitud de las huellas es suficiente para lograr

la formación del resalto; en aquellos escalones donde no se cumple con las dimensiones

propuestas por Henderson para una estructura de disipación escalonada. En la Tabla 32 se

puede observar el cálculo y verificación de los escalones basados en las ecuaciones de

Henderson y Chanson para un periodo de retorno de 100 años.

Tabla 32. Verificación de Estructura Escalonada con Ecuaciones de Henderson y

Chanson. Tr= 100 años

ESCALÓN

HUELLA (L)

ALTURAS DE

ESCALÓN (H)

CAUDAL ANCHO

CAUDAL POR

UNIDAD DE

ANCHO

PROFUNDIDAD CRÍTICA

m m m³/s m Q(m³/s*m) m

DISIPADOR 1 1,00 0,50 0,006 0,80 0,01 0,02

DISIPADOR 2 1,00 0,50 0,010 0,80 0,01 0,03

PRESAS 0,30 0,40 9,38 0,60 15,63 2,92

Tabla 32. (Continuación) Verificación de Estructura Escalonada con Ecuaciones de

Henderson y Chanson. Tr= 100 años

ESCALÓN HUELLA

ALTURA DE

MUROS H/L YC/H

1.057-0.465 H/L VERIFICACIÓN FLUJO RASANTE

O SALTANTE

Ld (m) Y2 (m) (m) (m) Adimensional

DISIPADOR 1 1,6 0,1 0,50 0,04 0,82 Rasante

DISIPADOR 2 1,6 0,1 0,50 0,05 0,82 Rasante

PRESAS 2,1 3,3 1,33 7,30 0,44 Cumple Escalones Henderson

Se puede ver que los disipadores 1 y 2 cumplen para flujo rasante, lo cual es aceptado dado

que estas estructuras transportan aguas de escorrentía de los taludes y por lo tanto no es

necesario que el flujo sea saltante.




86

8 ESTUDIO GEOTÉCNICO

La finalidad del estudio es la de dar las recomendaciones referentes al tipo de obras de

estabilización adecuadas y el diseño de las cimentaciones, con base en el reconocimiento

de las características superficiales del área, como son las geoformas predominantes, la

geología, y la caracterización de procesos inestables que puedan comprometer a mediano

y largo plazo la seguridad de las estructuras.

Para la evaluación del material del subsuelo se realizó una exploración de campo que

incluyó perforaciones, con el fin de caracterizar el material en profundidad, y de obtener

de forma indirecta la resistencia del suelo a partir del Ensayo de Penetración Estándar

(SPT).

En este informe se presenta una descripción detallada de las investigaciones de campo y

laboratorio necesarias para la determinación de las características físicas y mecánicas de

los distintos tipos de materiales geotécnicos que conforman el sitio de interés, se

presentan y discuten los resultados obtenidos y se dan las conclusiones y

recomendaciones pertinentes a las obras de estabilización donde sean requeridas y el

diseño de las cimentaciones para el ascensor.

8.1 LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

La zona de estudio se ubica al sur del Valle de Aburrá, en la Vereda Los Gómez, del

municipio de Itagüí (Figura 49).




87

Figura 49. Localización de la Zona de Estudio. Imagen Satelital Tomada de Google

Earth, 2012

El proyecto consiste en la realización del estudio de suelos para la construcción

aproximadamente 300 metros lineales del canal de la quebrada la Peladero, ubicada en el

Barrio los Gómez, del Municipio de Itagüí, se adjunta un plano general del proyecto,

donde se logra observar la geometría del canal.




88

Figura 50. Localización del Canal

8.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA

En el contexto geológico regional, la quebrada La Peladero, localizada en el costado

occidental del Valle de Aburra, está conformado según el estudio de microzonificación

sísmica Valle de Aburrá por las siguientes unidades Figura 51.




89

Figura 51. Geología Regional. Tomado de la Microzonificación Sísmica

8.2.1 Geología Regional

Esquistos (PES)

Bajo este nombre se agrupan esquistos cuarzo-sericíticos, cloríticos, grafitosos y

moscovíticos. Afloran al sur y al occidente del valle de Aburrá en una franja alargada con

dirección N-S, conformando topografías escarpadas en la margen derecha del río

Medellín y de algunos de sus afluentes.

Los esquistos cuarzo-sericíticos, que es la roca más abundante, microscópicamente

presentan textura foliada, indicada por orientación paralela en láminas micáceas, brillo

sedoso sobre superficies de foliación, y bandeo composicional de sericita y cuarzo

(Echeverría, 1973). Esta unidad no aflora en el sitio de estudio.




90

Complejo Quebradagrande (KISQG, KIVQG)

Esta unidad corresponde a una franja alargada en dirección NS a NNW, que aflora en el

flanco oeste de la cordillera central. Este complejo agrupa rocas volcánicas y

sedimentarias de edad cretácea y está dividido en 2 unidades litodémicas: Vulcanitas de

Quebradagrande (Kivqg) que litológicamente corresponden a espilitas basaltos, andesitas

y tobas de lapilli; y las cuales por efectos de fallamiento se encuentran diaclasadas y muy

fracturadas y en ocasiones con texturas esquistosas. Los suelos originados son limo

arcillosos de color rojizo a pardo amarillento, ocasionalmente con motas claras y

acumulaciones de óxidos. Esta unidad aflora en la vertiente occidental del río Medellín en

las partes medias a altas de las laderas y es cortada por numerosas vías.

Sedimentitas de Quebradagrande (Kisqg) conformados por esquistos silíceos negros

(compuestos de pequeños cristales de cuarzo angular, en una masa silíceo arcillosa rica

en material orgánico que le da su coloración, a veces de aspecto lenticular y con

abundante contenido de manganeso en algunas localidades), filitas grafitosas, liditas,

algunas cuarcitas de grano fino y color oscuro, delgados conglomerados y calizas

clásticas negras con escasos fósiles marinos. Esta unidad no aflora en el sitio de estudio.

Stock de Altavista (KISTA)

El stock de Altavista de edad cretácea, tiene una extensión de 83 Km² y una tendencia

regional que va de SE hacia el NW. Esta unidad aflora extensamente en la vertiente sur-

occidental del río Medellín, extiéndase desde la quebrada Doña María al sur, hasta la

quebrada La Iguaná al norte. Tiene forma alargada en dirección noreste con una longitud

de 20,25 km y una amplitud máxima de 5,2 km.

Según Rodríguez y Montoya (1993) la característica más importante del Stock de Altavista

es su aspecto brechoide y su carácter autolítico; se define como un plutón

petrográficamente heterogéneo, constituido por facies de diorítica y granítica –

granodiorítica principalmente y atravesada por una etapa tardía representada por diques

que varían de andesitas a riolitas.




91

El color de la roca varía desde muy oscuro, casi negro, hasta gris medio a claro, en los

tipos granulares; las porfiríticas son, por lo general, de color gris verdoso a veces crema;

la textura varía de fanerítica granular fina a porfirítica y a medida que se acerca a las

zonas de contacto presenta numerosas zonas de brecha.

El stock de Altavista se caracteriza por la diversidad petrográfica y el aspecto brechoide

autolítico. Los autolitos, de composición diorítica, son irregulares, con bordes angulosos y

digitados, a veces embebidos en una roca granular de composición granitoide. Los

estudios de campo y petrográficos permiten determinar tres facies petrográficas

(Rodríguez & Montoya, 1993):

Facies Diorítica

Facies Félsica (granítica)

Facies de Dique

Suelos derivados de esta unidad se presentan en la mayor parte del terreno en estudio.

Depósitos de Vertiente (QDV)

Básicamente los depósitos de vertiente se clasifican de acuerdo a dos parámetros, el

primero la relación matriz-bloques o bolas de roca, que según el contenido de uno o del

otro se clasifican en flujos de tierra con mayor cantidad de matriz que bloques y flujos de

escombro donde predomina los bloques rocosos sobre la matriz.

Y el otro parámetro descriptivo es la textura, el cual varía fundamentalmente con el grado

de meteorización que se encuentran. Se consideran como depósitos frescos, los que se

encuentran en grados I, II y III de meteorización y depósitos maduros aquellos que se

encuentran en grados IV, V y VI, de acuerdo con la clasificación del perfil de

meteorización de Dearman. (Tabla 33).

El estudio reporta para la zona los siguientes depósitos:




92

Flujos de Escombros: Están constituidos por bloques heterométricos, con un grado de

meteorización de moderado a extremo, son de formas angulosas a sub-angulosas,

irregulares. La matriz se presenta con diferentes texturas cuya granulometría varía de

arcillosa hasta arenosa, los colores más comunes son terrosos como el ocre, el café y

diferentes tonos de rojo y amarillo; se caracterizan por el predominio de la fracción gruesa

(bloques y fragmentos de roca) sobre la fracción fina.

Tabla 33. Criterios de Clasificación para Depósitos Basados en el Perfil de

Meteorización según Dearman (1991)

GRADO CRITERIO LÍMITE DESCRIPCIÓN

VI Textura Ausente

La roca se ha decolorado y transformado completamente

en suelo en el cual se ha perdido la estructura original de

la roca parental. Existe gran cambio de volumen.

V Textura original presente y

núcleos ausentes

La roca se encuentra transformada en suelo pero

conserva la textura original. Se pueden encontrar bloques

de rocas. Las propiedades del suelo dependen de la

naturaleza de la roca parental. Puede excavarse a mano.

IV Núcleos de roca presentes

Roca decolorada, las discontinuidades pueden estar

abiertas y tener decoloradas las paredes la estructura

original cerca de las discontinuidades puede estar

alterada, menos del 50% del material es roca. La

recuperación varía entre un 10 y 50%y el RQD varía entre

el 10 y 30%.

III Relación Suelo / Roca 50/50.

Suelo Presente.

La roca esta decolorada, las discontinuidades pueden

estar abiertas y las superficies decoloradas. El porcentaje

de roca varía entre 50 y 90%, la recuperación varía entre

el 50 y 100%, el RQD varía entre 30 y 90%.

II Suelo y Decoloración Presentes.

La roca está ligeramente decolorada cerca de las

discontinuidades, más del 90% es roca, se recobra casi el

100%, RQD de casi 90%

I Decoloración Ausente La roca no presenta decoloración recuperación de casi

100%, RQD de casi 95%.




93

Flujos de Tierras: Se caracterizan por el predominio de la fracción fina (matriz) en

oposición a la fracción gruesa (bloques y fragmentos de roca de variada composición). En

el sur del Valle de Aburra los principales están en Calatrava, Itagüí, son un suelo limo

arcilloso, abigarrado rojo a naranja con motas amarillas y claras, con presencia de

bloques meteorizados; la relación matriz/bloques es muy variable y el grado de

meteorización varía entre III y IV.

Su génesis se encuentra asociada a la desestabilización de la vertiente afectadas por el

fracturamiento múltiple sobre estas rocas, además de eventos sísmicos y por épocas de

altas de pluviosidad que ayudaron a movilizar los niveles saprolíticos de las rocas hacia la

parte inferior de las vertientes.

Depósitos Aluviales (QAL)

Corresponden a los depósitos del fondo del valle generados por el río Medellín y algunos

de sus afluentes. Se distribuyen en una franja irregular que sigue el río, aumentando su

extensión hacia el flanco occidental del valle, Estos depósitos están constituidos por

diversos materiales, que incluyen arcillas, limos, arenas, gravas gruesas y fragmentos

rocosos heterogéneos composicionalmente estratificados con continuidad horizontal

variable, formando abanicos, terrazas y llanuras aluviales. Los paquetes de gravas

contienen fragmentos redondeados y sub-esféricos de cuarzo, diorita, neis, anfibolita,

esquisto, basaltos, dunitas, pórfidos andesíticos y cuarzodioritas, entre otros.

8.2.2 Geología Local

A nivel local la zona de estudio está conformada principalmente por materiales residuales

y saprolíticos derivados del stock de Altavista, que conforman la mayor extensión.

También se presentan depósitos de vertiente, depósitos aluviales y materiales de lleno.




94

Figura 52. Mapa de Geología Regional

Stock de Altavista (KISTA)

Como ya se había mencionado, una de las características más importantes del plutón de

Altavista es la gran variabilidad petrográfica y su aspecto brechoide y autolítico.

Según Montoya (1987), el stock presenta tres facies composicionales distintas. Estas

variaciones de las tres facies son las que le dan esa característica tan heterogénea a este

cuerpo rocoso. Esta variación petrográfica permite que sus derivados meteorizados: los

suelos residuales y saprolitos, también presenten una variación composicional en cuanto

al contenido porcentual de arcillas, limos, óxidos de hierro como también su textura,

estructura y color.




95

Las tres facies identificadas en los estudios petrográficos de muestras macroscópicas y

en microscópicas con base secciones delgadas en la tesis de grado de Montoya, (1987)

son:

Facies Diorítica compuesta por microdiorita hornbléndica y diorita hornbléndica Y su

presentación en forma de autolitos.

Facies Félsica de Granito-Granodiorita. Compuesta por granito y granodiorita.

Facies de Dique. Corresponde a rocas del tipo dioritas de grano fino, microdioritas

porfídicas, andesitas porfídicas y aplitas; sus espesores varían entre 0.1 a 1 m., aunque

ocasionalmente pueden alcanzar 1.5 m, sus longitudes son difíciles de determinar

Estas tres facies presentan a su vez variaciones en el tamaño de los minerales

encontrándose rocas con cristales de tamaño microscópico como ocurre en las micro-

dioritas, en los pórfidos dioríticos, aplitas; también se presentan cristales de tamaño fino

pero visibles a simple vista y de tamaño medio como en las dioritas cuarzosas,

granodioritas, aplitas, dioritas hornbléndicas, etc.

Perfil de Meteorización: El espesor promedio del saprolito y el suelo residual para el

Stock de Altavista según el estudio de instrumentación y microzonificación sísmica en

Medellín (1999) es de 40 m aproximadamente, aunque ellos indican que estas rocas han

sufrido en algunas partes una intensa meteorización alcanzando profundidades hasta de

45 m. Su textura y granulometría depende de la facie a la cual corresponda la roca

parental.

La meteorización química de los componentes que forman las rocas del Stock de Altavista

da como resultado minerales del grupo de las arcillas principalmente, debido a la

transformación mineralógica de la plagioclasa, el feldespato potásico y en menor cantidad,

de los minerales ferromagnesianos (Hornblenda, Biotita y Piroxenos) que tienden a formar

arcillas mezcladas con óxidos de hierro, manganeso y otros. En general la zona presenta

la siguiente estratigrafía:




96

Capa 1: Suelo orgánico de color café oscuro, textura arcillosa y con raíces y raicillas, y

espesor entre 0 y 20 cm.

Capa 2: Subyaciendo el suelo orgánico se presenta el material de lleno o el depósito

aluvial.

Capa 3 - Suelo residual (grado IV) o roca completamente descompuesta, su

extensión es continua en toda la zona de estudio, variando su espesor entre 5 y 6 m,

algunas veces alcanza mayor espesor. Este horizonte generalmente muestra suelos

arcillo limosos, algunas veces limo arcillosos; las estructuras heredadas de la roca

parental como diaclasas y fallas son difíciles de observar, los colores varían entre pardo

rojizos y amarillos ocres, con tonalidades más claras (crema, blanco) cuando se

presentan diques félsicos. Este horizonte es importante económicamente cuando la

concentración y la calidad de arcilla generada son importantes y los contenidos de arena

son bajos. Actualmente se explota en algunas ladrilleras.

Figura 53. Aspecto Material Residual Stock de Altavista




97

Capa 4 - Saprolito: Esta capa se encuentra subyaciendo la capa de suelo residual, en

este horizonte se observa la textura de la roca original, el espesor promedio varía entre 30

y 40 m (Montoya, 1987); corresponde al grado IV y V de la clasificación. Este horizonte

muestra generalmente suelos que varían entre areno limosos y limo arenosos distribuidos

en forma heterogénea, conserva la textura de la roca parental, y las estructuras

heredadas tales como diaclasas. Los colores predominantes de este horizonte son

amarillo ocre claro, ocre moteado, verde grisáceo, gris oscuro y crema, se observa en los

taludes de la quebrada, hacia la parte media y baja.

El perfil estratigráfico descrito anteriormente se realizó basándonos en las observaciones

de campo y en la clasificación con parámetros geotécnicos de Hong Kong que se

presenta en la Tabla 34.

Tabla 34. Sistema de Clasificación del Perfil de Meteorización (Hong Kong Oficina

de Control Geotécnico, 1979)

GRADO DESCOMPOSICIÓN DETALLE DE DIAGNÓSTICO EN LAS MUESTRAS

VI Suelo No aparece textura reconocible de roca. Las capas

superficiales pueden contener materia orgánica y raíces.

V Completamente descompuesta Roca completamente descompuesta pero aún aparece

textura de roca ligeramente reconocible.

IV Muy descompuesta Pedazos grandes que pueden ser destruidos con las

manos.

III Moderamente descompuesta Pedazos grandes que no pueden ser destruidos con las

manos (recuperación con broca a rotación).

II

Algo descompuesta aparece

como roca sana pero tiene

manchas muestras de

descomposición

I Roca sana




98

Depósitos de Ladera o de Vertiente (QDV)

En el lote de estudio se presentan asociados a antiguas cicatrices de deslizamiento, a

deslizamientos recientes y a escarpes erosivos, cuyo material desprendido es derivado

del suelo residual y del saprolito del Stock de Altavista. Estos se presentan en flujos de

tierra y/o escombros y también como depósitos de caída de suelo y rocas.

Los depósitos de vertiente están conformados por materiales limosos y limo-arcillosos de

tonos pardos oscuros, en ellos algunas veces se encuentran embebidos algunos bloques

rocosos de rocas derivadas del Stock de Altavista.

Depósitos Aluviales (QAL)

Estos depósitos aluviales ocupan una pequeña área del lote en estudio, restringida al

material de arrastre que conforma el canal, al material acumulado en algunos escarpes en

los alrededores de éste y a una llanura aluvial que por desbordamiento se genera en la

parte media alta de la zona en estudio, donde por la baja pendiente y la forma del cauce

se genera la acumulación de material

Figura 54. Panorámica Llanura Aluvial

¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.




99

Están constituidos por material fino como limos y arcillas y en menor proporción por

material granular como arenas, gravas y cantos de rocas ígneas con grado de

meteorización variable; estos depósitos aluviales están suprayacidos por depósitos de

vertiente recientes y por algunos llenos antrópicos de materiales heterogéneos.

Depósitos Antrópicos (QAN)

Corresponden a varios llenos generados por las actividades de explotación de cantera y a

acumulaciones de escombros realizadas en la parte alta de la zona de estudio, en la zona

adyacente a la vía y definiendo zonas de topografía ligeramente plana.

Generalmente son materiales limosos y limo-arcillosos de tonalidades cafés, a veces

grisáceas, en algunas ocasiones con escombros a veces heterogéneos, sin compactación

ni selección.

Figura 55. Aspecto del Material de Lleno en Contacto con el Material Aluvial




100

8.2.3 Geomorfología y Morfometría

Geomorfología Regional

Basados en el estudio de MZSVA, del año 2007, regionalmente el área de estudio se

localiza en una zona de colinas residuales, que se caracteriza por presentar formas

redondeadas con topes planos a ligeramente convexos. Las pendientes son moderadas y

tienen un moderado grado de incisión. Estas geoformas están definidas por suelos

residuales de anfibolita, metagabros, gneis, dunitas, rocas volcano-sedimentarias,

esquistos y rocas graníticas.

Figura 56. Mapa de Geomorfología Regional. Tomado de la Microzonificación

Sísmica




101

Geomorfología Local

En este estudio se distinguen las siguientes unidades geomorfológicas, ellas son las

siguientes. (Figura 57)

Figura 57. Mapa de Geomorfología Local

Unidad de Laderas sobre Depósitos de Vertiente. Uldv

Esta unidad está conformada por un relieve con vertientes onduladas con laderas

convexas y cóncavas, con pendientes medias a bajas.

Esta unidad geomorfológica presenta gran cantidad de cicatrices de deslizamiento de tipo

rotacional conformadas a partir de la reactivación y remoción de antiguos depósitos de

vertiente, generalmente acelerados por presión antrópica que allí se ejerce debido al




102

aumento de población que construye sin la más mínima planificación urbanística. Esta

unidad está conformada litológicamente por depósitos cuaternarios del tipo coluvión y de

remoción de tierras y escombros.

Unidad de Vertientes Fuertes Uvf

Esta unidad presenta vertientes generalmente con pendientes muy fuertes o escarpadas,

los ángulos pueden variar entre 60º o más, las cimas son generalmente planas o de

pendientes suaves a modo de terrazas y esto es debido a intervenciones antrópicas con

conformación de materiales de lleno o a la intervención con materiales de corte.

En esta unidad geomorfológica se dan gran cantidad de procesos antrópicos debido a la

presión ejercida por los numerosos sitios de explotación, los procesos antrópicos que

predominan ocurren en los taludes y vertientes descubiertas sin vegetación de estos

frentes donde la erosión superficial laminar y erosión concentrada en surcos y cárcavas

desprende el material meteorizado conformado por arenas, limos y arcillas y es

transportado hasta las quebradas. También en estos frentes se genera también

desplomes y flujos de roca meteorizada.

Los escarpes en esta unidad han sido generados por las mismas quebradas al estas

incidir en su propio cauce profundizándolo y cortando los depósitos den vertiente que

descansan sobre el saprolito y suelo residual del stock de Altavista y dejando algunos

cañones entre 10 y 15 metros de profundidad. En los taludes de los escarpes se observan

gran cantidad de cicatrices de deslizamiento. Esta unidad está conformada

Litológicamente por saprolito, roca meteorizada del stock de Altavista en la parte baja del

escarpe o de las vertientes y por depósitos de vertientes en lado el escarpe o solamente

en la parte alta de estos.




103

Unidad de Llanuras Aluviales Ull

Esta unidad presenta pendientes muy suaves. Los procesos que predominan en esta

unidad geomorfológica a lo largo del cauce y en sus márgenes son debido a los cambios

de la dinámica fluvial de las quebradas en las partes medias y altas; estos cambios

generan socavación de orillas, como también depositación exagerada de detritos que han

sido desprendidos por erosión superficial y transportados desde aguas arriba hasta allí.

Los procesos que predominan en esta unidad geomorfológica son la erosión superficial y

concentrada.

8.2.4 Morfometría

Tal como lo presenta el Plano de elevación digital y el de Pendientes realizado a partir del

levantamiento altiplanimétricos del lote (Figura 58 y 59) la topografía definida por la

quebrada Peladero es en la parte inicial es un valle asimétrico con la vertiente derecha

más plana que la vertiente izquierda, escalonada en el sentido longitudinal debido a las

intervenciones antrópicas realizadas con los llenos que limitan zonas escarpadas a los

lados que muy probablemente obedecen a frentes inconclusos de explotación y

encañonada hacia la parte final de la zona de estudio.

Con miras a obtener una visión más general de las pendientes en la zona del polígono y

de sus alrededores, se realizó sobre la topografía de la zona de estudio, el plano de

pendientes, el cual se elaboró con los siguientes rangos:




104

Tabla 35. Rango de Pendientes

RANGO PENDIENTES TIPO

0 – 3% Corresponde al rango de zonas planas

3 – 10% Corresponde al rango de pendientes muy suaves

10 – 25% Corresponde al rango de pendientes suaves

25 – 40% Corresponden al rango de pendientes moderadas

40 – 60% Corresponden al rango de pendientes fuertes

> 60% Corresponden a zonas de pendientes muy fuertes

Figura 58. Modelo de Elevación Digital




105

Figura 59. Mapa de Pendientes

8.2.5 Procesos Morfodinámicos

Los procesos que se desarrollan a lo largo de la Quebrada Los Gómez se encuentran

relacionados básicamente por la dinámica de esta y la intervención antrópica, debido a la

presencia de llenos en el lugar.

Los procesos que se encontraron en la zona a estudiar son: Deslizamientos tanto activos

como inactivos, Socavación de orillas, desgarre y erosión superficial, agrietamiento y

carcavamiento.




106

Figura 60. Mapa de Procesos Morfodinámicos

8.2.6 Deslizamientos

Se generan en zonas de fuerte pendiente donde la gravedad y el agua pueden actuar

combinadamente para la generación de dichos procesos, además de estos dos se cuenta

con la presencia de intervención antrópica. Se presentan activos e inactivos. Afectan los

suelos residuales y los materiales de lleno.




107

Figura 61. Deslizamientos Encontrados en Ambas Márgenes de la Quebrada La

Peladero

8.2.7 Socavación de Orillas

Es un proceso relacionado con la dinámica de las corrientes, las cuales, en su normal

transcurrir, generan una incisión sobre los materiales que constituyen las márgenes. Los

problemas de socavación se encuentran a lo largo del trayecto de la quebrada.




108

Figura 62. Problemas de Socavación en la Margen Derecha de la Quebrada, en

Cercanías de la Cancha

Figura 63. Antiguas Obras en la Margen Derecha de la Quebrada, Debido a la

Socavación




109

8.2.8 Desgarre Superficial

Este tipo de procesos involucra pequeñas masas de suelos residuales, que generalmente

son detonados por el periodo invernal y por la fuerte pendiente de las laderas que en

ocasiones supera el ángulo de reposo.

Figura 64. Desgarre Superficial Asociado a Suelo Residual

8.2.9 Erosión Superficial

Este proceso se encuentra asociado a zonas sin cobertura vegetal, al parecer frentes

abandonados por explotaciones mineras en donde es evidente en material proveniente de

suelo residual.




110

Figura 65. Erosión Superficial en Suelo Residual

8.2.10 Agrietamiento

Ocasionado por la pérdida de resistencia de los materiales que conforman el suelo, en

este caso conformado por llenos, generalmente son detonados por factores, tanto

naturales como antrópicos.




111

Figura 66. Agrietamiento en la Cancha

8.2.11 Carcavamiento

Procesos de erosión superficial remontante, generados por acción de la lluvia y la

escorrentía que provocan la remoción de las partículas poco cohesivas y superficiales

asociadas a los drenajes de alta pendiente.




112

Figura 67. Cárcava – Localizada sobre Llanura Aluvial

La localización espacial de estos procesos se presenta en el plano de procesos, que se

muestra a continuación.




113

Figura 68. Procesos Morfodinámicos en la Quebrada Los Gómez

8.2.12 Análisis Multi-Temporal

Las fotografías satelitales del área de estudio presentan un contraste bien marcado,

relacionado con el cambio de los usos del suelo por efectos de la urbanización, de las

explotaciones mineras para la extracción de arcillas y de la infraestructura de dicha

industria.

El sector está amenazado por el proceso de urbanización, debido a la alta influencia de la

infraestructura existente en el entorno y posiblemente el mayor numero de descargas de

aguas a la quebrada que ademas de aumentar el caudal de la misma, por la misma

disposicion que se realiza a media ladera acelera procesos de degradacion de los taludes.




114

Figura 69. Evolución de Cauce – Quebrada Los Gómez, Enero 31/2001

Figura 70. Evolución de Cauce – Quebrada Los Gómez, Junio 28/2006

Figura 71. Evolución de Cauce – Quebrada Los Gómez, Febrero 19/2012




115

8.2.13 Geología Estructural

Regionalmente en la zona se presenta:

El Sistema Falla de Romeral, constituido principalmente por las fallas San Jerónimo y La

Sucia y fracturas asociadas en direcciones NE y NW.

Falla de Doña María. Tiene una dirección N 16º W a N 20º W, con un buzamiento de 80º

hacia el NE. Su extensión aproximada es de 3 Km, desde la desembocadura de

Quebrada Larga a la quebrada Doña María, hasta la desembocadura de la quebrada La

Astillera; Ésta se pierde al llegar a los depósitos de vertientes al norte de San Antonio de

Prado, sin observarse evidencias dentro del municipio de Itagüí. Esta falla se asocia al

sistema de Romeral y su traza es paralela a la falla de San Jerónimo, localizada a 2 Km al

oeste de ella.

8.3 INVESTIGACIÓN DE CAMPO

Para la correcta caracterización de los materiales que conforman el área de estudio, se

realizaron doce (12) perforaciones con taladro mecánico por los sistemas de percusión y

lavado, de las cuales se obtuvieron muestras alteradas e inalteradas para la ejecución de

ensayos, y la realización del ensayo de Penetración Estándar para cada metro de avance

de la perforación.

En total se realizaron 50,1m lineales de perforación mecánica, recuperando 44 muestras

alteradas tomadas con el muestreador estándar de cuchara partida (Split Spoon), para la

ejecución de ensayos de propiedades índice y la caracterización del material en

profundidad, y 3 muestras inalteradas tipo Shelby para la ejecución de ensayos que

permitan evaluar los parámetros de resistencia del material.

Todas las muestras de suelo recuperadas durante la ejecución de los sondeos en la etapa

de exploración de campo, fueron debidamente empacadas y referenciadas para




116

posteriormente ser trasladadas al laboratorio de suelos de TECNISUELOS S.A.S, en

Medellín, donde se sometieron a los ensayos correspondientes.

Las muestras tomadas permanecerán en el laboratorio de TECNISUELOS durante un

mes a partir de la fecha de entrega del informe, si durante este tiempo no se recibe

ninguna instrucción sobre el uso que a las muestras deba dárseles, TECNISUELOS

dispondrá de ellas de la manera que considere más conveniente.

En la Tabla 36 se relacionan los sondeos ejecutados, con la profundidad de exploración.

Tabla 36. Relación del Programa de Exploración Ejecutado

SONDEO PROFUNDIDAD [M] NIVEL

FREÁTICO [M]

SONDEO PROFUNDIDAD

[M]

NIVEL FREÁTICO

[M]

P-1 8,10 2,60 P-2D 4,40 2,50

P-1A 6,30 0,50 P-3 2,50 ----

P-2 3,30 0,90 P-3A 4,50 2,50

P-2A 3,50 1,00 P-3B 3,80 ----

P-2B 3,45 1,00 P-4 3,30 ----

P-2C 3,50 1,00 P-5 4,45 ----

De la Figura 72 y 73 se observa la localización en planta de la zona de estudio, con la

localización de la exploración ejecutada, además en el Anexo G se muestra la

localización de los sondeos.




117

Figura 72. Localización de las Perforaciones en la Zona de Estudio

Figura 73. Localización de las Perforaciones en la Zona de Estudio




118

8.4 INVESTIGACIÓN DE LABORATORIO

Con el fin de realizar los ensayos necesarios para la determinación de las propiedades

físicas y mecánicas del subsuelo investigado, las muestras recuperadas fueron llevadas al

laboratorio de suelos de TECNISUELOS, en donde se efectuó la descripción de las

muestras desde el punto de vista geológico ingenieril y de propiedades índices tales como

forma, color, humedad y consistencia del material, mediante un examen visual con base

en la norma I.N.V E – 102.

Se eligieron las muestras más representativas para determinarles el contenido de

humedad natural y realizarles los ensayos de granulometría y límites de consistencia con

el fin de obtener su clasificación con base en el Sistema de Clasificación Unificada (USC)

y AASHTO (American Association of State Highway Officials).

En el Anexo I se pueden revisar los registros de perforación donde se presentan las

columnas estratigráficas correspondientes a cada perforación realizada, con la

descripción de cada uno de los estratos encontrados, la localización de las muestras

tomadas, la posición del nivel freático en los sitios donde este se encontró y un resumen

de los resultados de los ensayos anteriormente descritos. En la Tabla 37 se presentan los

ensayos realizados sobre las muestras.

Tabla 37. Ensayos Realizados sobre las Muestras Seleccionadas en la Descripción

Visual

TIPO DE ENSAYO NORMA INV CANTIDAD

Determinación del contenido de Humedad natural INV-E-122 47

Determinación de la Granulometría por tamizado INV-E-124 13

Determinación del Límite Líquido INV E 125 13

Determinación del Límite Plástico INV-E-127 13

Corte Directo CU INV-E-254 3

8.4.1 Propiedades Índice de los Suelos

En la Tabla 38 se presenta el resumen de los resultados de laboratorio ejecutados para la

caracterización física de las muestras representativas de cada estrato identificado.




119

Tabla 38. Resultados de las Propiedades Índice para el Nivel de Suelo Identificado

ESTRATO SONDEO MUESTRA PROF

(m) HUMEDAD

(%) L.L. (%)

I.P. (%)

CLASIFICACIÓN % FINOS U.S.C.S. AASHTO

IB P-1 M-7 7,45

Qll P-1A M-4 4,45

Qll P-2 M-3 3,45 43 38 5 ML A-4 59

Qll P2-A M-2 2,45 38 36 7 ML A-4 51

Qll P-2B M-3 3,45 24 37 11 SM A-6 43

IB P-2C M-3 3,45 21 39 12 ML A-6 64

IB P-2D

M-2 2,45

IB M-4 4,45 32

85

IB P-3 M-1 1,45 32 47

82

IB P-3A M-4 4,45 17 29 8 SC A-4 43

Qll P-3B M-2 2,45 15 26 7 SC-SM A-4 45

IB P-4 M-2 2,45 35 51 25 CH A-7-6 77

IB P-5 M-3 3,45 19 29 8 CL A-4 61

A continuación en la Figura 74 se observan las curvas granulométricas obtenidas a partir

de las muestras ensayadas. Se observa que para el depósito de lleno antrópico se

presenta un material con alto contenido de partículas de tamaño limo, mientras que el

depósito aluvial fino, el material contiene en su mayoría partículas finas, con alguna

presencia de arenas.

Figura 74. Curvas Granulométricas




120

A partir de la fracción fina de los materiales pasantes del Tamiz Nº. 40 se clasificó el

material fino del depósito de lleno antrópico como limos de baja compresibilidad (ML) y

arcillas de baja plasticidad (CL), y las partículas finas del suelo residual horizonte IB como

limos de baja compresibilidad (ML), y arcillas de alta y baja plasticidad (CL – CH);

mediante la carta de plasticidad de Casagrande como se muestra en el esquema de la

Figura 75.

Figura 75. Carta de Plasticidad de Casagrande




121

Figura 76. Variación del Número de Golpes Obtenido del Ensayo SPT y Humedad

con la Profundidad

Se observa que para el depósito de lleno antrópico la resistencia es variable con una

tendencia a aumentar con la profundidad (4<Nspt<60), mientras que para el depósito

aluvial fino la resistencia tiende a aumentar con la profundiad (12<Nspt<60). De la

humedad se puede decir que tanto para el depósito de lleno antrópico (15<W<48) como

para el suelo residual horizonte IB (17<W<41), es poco variable con la profundidad.

8.4.2 Parámetros del Suelo

Los parámetros de resistencia c y φ del suelo se determinaran mediante tres

metodologías diferentes:

Ensayos de laboratorio: ensayos de corte directo modalidad CU.

Correlación con los resultados del ensayo de penetración estándar SPT.

Retroanálisis




122

Correlación con los Resultados del Ensayo de Penetración Estándar SPT

Se empleó el método aproximado de evaluación de los parámetros efectivos de

resistencia c´ y φ´, a partir de los datos de SPT (González G. Álvaro, 1999).

En la Tabla 39 se resumen los valores asumidos para los parámetros de resistencia de

los materiales presentes en cada punto definido en el proyecto.

Tabla 39. Parámetros de Resistencia del Suelo

ESTRATO

(KN/m3)

c (KN/m2)

(°)

Depósito de lleno antrópico 16.2 0 25.2

Suelo residual horizonte Ib 15.4 0 35

Figura 77. Método Aproximado de Evaluación de los Parámetros Efectivo de

Resistencia c’ y φ’

y = 0.4699x - 0.006R² = 0.9992

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0ES

FU

ER

ZO

CO

RT

AN

TE

(T

on

/m2)

PRESION NORMAL (Ton/m2)

Lleno antrópico




123

8.4.3 Diseño Sismo Resistente

De acuerdo con las clasificaciones que establece el Código Colombiano para construcción

de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 el suelo en la zona del proyecto se puede

definir de la siguiente manera.

Tabla 40. Clasificación del Suelo en la Zona del Proyecto

Municipio Itagüí

Zona de amenaza sísmica Intermedia

Aa (aceleración horizontal pico efectiva) 0,15

Av (velocidad horizontal pico efectiva) 0,20

N (número medio de golpes) 27

Tipo de Perfil de suelo D

Fa (Factor de amplificación para periodos cortos) 1,5

Fv (Factor de amplificación para periodos intermedios) 2,2

Grupo de uso I

Coeficiente de importancia 1,00

8.5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo con los resultados de la caracterización geotécnica del sitio y teniendo en

cuenta la magnitud de las obras proyectadas, se presentan las conclusiones y

recomendaciones. Se debe tener en cuenta que el proyecto consiste en la construcción

de un canal en aproximadamente 300,00m de longitud y de las estructuras hidráulicas

pero entre la abscisa 30 a la 50 se construirá una alcantarilla de cajón de dimensiones

B=2,20m y H=2,50m. A continuación se muestra la geometria de la alcantarilla de cajón y

del canal.




124

Figura 78. Sección Típica en Canal

Figura 79. Sección Típica en Cobertura




125

8.5.1 Cimentación

Canal

La cimentación del canal se implementará mediante la construcción de una placa o losa

que se dimensionará lo suficientemente rígida para trasmitir al subsuelo presiones de

contacto que no superen las 12 ton/m². La losa se debe apoyar sobre una cama o lecho

en piedra cuyo espesor dependerá básicamente de los espesores de relleno necesarios

para garantizar las condiciones de los diseños hidráulicos en la Figura 78 se presenta

una sección típica. O sobre un reemplazo en material granular de al menos 0.40 metros

de espesor.

Cobertura

El tramo de cobertura, se cimentará mediante una losa de concreto a una profundidad

mínima de 5.0 m por debajo del nivel actual del terreno, directamente sobre los suelos “in

situ”, conformados por limos arenosos o arenas limosas de color amarillo y amarillo

blancuzco definidos suelo residual. La losa deberá ser dimensionada para trasmitir al

subsuelo presiones de contacto que no superen las 18 toneladas por metro cuadrado.

Si a lo largo del trazado del box coulvert, el suelo de apoyo corresponde a los llenos

antrópicos descritos o a la antigua capa orgánica, la losa se apoyará sobre un reemplazo

en concreto ciclópeo de 50 cm de espesor. Para evitar la generación y concentración de

esfuerzos se recomienda implementar la construcción de juntas espaciadas como máximo

cada 10 metros las cuales se tratarán de manera adecuada para garantizar su

estanqueidad.

Muros Laterales

Los muros laterales de la alcantarilla de cajón se apoyarán directamente sobre la losa de

cimentación recomendada en el numeral anterior y se diseñarán teniendo en cuenta los

siguientes parámetros para el cálculo de los empujes de tierras.




126

Coeficiente de Empuje Activo (Ka): 0.33

Coeficiente de Empuje Pasivo (Kp): 3.30

Coeficiente de Empuje en Reposo (Ko): 0.65

Densidad del Relleno Compactado: 1.80 ton/m³

Coeficiente de Fricción Suelo Concreto: 0.48

Al respaldo de los muros se colocará un filtro, en material granular en toda la altura del

contacto suelo – muro, con el fin de dispar las sobre presiones que se puedan presentar

por efecto de las aguas freáticas y de infiltración. Las aguas captadas por los filtros serán

entregadas directamente a la estructura final de entrega.

Estructuras de Disipación de Energía

La estructura de disipación de energía quedarán apoyadas sobre los suelos residuales,

detectados hasta profundidades entre 4.60 y 6.50 m. Debido a esta conformación del

terreno, se recomienda apoyar la estructuras directamente sobre el terreno, o

eventualmente mediante un reemplazo en piedra, dimensionadas para trasmitir al

subsuelo presiones de contacto que no superen las 20 ton/m².

8.5.2 Excavaciones

Los movimientos de tierra necesarios para la conformación del canal se deben proyectar

con retroexcavadoras y carga en volquetas que de acuerdo con la geometría que exhibe

el lote puede ser el sistema que arroje los mejores rendimientos.

Los taludes temporales del corte se deben conformar no más inclinados que 1H: 2V y su

altura máxima se limitará a 4 metros. Para alturas mayores se debe proyectar la

construcción de bermas intermedias (a mitad de la altura del talud) de por lo menos 2.50

metros de ancho.

Los taludes de cortes definitivos se conformarán no más inclinados que 1H:1V y su altura

máxima se limitará a 3.0 metros. Para alturas mayores se debe proyectar la construcción

de bermas intermedias de por lo menos 2.5 metros de ancho.




127

Los taludes definitivos en terraplén se conformarán con inclinaciones menores que 3H:2V

y su altura máxima se limitará a 3.0 metros para alturas mayores lo llenos y terraplenes se

deben confinar mediante la construcción de muros de contención o reforzarse con

geotextiles o geomallas.

Los taludes expuestos se deben revegetalizar o engramar con el fin de evitar que se

puedan deteriorar por efecto de la erosión asociada a la escorrentía superficial

concentrada, por efecto de la precipitación pluvial.

Nos ponemos a su disposición para las ampliaciones y aclaraciones que estimen

convenientes.

8.5.3 Estabilidad de Taludes

Con el fin de establecer las condiciones de estabilidad actual de la ladera que será

intervenida con el corte para la construcción del canal, teniendo en cuenta la condición de

la zona y considerando los antecedentes de estabilidad en los taludes del sector se

presenta una alternativa de solución que consiste en un refuerzo de los suelos del talud

mediante la implementación de un sistema soil-naling.

Con el fin de evaluar la estabilidad de la zona, se hace el análisis teniendo en cuenta las

condiciones después de la intervención necesaria para construcción del canal, utilizando

las secciones topográficas levantadas en campo y las propiedades mecánicas de los

suelos determinadas por TECNISUELOS LTDA.

Para evaluar el comportamiento de la ladera se realiza el análisis de estabilidad utilizando

como método de análisis, los fundamentos del equilibrio límite, (principios de la estática y

un factor de seguridad) basado en el método de las dovelas, que discretiza la masa

potencial de deslizamiento, en dovelas verticales. Se determinan factores de seguridad

con respecto al equilibrio de momentos y equilibrio de fuerzas horizontales, por los

métodos de:

Método ordinario (Fellenius), 1936




128

Janbu, 1954

Bishop, 1955

Morgenstern and Price, 1965

El análisis se hace para la condición estática y para las condiciones más desfavorables,

que serían la presencia de nivel freático y la ocurrencia de un sismo (análisis

pseudoestático). Los factores de seguridad se analizan bajo los criterios del Geotechnical

Engineering Office (2004) y del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos (2003).

Tabla 41. Geotechnical Engineering Office (2004)

Tabla 42. US Army Corps of Engineers (2003) – Brand (1982)

A continuación se analizan el talud para condicion natural considerando sismo y nivel

freático.




129

Figura 80. Sección Típica de Talud – Análisis con Sismo y Nivel Freático

Figura 81. Sección Típica de Talud – Análisis Tratado con Nails y Drenes

Horizontales




130

De las Figuras 80 y 81 se puede verificar que el factor de seguridad pasa de 0.5 para la

condición natural del talud, que es una condición inamisible de acuerdo a con el criterio de

la oficina de geotecnia de Hong Kong, a un factor de 1.48 que para la condición seudo-

estática es considerada como ideal.

Figura 82. Implementación de la Solución




131

8.5.4 Bombeos

Durante la ejecución de las excavaciones, debido a la presencia de aguas superficiales en

el espesor de los llenos, puede que sea necesario realizar bombeos para el control de las

aguas freáticas y de infiltración. El bombeo deberá ser el “estrictamente necesario” para

mantener en seco los trabajos y debe ser sometido a inspección para evitar el lavado y

arrastre de finos que podrán ocasionar cárcavas al interior del subsuelo y de las mismas

excavaciones.

8.5.5 Control de Erosión

Para el control de la erosión tal como se observa en la investigación de la geología se

recomienda la revegetalización de las márgenes de la quebrada mediante el uso de pasto

tipo Vetiver, el cual tiene la particularidad de poseer un sistema radicular denso y

profundo.

Revegetación de las Coronas de los Taludes

Se recomienda que las “coronas” de los taludes, sean sembradas en arbustos, con

especies nativas y de crecimiento radicular, denso y profundo, se ha observado que la

SWINGLIA, es adecuada para ser utilizada en la zona, y además tiene propiedades

ornamentales, como cerco vivo. Con la siembra en la “corona” de los taludes se

consigue, que el desarrollo de las raíces, amarre los suelos que están mas expuestos a

ser removidos por efecto de los cambios de humedad y por la escorrentía superficial,

además permiten la estabilización de la humedad por efectos de la evopo - transpiración

de las plantas, y disminuye, de alguna manera el impacto directo de las gotas de agua en

precipitaciones de alta intensidad sobre la cara expuesta del talud.

Revegetación de Taludes

Este consiste en la siembra de grama común (del genero Paspalum) o pastos tipo kikuyo

sobre la cara del talud mediante el sistema de estolón o punzón, con una distancia de




132

siembra entre huecos de 0.25 m y siguiendo las curvas de nivel. Antes de sembrarlos se

aplicará al suelo 100 gramos de gallinaza y después de la siembra 50 gramos de

fertilizante 13-26-6. También se pueden sembrar gramíneas como VETIVER o MANI

FORRAJERO. Este tratamiento solo se aplicará a los taludes que en criterio de la

interventoría lo requieran, bien sea por la altura, por el deterioro que en la actualidad

presenten. Este tratamiento se aplicará a los taludes de corte y de lleno o terraplén.

8.5.6 Soluciones que Involucran el Control del Agua (Suarez, 2001)

Los métodos de estabilización de deslizamientos que contemplen el control del agua,

tanto superficial como subterránea son muy efectivos y son generalmente, más

económicos que la construcción de grandes obras de contención, en cuanto a que tienden

a desactivar la presión de poros, considerada como el principal elemento desestabilizante

de los taludes. El drenaje reduce el peso de la masa de suelos y al mismo tiempo

aumenta la resistencia al corte del talud al disminuir la presión de poros.

Existen varias formas de drenaje, superficial y profundo. El objetivo principal de estos

métodos es el de disminuir la presión de poros y en esa forma aumentar la resistencia al

corte y eliminar las fuerzas hidrostáticas desestabilizantes. El factor de seguridad de

cualquier superficie de falla que pasa por debajo del nivel de agua puede ser mejorado

por medio de subdrenaje.

Los sistemas más comunes para el control del agua son:

Zanjas de coronación o canales colectores (Drenaje Superficial).

Cortinas subterráneas.

Drenes interceptores.

Subdrenes horizontales o de penetración.

La efectividad de los sistemas varía de acuerdo a las condiciones hidrogeológicas y

climáticas.




133

En cualquier sistema de subdrenaje el monitoreo posterior a su construcción es muy

importante, deben instalarse piezómetros antes de la construcción de las obras de control

que permitan observar el efecto del subdrenaje y a largo plazo dar información sobre la

eficiencia del sistema, el cual puede ser deteriorado por taponamiento o desgaste.

El volumen de agua recolectada no es necesariamente un indicativo de su efecto, debido

a que en suelos poco permeables, se puede obtener una reducción muy importante en las

presiones de poro y por lo tanto un aumento en el factor de seguridad, con muy poco flujo

de agua hacia el sistema de subdrenaje.

Drenaje Superficial

El objetivo principal del drenaje superficial es mejorar la estabilidad de los taludes

asociados al canal, reduciendo la infiltración y evitando la erosión.

El sistema de recolección de aguas superficiales debe captar la escorrentía tanto del talud

como de la cuenca de drenaje arriba del talud y llevar el agua a un sitio seguro lejos de la

zona con posible afectación. El agua de escorrentía debe en lo posible, desviarse antes

de que penetre el área del talud. Esto puede lograrse con la construcción de zanjas

interceptoras en la parte alta del talud, llamadas zanjas de coronación. No se recomienda

en problemas de taludes la utilización de conducciones en tubería por la alta

susceptibilidad a agrietarse o a taponarse, generando problemas de infiltración masiva

concentrada.

Por otro lado el agua que cae por lluvias directamente sobre la superficie del talud, debe

ser evacuada lo más rápidamente posible, evitando al mismo tiempo que su paso cause

daños considerables al talud, por erosión, almacenamientos e infiltraciones; perjuicios que

pueden ser evitados, tratando el talud con una serie de medidas que favorezcan el

drenaje. Entre las más utilizadas son: sellado de grietas con arcilla y empradización.




134

Canales o Zanjas de Corona

Las zanjas en la corona o parte alta de un talud son utilizadas para interceptar y conducir

adecuadamente las aguas lluvias, evitando su paso por el talud. La zanja de coronación

no debe construirse muy cerca al borde superior del talud, para evitar que se conviertan

en el comienzo y guía de un deslizamiento en cortes recientes o de una nueva superficie

de falla (movimiento regresivo) en deslizamientos ya producidos; o se produzca la falla de

la corona del talud o escarpe (Figura 79). Se recomienda que las zanjas de coronación

sean totalmente impermeabilizadas, así como debe proveerse una suficiente pendiente

para garantizar un rápido drenaje del agua captada. Sin embargo se anota que a pesar de

lograrse originalmente una impermeabilización, con el tiempo se producen movimientos

en el terreno que causan grietas en el impermeabilizante y por lo tanto infiltraciones que

conllevan a una disminución de la resistencia del suelo y por ende a su falla. La

recomendación de impermeabilizar se debe adicionar con un correcto mantenimiento. Se

sugiere que al menos cada dos años se deben reparar las zanjas de coronación para

impermeabilizar las fisuras y grietas que se presenten.

Figura 83. Detalle de las Rondas de Corona para Drenaje de Taludes

Cunetas Interceptoras a Mitad de Talud

En suelos susceptibles a la erosión se recomienda construir cunetas de drenaje

transversales a mitad de talud. Se recomienda construir canales interceptores en todas y




135

cada una de las bermas intermedias del talud. Estos canales deben revestirse

apropiadamente conduciendo las aguas a graderías de disipación de energía. Esta cuneta

a mitad de talud se construirá si se ve la necesidad en campo.

Las cunetas a mitad de talud deben tener una pendiente tal que impida la sedimentación

de materiales. Es muy común que estas cunetas se construyan con pendientes muy bajas

y al taponarse produzcan cárcavas de erosión localizadas.

Las bermas deben ser lo suficientemente anchas para que exista un sobreancho de

protección para las cunetas, en el caso de producirse derrumbes de las coronas de los

taludes resultantes.

Figura 84. Detalle de la Cuneta a Mitad del Talud

Drenaje Subterráneo

El drenaje subterráneo tiene por objeto disminuir las presiones de poro o impedir que

estas aumenten.

La cantidad de agua recolectada por un sistema de subdrenaje depende de la

permeabilidad de los suelos o rocas y de los gradientes hidráulicos. Cuando se instala un




136

dren generalmente, el nivel piezométrico se disminuye al igual que el gradiente hidráulico,

lo cual disminuye el caudal inicial recolectado por los drenes.

Drenes Horizontales o de Penetración

Un dren horizontal o subdren de penetración consiste en una tubería perforada colocada a

través de una masa de suelo mediante una perforación profunda subhorizontal o

ligeramente inclinada, con la cual se busca abatir el nivel freático hasta un nivel que

incremente la estabilidad del talud.

La principal ventaja de los drenes horizontales es que son rápidos y simples de instalar y

se puede obtener un aumento importante del factor de seguridad del talud en muy poco

tiempo.

El diámetro de las perforaciones es de aproximadamente 3 a 4 pulgadas dentro de las

cuales se colocan tuberías perforadas. Los tubos utilizados son metálicos, de polietileno o

PVC, generalmente en diámetros de 2 ó 3”, aunque en ocasiones se emplea otro tipo de

diámetro. La tubería se puede perforar con agujeros circulares o ranurar en sentido

transversal. Los orificios de la tubería se hacen generalmente, en diámetros de 5 a 1.5

milímetros con una densidad de 15 a 30 agujeros por metro de tubería. En ocasiones los

subdrenes se diseñan para que recolecten agua solamente en el sector cercano a la

punta interior y se inyecta con un impermeabilizante, la longitud restante de tubo. En esta

forma se impide que el agua captada se reinfiltre nuevamente en la trayectoria de salida.




137

Figura 85. Detalle de los Drenes Horizontales

Nails

Los nails son elementos generalmente de sección circular, de pequeño diámetro, que son

capaces de transmitir las cargas de una estructura al terreno, mediante esfuerzos de

compresión, y en ocasiones, de flexión y cortante, e incluso de tracción. Esta transmisión

de esfuerzos se realiza por rozamiento del fuste despreciándose en la mayoría de los

casos la resistencia en punta por ser muy inferior.

Los nails se definen como elementos longitudinales ya que predomina su longitud sobre

su sección. Se componen de una armadura en forma de tubo o barra y por el

recubrimiento de ésta en forma de lechada de cemento o mortero que queda en contacto

con el terreno y que se introduce a presión contra el mismo. Esta inyección puede

realizarse por tramos.

Los nails se pueden clasificar:

a) Por la forma de transmitir los esfuerzos:

Como elemento puntual.




138

En conjunto como mejora del terreno.

b) Por el tipo de solicitación dominante:

Esfuerzos axiales: compresión o tracción.

Flexión.

c) Por el sistema de inyección:

Tipo 1: Inyección Única Global (IU): una sola fase a baja presión.

Tipo 2: Inyección Única Repetitiva (IR): en una o dos fases mediante latiguillos y

presiones medias, no superiores a la mitad de la presión límite del terreno.

Tipo 3: Inyección Repetitiva y Selectiva (IRS): a través de tubos manguito, con

reinyecciones superiores a dos y con altas presiones de hasta la presión límite del

terreno.

Los nails pueden considerarse en líneas generales como pilotes de pequeño diámetro,

generalmente de entre 114 y 220 mm de diámetro, dotados de una armadura tubular

rodeada de lechada de cemento o de mortero.

El proceso de ejecución de un micropilote se compone de dos fases: la perforación del

terreno y la inyección de la lechada o el mortero.

La técnica empleada en la perforación de un nail depende básicamente del tipo de terreno

en el que va a realizarse. Aunque existen varias maneras de perforar, las más empleadas

son:

OD.

ODEX.

Rotación.

Rotopercusión con martillo en cabeza.




139

Aunque en algunos casos no es necesario proteger la perforación frente a derrumbes

internos del terreno, lo habitual es emplear entubación recuperable y barrido con agua y

aire comprimido.

Si el terreno no es estable a la perforación puede ser necesaria la utilización de

entubación perdida. Este elemento puede ser sustitutivo o complementario de la armadura

necesaria.

El taladro se lava con agua y/o aire a presión. Si la armadura es tubular, que es la más

utilizada, se introduce en la perforación una vez concluido el lavado. En el caso en el que

la armadura sea de barra, se introducirá ésta una vez inyectado el taladro.

Bioingeniería

La principal causa de los problemas en los taludes es la presencia del agua de la lluvia, la

escorrentía y el agua subterránea, por lo tanto el manejo de las aguas es muy importante

desde el inicio de la construcción. La protección de la superficie del terreno generalmente

se obtiene utilizando la vegetación como obra principal de estabilización y se debe tener

especial cuidado en la selección del sistema de establecimiento de la cobertura vegetal y

de las especies vegetales a establecer; Sin embargo, en ocasiones se requieren obras

con materiales no orgánicos para complementar la protección con vegetación. El

planteamiento, diseño e implementación de las obras de control de erosión, requiere de

un trabajo conjunto donde deben intervenir geólogos y ambientalistas, forestales y

expertos en vegetación nativa y los ingenieros civiles, hidrólogos, hidráulicos, y

geotécnicos.

Las obras de ingeniería involucran la intervención de laderas y taludes, los cuales

requieren de un programa de control de erosión durante la construcción, y de medidas

definitivas de control a mediano y largo plazo. La producción de sedimentos, ocasionada

por la erosión requiere de obras de control de sedimentos. La erosión es una de las

principales fuentes de contaminación del agua, y la construcción de obras de ingeniería es

una de las principales fuentes de erosión.




140

Revegetalización de Canales

El agua recogida por los canales e interceptores es entregada a canales de alta velocidad

generalmente en la dirección del talud. Las alturas verdaderas de flujo son mayores que

las calculadas por la ecuación de Manning por la presencia de aire atrapado.

Se presentan dos tipos diferentes de canales: El canal rápido y el canal en gradería. El

canal rápido se construye a una pendiente igual a la del talud y en ocasiones se le

colocan elementos sobresalientes en su fondo para disipar energía. Este sistema es muy

utilizado por ser más económico, pero presenta el problema de la poca energía disipada.

A lo largo de las canaletas se recomienda colocar elementos que produzcan gran

rugosidad para generar flujo amortiguado y minimizar la velocidad en su pie.

Figura 86. Revegetalización de Canales

TRINCHOS EN TALUDES

Los trinchos son elementos horizontales generalmente de madera o bambú soportados

por estacas que tienen por objeto impedir la profundización y formación de surcos y

cárcavas en los taludes con concentraciones altas de agua de escorrentía, el trincho

previene el movimiento de sedimentos de la superficie del alud. Los trinchos pueden ser

totalmente enterrados o pueden sobresalir por encima de la superficie del talud. Las

estacas deben enterrarse hasta una profundidad generalmente superior a 50 centímetros,




141

el espaciamiento entre trinchos varía de acuerdo a las características del talud, pero es

normal tener espaciamientos entre 1.5 y 3 metros. Para la construcción de los trinchos se

pueden utilizar estacas vivas y puede sembrarse vegetación entre ellos.

Figura 87. Zonas a Tratar con Trinchos Vivos para la Prevención de Cárcavas

Figura 88. Detalle Trinchos en Taludes




142

Barreras de Piedra o de Fajinas

Para lograr la sedimentación en canales se pueden colocar barreras de piedra o de

vegetación, las cuales permiten el paso del agua pero impiden el paso de sedimentos

gruesos. Debe tenerse en cuenta la necesidad de retirar los sedimentos a medida que se

van colmatando las pequeñas represas

8.5.7 Recomendaciones Generales de Construcción

Si se tienen dudas sobre la identificación de los suelos propuestos para servir de apoyo a

las estructuras, se dará aviso oportuno a TECNISUELOS que enviará uno de sus

ingenieros especialistas para que instruya al profesional residente en la obra sobre los

parámetros necesarios para su reconocimiento.

Las excavaciones para las fundaciones no deben permanecer expuesta a la

intemperie durante períodos superiores a 24 horas. Si el vaciado no se puede

realizar el mismo día en el que se ejecuta la excavación, se dejará el nivel unos

20cm por encima de la cota de fundación, los cuales se retirarán antes de

proceder a realizar el vaciado.

Antes de proceder al vaciado de la alcantarilla de cajón, el suelo de apoyo de la

losa de fondo se debe encontrar libre de lodos y materiales sueltos, y proporcionar

una superficie uniforme, para lo cual se recomienda colocar un solado en concreto

pobre de espesor mínimo de 10cm.




143

9 ESTUDIO ESTRUCTURAL

En este capítulo se exponen, además de los cálculos, las conclusiones del diseño

estructural realizado para las obras propuestas que tienen como fin solucionar los

problemas hidráulicos de un tramo de la quebrada La Peladero en el Municipio de Itagüí.

Dentro del conjunto de obras propuestas y que requieren del análisis y diseño estructural

se encuentran básicamente: el diseño y construcción de un canal rectangular en concreto

reforzado y de una cobertura también en concreto reforzado, cuyas dimensiones ya

fueron determinadas en el estudio hidráulico.

Además de los diseños estructurales de las dos obras ya mencionadas, se realiza el

chequeo estructural, las recomendaciones y especificaciones de construcción de un

canal en piedra pegada de forma trapezoidal, al igual de unas presas en concreto ciclópeo

que en algunas partes del trazado sirven de soporte del canal antes mencionado.

Tanto el canal como la cobertura propuesta en este estudio, tiene unas dimensiones

internas, que garantizan su adecuado comportamiento frente a los caudales de diseño, el

espesor de los elementos que lo constituyen, es decir, espesor de las losas y de los

muros laterales son propuestos y estudiados en este capítulo.

Además, en este capítulo se dimensionan los espesores de dichas obras de tal manera

que cumplan los requerimientos de resistencia a flexión y fuerza cortante que exige el

Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, NSR-10.




144

9.1 CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS

En la Tabla 43 se muestran los parámetros geotécnicos propios para la evaluación de

cargas, análisis y diseño estructural de la cobertura y del canal.

Tabla 43. Parámetros Geotécnicos para el Diseño Estructural

a

T/m2

s

t/m3)

Kz

t/m2/m Ka (º) Ko

12,0 1,80 1500 0,33 30 0,65

9.2 CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA OBRAS HIDRÁULICAS

La obra hidráulica inicia con un canal en concreto reforzado de sección transversal

rectangular, este tramo de canal tiene una longitud total de 14.00m, debido a la

configuración del terreno, es necesario plantear escalones a lo largo del trazado, los

cuales son de altura constante con un valor de 1.00m, de esta manera la sección

transversal de mayor altura a lo largo del trazado es de 4.00m.

Luego las aguas de la quebrada La Peladero son conducidas a través de una cobertura

de 2.20m x 2.50m en concreto reforzado, dicha cobertura tiene una longitud de 28.00m y

en su trazado no se han proyectado escalones.

Aguas abajo de la cobertura la obra hidráulica se compone de un canal en piedra pegada,

la geometría del canal es de tipo trapezoidal con una base (fondo del canal) de 0.80 m, y

un lado mayor (ancho superior del canal) de 5.30m, la altura vertical entre el fondo y el

ancho superior del canal es de 1.50m debido a que como parte de la solución se plantea

levantar el lecho de la quebrada, se requieren unos tramos llenos en piedra suelta y en

otros tramos es necesario la construcción de unas presas en concreto ciclópeo con un

trazado escalonado.




145

En algunos de los escalones del canal y en el trazado general de la cobertura se propone

una junta de dilatación con una llave transversal, para permitir así un adecuado

comportamiento estructural frente a posible desplazamiento de la estructura.

En el capítulo correspondiente al pre dimensionamiento se estiman de forma inicial los

espesores del canal en concreto reforzado y de la cobertura las cuales posteriormente

son chequeadas a lo largo del desarrollo de este trabajo, de tal forma que cumplan con

los requerimientos mínimos que exige la norma en cuanto a la capacidad de resistencia a

flexión y cortante.

9.3 CRITERIOS ESTRUCTURALES

El diseño estructural del canal, se realiza teniendo en consideración el Reglamento

Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10), las cargas mínimas, las

combinaciones de cargas, las propiedades de los materiales utilizados para el diseño y

para su construcción, espesores de muros, los recubrimientos mínimos, así como otros

elementos son adoptados según lo estipulado en el documento antes mencionado.

El diseño de los muros del canal, se realiza considerando éstos como elementos

estructurales que actúan como voladizo, debido a su configuración geométrica y al estado

de cargas a la que están sometidos; se realiza el chequeo de la resistencia a cortante en

la base del muro y su necesidad de acero para las solicitaciones a flexión.

Los diseños para la cobertura se realizan teniendo en consideración el Reglamento

Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10), las cargas mínimas, las

combinaciones de cargas, las propiedades de los materiales utilizados para el diseño y

para su construcción, espesores de muros y losas, los recubrimientos mínimos, así como

otros elementos son adoptados según lo estipulado en el documento antes mencionado.

Para el dimensionamiento de la cobertura, además de la estimación de cargas sobre ésta,

se utilizan los criterios expuestos en la Portland Cement Association (PCA).




146

El diseño de la cobertura se realiza a flexión y cortante de los elementos que lo

conforman, esto es, muros laterales y la losa de fondo y superior, las cargas a las que se

somete la cobertura corresponden a los empujes laterales de suelo, carga debida a

efectos sísmicos, cargas debidas a la eventualidad de un camión y cargas debida al peso

propio.

9.4 MATERIALES

Los materiales empleados para el diseño y la construcción del canal y de la cobertura,

están compuestos básicamente por:

9.4.1 Concreto Reforzado

Se emplea concreto reforzado para el diseño y construcción de todos los elementos que

conforman el canal y la cobertura, teniendo en cuenta las consideraciones hidráulicas,

particularmente para prevenir efectos de abrasión del flujo en la losa y paredes de los

elementos estructurales, se hace necesario el uso de un hormigón con una resistencia a

la compresión de f’c=28MPa (280 kgf/cm2).

El módulo de elasticidad empleado, se toma como el valor promedio de toda la

información experimental nacional. El NSR-10) en su numeral C.8.5.1 recomienda el uso

de la siguiente expresión para el cálculo del módulo de elasticidad del hormigón:

MPaenc'f4700Ec

9.4.2 Acero de Refuerzo

El acero de refuerzo empleado para efectos de diseño y construcción de las obras

hidráulicas tiene una resistencia a la fluencia de fy=420 MPa para diámetros mayores o

iguales a 3/8 de pulgada.




147

El módulo de elasticidad del acero de refuerzo se toma como lo sugiere la NSR-10 en su

numeral C.8.5.2 con el valor de:

MPa200000Es

En la Tabla 44 se muestra un resumen de las principales características mecánicas de los

materiales empleados.

Tabla 44. Características Mecánicas de los Materiales Empleados

CONCRETO ACERO

f'c (MPa) E (MPa) fy (MPa) Es (MPa)

28 24870 420 200000

9.5 PREDIMENSIONAMIENTO

En este capítulo se presentan los criterios adoptados para el pre dimensionamiento de las

obras hidráulicas objeto de este estudio.

9.5.1 Predimensionamiento del Canal

Para pre dimensionar los espesores de los elementos que constituyen el canal de tipo

escalonado se emplean los requerimientos mínimos establecidos en la norma NSR-10

particularmente lo estipulado en el título C.9.5.2.1, Tabla C.9.5.(a), de esta manera para

elegir el espesor de la losa de fondo del canal, por ser una losa maciza, el espesor debe

ser aproximadamente L/28 (donde L es la luz libre entre los extremos) y para elegir el

espesor de los muros se utiliza el criterio de que sean del orden L/10, por ser elementos

en voladizo (donde L es la altura de los muros) por tratarse de canal escalonado de altura

variable a lo largo de su trazado, se opta que la altura de diseño de los muros del canal

para el predimensionamiento sea el más desfavorable que se presente en el trazado, el

cual es de 2.20 m, del ancho y de 4.00m de altura, así en la Tabla 45 se muestran los

valores recomendados y los elegidos para la losa y los muros del canal.




148

Tabla 45. Espesores Elegidos para la Losa y Muros del Canal

ELEMENTO CANAL

LOSA MURO

Criterio L/28 L/10

L (m) 2,20 4,00

Espesor recomendado (m) 0,08 0,40

Espesor elegido (m) 0,40 0,40

Para efectos de garantizar continuidad y por lo tanto rigidez estructural, se opta por que el

espesor de la losa de fondo sea el mismo que de los muros laterales, así que por lo tanto

los muros en su parte inferior y losa del canal se pre dimensiona de 0.40 m., desde la

base de los muros hasta la corona habrá un ancho variable que pasa de 0.40 m a 0.30 m

En la Figura 89 se muestran las dimensiones típicas utilizadas para el diseño.

Figura 89. Dimensiones Típicas de Diseño del Canal (Zona Escalonada)




149

9.5.2 Predimensionamiento de la Cobertura

Para obtener un estimativo del espesor, tanto de las losas horizontales como de las

paredes verticales de la cobertura, se emplea el criterio, recomendado por la PCA,

(Asociación de Cemento Portland) de los Estados Unidos, la cual recomienda que el

espesor esté entre r/6 y r/2, siendo r la mitad de la dimensión interna promedio de la

cobertura, para el caso en estudio se tiene que r=1,17 m, de esta manera el espesor se

recomienda que esté entre:

m20,06/m17,1e

m58,02/m17,1e

Este es una recomendación de la PCA, además por experiencia del diseñador y debido al

lleno que hay sobre la cobertura y considerando la presencia de cargas vehiculares sobre

la cobertura, se opta por que las losas de la cobertura tengan un espesor de 0.40 m y las

paredes sean de 0.30 m, se propone además la construcción de chaflanes en las cuatro

esquinas de 0,25m de lado, el uso de los chaflanes en concreto favorecen la resistencia

de las fuerzas cortantes que se presentan en las paredes y losas de la cobertura, ya que

la sección crítica a cortante se desplaza una distancia “d” a partir de donde termina el

chaflán, lugar donde la cortante ha bajado considerablemente. Estos valores de las

dimensiones de los elementos son, sin embargo, verificados durante el análisis estructural

de acuerdo con las especificaciones del reglamento NSR-10, en cuanto a la resistencia

por flexión, fuerza axial y cizalladura.

Un esquema general de la sección de la cobertura con las dimensiones propuestas se

muestra en la Figura 90.




150

Figura 90. Dimensiones Típicas de Diseño de la Cobertura

9.6 ESTIMACION DE CARGAS PARA EL CANAL

En este apartado se presenta la estimación de cargas a las que estará sometida la

estructura hidráulica que es objeto de este estudio, dentro de las cuales no existen cargas

debidos a sobrecargas vehiculares, ni llenos significativos que afecten de manera

trascendental los empujes básicos que se anotan a continuación.

Para el diseño de los canales se consideran las siguientes cargas.

Empuje del terreno (P1, P2, P3)

Empuje debido al nivel freático (P4, P5)

Empuje debido a eventos sísmicos (P6, P7)

Empuje hidrostático (P8)

Para ilustrar las cargas consideradas en el diseño se presentan éstas en la Figura 91.




151

Figura 91. Cargas Consideradas para el Diseño del Canal

P1

P2 P3 P4

P6

P8

P5

P7

Tal como se ha anotado en párrafos anteriores, la altura de los muros del canal es

variable a lo largo del trazado, sin embargo se ha adoptado una altura de diseño de 4.00

m y un ancho de 2.20 m. A continuación se realiza una breve descripción y el cálculo de

cada una de estas cargas.

9.6.1 Empujes de Tierra (P1, P2 y P3)

P1, P2, y P3, corresponden a los empujes de tierra sobre los muros del canal, tanto por

encima como por debajo del nivel freático, para el cálculo de éstas se utiliza la teoría de

Coulomb para el empuje de tierras. P1 corresponde al empuje de tierras por encima del

nivel freático, P2 y P3, corresponden al empuje de tierras por debajo del nivel freático,

generalmente es usual considerar la altura de este nivel freático a un tercio de la altura

total de los muros. Para los tres empujes (P1, P2, P3) es necesario conocer el coeficiente

de empuje activo Ka el cual se reporta en la Tabla 43.




152

33.0Ka

Para el cálculo del empuje P3, se considera el peso unitario saturado del suelo, el cual por

experiencia del diseñador es mayor 0.05T/m3 que el valor del peso unitario húmedo

reportado en el estudio de suelos.

El cálculo para la obtención de cada uno de los empujes de tierra se muestra a

continuación.

233nfwsata3

23nfta2

23nfta1

m/t38,0)m35,1)(m/t0,1m/t85,1)(33,0(HγγKP

m/t57.1)m35,1m00,4)(m/t80,1)(33,0()HH(γKP

m/t57.1)m35,1m00,4)(m/t80,1)(33,0()HH(γKP

9.6.2 Empuje Hidrostático (P4)

Se adopta adicionalmente al empuje de tierras, el empuje hidrostático debido al agua por

debajo del nivel freático. Como se anotó anteriormente la altura del nivel freático se

localiza a un tercio de la altura de los muros del canal. De esta manera el valor del empuje

hidrostático es el que se muestra a continuación.

23nfw4 m/t35,1)m35,1)(m/t0,1(HλP

9.6.3 Empuje de Subpresión (P5)

Este empuje actúa sobre toda el área de la cara inferior de la losa de fondo del canal y es

debida a la presión ejercida por el nivel del agua que se encuentra por encima del nivel de

la losa, de esta manera el valor del empuje de la sub-presión en la losa de fondo es la que

se muestra a continuación.

23nfw45 m/t35,1)m35,1)(m/t0,1(HλPP




153

9.6.4 Empuje Debido a la Acción Sísmica (P6 y P7)

Adicional a las cargas antes mencionadas, se considera para este diseño la eventualidad

de la ocurrencia de un evento sísmico. Para determinar la magnitud de estos empujes se

hace uso de la teoría de empuje sísmico de tierras de Mononobe-Okabe. Con esta teoría

es posible hallar la magnitud del empuje de tierras debido al efecto sísmico tanto por

encima como por debajo del nivel freático. Las expresiones para el cálculo de estos

valores son los que se muestran a continuación.

)K1(H'γ'KP

)K1(HγKP

vnfs7

vts6

En donde:

Ka'Kas'Ks

KaKasKs

Para el cálculo de los parámetros Kas y Kas’ se utilizan las expresiones que se muestran a

continuación.

2

2

2

as

ψιcosθψδcos

ιθφsenδφsen1θψδcosψcosθcos

ψθφcosK

2

2

2

as

ψιcos'θψδcos

ι'θφsenδφsen1'θψδcosψcos'θcos

ψ'θφcos'K

En donde:

V

H1

K1

Ktanθ




154

'γ

γ.

K1

Ktan'θ

V

H1

Kh: coeficiente de sismo horizontal = Aa (0.15)

Kv: coeficiente de sismo Vertical 40% Kh. (0.06)

: Angulo de fricción interna del terreno. (30º)

: Angulo de fricción entre el terreno y la cara del muro del canal. (2/3) (20.00º)

Inclinación del muro con respecto a la vertical. (0º)

Angulo del terreno con respecto a la horizontal (0º)

Con estas expresiones se obtienen los siguientes valores.

68,0'K

43,0K

as

as

Finalmente los valores del coeficiente sísmico para el cálculo de los empujes son los

siguientes.

35,033,068,0Ka'Kas'K

10,033,043,0KaKasK

s

s

237

236

m/t38,0)06,01)(m35,1)(m/t85,0)(35,0(P

m/t68,0)06,01)(m00,4)(m/t80,1)(10,0(P

9.6.5 Empuje Hidrostático del Agua (P8)

Se considera un empuje hidrostático interno a una altura de 3.0 m sin considerar los

empujes laterales externos. El valor de este empuje se calcula a continuación.

23 m/t00,3)m00,3)(m/t0,1(8P




155

9.7 COMBINACIONES DE CARGA PARA EL CANAL

En este apartado se presentan las combinaciones de carga utilizadas para el análisis del

canal.

9.7.1 Combinaciones de Carga para el Canal

Las combinaciones de carga utilizados para el análisis estructural del canal son

adoptadas del NSR-10, las cuales se muestran a continuación en la Tabla 46.

Tabla 46. Combinaciones de Carga para el Canal

NOMBRE COMBINACIÓN

U1 1,2D+1,6H

U2 0,9D+1,0E+1,6H

U3 1,4D+1,4F

En donde:

D: Carga muerta. Peso propio de la estructura.

H. Cargas debidas al empuje lateral del suelo, agua freática (P1, P2, P3, P4, P5)

E. Cargas sísmicas (P6, P7).

F: Cargas debido a la presión fluidos (P8).

9.7.2 Envolventes de Diseño

El diseño de la obra hidráulica se realiza con los resultados máximos de cada una de las

combinaciones de carga ya anotados, para ello en el programa de análisis estructural se

definen envolventes que permite obtener las solicitaciones máximas en la obra estudiada.




156

9.8 ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL CANAL

Para el análisis estructural de la obra hidráulica se hace uso del programa de computador

SAP 2000, que permite de una forma rápida, cómoda y confiable realizar el análisis

estructural de casi cualquier tipo de estructura.

9.8.1 Proceso de Modelamiento

Para el análisis de la estructura, se modelan las paredes laterales y la losa horizontal con

elementos que el programa de cómputo denomina tipo “frame”, estos elementos son

trazados por los ejes centroidales de las secciones transversales de cada una de las

estructuras objeto de este estudio.

El análisis que se realiza es del tipo plano ya que las estructuras son analizadas con sólo

tres grados de libertad en cada uno de sus nudos (desplazamiento en el plano “X”, “Z” y

rotación sobre el eje “Y”). Cada uno de sus extremos se considera rígido con una

magnitud igual la mitad de la sección del elemento con que se interceptan.

Las propiedades mecánicas y geométricas de los materiales y elementos

respectivamente, que son adoptadas para el diseño y construcción de las obras

hidráulicas estudiadas, son introducidas al programa para que éste las considere al

realizar los cálculos y arrojar los resultados.

El elemento inferior de los modelos, se dividen en 10 segmentos de igual longitud, a los

cuales en cada uno de sus nudos se les asigna una condición de apoyo, que en este caso

está representado por “resortes” que simulan la forma como el suelo reacciona frente a

las cargas externas aplicadas, estos “resortes” se relacionan directamente con el módulo

de balastro (Ks), que se muestra en la Tabla 43. A cada nodo se le asigna el producto del

área aferente a cada nodo por el módulo de balastro, para la dirección vertical, esto es “Z”

y un 5% de este producto para las direcciones en planta (“X” e “Y”), para modelar así la

fricción que el suelo puede generar en esas direcciones.




157

Al modelo se le aplican las cargas obtenidas en el Numeral 9.6 para el canal. Adicional a

esto se especifica en el programa de análisis estructural las combinaciones de cargas

mostradas en el Numeral 9.7, para el canal respectivamente.

Finalmente se especifica al software que en sus resultados arroje la envolvente de las

combinaciones de cargas estudiadas, esta envolvente entrega los valores máximos y

mínimos de las solicitaciones (momento flector, carga axial, fuerza cortante) en cada uno

de los elementos y es con esta envolvente con la que se realiza el diseño estructural de

las obras hidráulicas objeto de este estudio.

En la Figura 92 se muestra la geometría de los modelos utilizados en el programa para el

análisis estructural de esta estructura.

Figura 92. Modelo Estructural para el Análisis del Canal

MODELO ESTRUCTURALCANAL RECTANGULAR


Los resultados arrojados por el software utilizado se puede analizar tanto de forma tabular

como gráfica, en este informe se opta por utilizar esta última forma para mayor claridad y

facilidad en la interpretación de los resultados, es así que en la Figura 93 se muestran los

resultados del análisis estructural del canal para los efectos de fuerza axial, momento

flector, fuerza cortante y la deformada para la envolvente de diseño.




158

Figura 93. Resultados del Modelo Estructural del Canal

ENVOLVENTE CARGA AXIAL [TON]ENVOLVENTE CORTANTE [TON]

ENVOLVENTE MOMENTO [TON.M] ENVOLVENTE DEFORMADA

1.12

-1.62

13.65

-12.3712.37

-7.13 -1.12 7.13

1.62

-5.12 5.12

12.36

-9.16

13.65

-5.10 -5.10

-10.11

6.30

9.9 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL CANAL

En este apartado se procede al diseño del canal, a partir de los resultados obtenidos del

análisis estructural del Numeral 9.8, para efectos de diseño se considera que la

profundidad efectiva “d” es de 33cm.

9.9.1 Chequeo de la Resistencia de la Fuerza Cortante

Es necesario chequear de forma inicial, que los elementos que constituyen el canal estén

en capacidad de soportar las fuerzas cortantes a las que se encuentra sometida la

estructura.




159

A esta estructura se le chequea la capacidad de soportar fuerzas cortantes en la losa

inferior y las paredes laterales. La expresión utilizada para estimar la fuerza cortante

máxima que el concreto está en capacidad de resistir es la que se muestra a

continuación:

db´fφ53.0Vφ cc

En la Tabla 47 se resumen los valores del cortante último admisible en la losa y en las

paredes verticales del canal.

Tabla 47. Valores de la Cortante Admisible y la Cortante Ultima en los Muros y Losa

de Fondo del Canal en Concreto

ELEMENTO MUROS LOSA

f´c (kgf/cm2) 280 280

b (cm) 100 100

d (cm) 33 33

Vc (Ton) 21.95 21.95

Vu (Ton) 7.13 1.62

Tal como se puede observar en la tabla anterior, la fuerza cortante última en la losa y

paredes del canal son menores que el máximo admisible del concreto, de esta manera se

concluye que el concreto está en capacidad de resistir las fuerzas cortantes actuantes, así

que las dimensiones adoptadas en el predimensionamiento son tomadas como

dimensiones definitivas para la estructura.

9.9.2 Diseño de los Muros Laterales del Canal

Los muros laterales del canal, trabajan principalmente a flexión, debido al empuje de

tierras a las que están sometidos, ver la Figura 93.

Según la convención de signos del programa, la tracción de la cara exterior del canal es

generada por M33(+) para el muro izquierdo y M33(-) para el muro derecho, para ambos

casos este valor es de 12.37 t.m y -12.37 t.m respectivamente. El cálculo del refuerzo con




160

este momento corresponde al acero que se debe colocar en la cara en contacto con el

terreno.

Según las convenciones del programa el momento que genera tracción en la cara interna

del canal es el generado por M33(-) y M33(+) en el muro izquierdo y derecho

respectivamente, la magnitud de este momento es de -5.12 ton.m y 5.12. ton.m

respectivamente, valores que corresponden básicamente al caso de carga en el cual sólo

actuaría la del empuje hidrostático (como por ejemplo antes de hacer los llenos laterales)

el acero que se obtenga del diseño con este momento debe ser colocado en la cara

interna del canal y debe ser por lo menos igual a la cuantía mínima requerida, de acuerdo

con el reglamento.

Así en la Tabla 48 se resumen los resultados del diseño a flexión para los muros laterales

del canal.

Tabla 48. Momento Flector y Acero Requerido en las Paredes del Canal

ELEMENTO CARA EXTERNA CARA INTERNA

Mu (Ton.m) 12.37 -5.12

cal 0,0031 0,0013

0,0031 0,0020

As (cm2) 10.23 6.60

Acero Requerido N5 @ 0,15 m N5 @ 0,25 m

Adicional a este refuerzo vertical, las paredes del canal en su sentido longitudinal, deben

ser reforzadas para mitigar esfuerzos producidos por temperatura y por retracción del

fraguado, este acero no debe ser inferior al 0.2% de la sección bruta del elemento,

colocado la mitad en cada cara, esto es:

h.b.002,0AST

En la Tabla 49 se muestra la cantidad necesaria para efectos de la temperatura en los

muros del canal.




161

Tabla 49. Acero Requerido para Efectos de Temperatura en las Paredes del Canal

PARÁMETRO VALOR

b (cm) 100

h (cm) 40

As (cm2) 8,0

Acero Requerido N3 @ 0,20 m a.c

a.c: ambas caras

9.9.3 Diseño de la Losa Inferior del Canal

De igual manera el comportamiento de la losa inferior es básicamente de flexión, debido a

la reacción que ejerce el suelo sobre ésta. El momento negativo indica la tracción de la

losa en su cara interna, mientras que el momento positivo indica la tracción del lado

externo de la losa, en la Tabla 50 se resumen los resultados del diseño a flexión de la

losa de fondo del canal.

Tabla 50. Momento Flector y Acero Requerido en la Losa del Canal

ELEMENTO CARA EXTERNA CARA INTERNA

Mu (Ton.m) 12.36 -9.16

cal 0,0033 0,0023

0,0033 0,0023

As (cm2) 10.89 7.59

Acero Requerido N5 @ 0,15 m N5 @ 0,25 m

Adicional a este refuerzo vertical, la losa del canal en su sentido longitudinal, debe ser

reforzada para mitigar esfuerzos producidos por temperatura y por retracción del

fraguado, este acero no debe ser inferior al 0,2% de la sección bruta del elemento, esto

es:

h.b.002,0AST

En la Tabla 51 se muestra la cantidad necesaria para hacer frente a los efectos de la

temperatura en la losa del canal.




162

Tabla 51. Acero Requerido para Efectos de Temperatura en la Losa del Canal

PARÁMETRO VALOR

b (cm) 100

h (cm) 40

As (cm2) 8.0


a.c: ambas caras

La figuración del refuerzo para el canal se muestra en los planos de construcción anexos

a este informe.

9.9.4 Revisión de la Fisuración

Para un diseño adecuado es necesario estudiar las fisuras que se presentan en las

estructuras de hormigón reforzado. Las tensiones desarrolladas por el acero a tracción

provienen del hormigón que lo rodea y esta transmisión de carga se realiza por fricción

entre los materiales; al ser el hormigón un material ineficiente para resistir tracciones tiene

necesariamente que fisurarse cuando sus fibras alcanzan la tensión de rotura.

Las fisuras deben controlarse en el diseño, de su tamaño depende el riesgo de corrosión

de la armadura y el aspecto estético de la estructura. Las fisuras de flexión se identifican

por su orientación, se desarrollan normales al eje del elemento.

El ACI-318 Sec.10.6.4 recomienda revisar las fisuras cuando la tensión de fluencia del

acero de refuerzo sea superior a 2.800 kg/cm². El ACI-318 recomienda el uso de los

siguientes parámetros

Son causantes de la fisuración del hormigón:

Cargas externas que generan tensiones cortantes, flexión o torsión.

Retracción del fraguado




163

Flujo plástico

Expansión interna del hormigón producto del cambio de propiedades de los

elementos constituyentes.

Debido al gran número de variables involucradas, al comportamiento aleatorio del

agrietamiento y al alto grado de dispersión es indispensable hacer idealizaciones y

simplificaciones muy amplias. La siguiente expresión deducida por Gergely and Lutz,(5)

es una simplificación que se basa en un estudio estadístico de los datos de las pruebas

que realizaron varios investigadores:

mm10Adcfsβ00108,0 23max

Donde:

max = Ancho esperado de la fisura

fs = Tensión de trabajo de acero del acero a tracción 0,6fy

= 1,35 para losas o placas

dc = Recubrimiento hasta el centroide de la barra

A = Área de hormigón que rodea una barra dividida por el número de barras

A = 2bdc/ N

N = As /( Asbarra)

Deducido el tamaño probable de una fisura, debe comprobarse si éste es admisible o no,

para ello el ACI recomienda los siguientes valores mostrados en la Tabla 52.

Tabla 52. Valores Admisibles de Ancho de Fisura Recomendadas por el ACI

CONDICIÓN DE EXPOSICIÓN FISURA PERMISIBLE EN MM

En interiores 0,41

En exteriores 0,34

En la Figura 94 se muestra el resultado del cálculo de la fisuración del canal.




164

Figura 94. Revisión de la Fisuración

Se acepta que el valor arrojado del cálculo para la fisuración es satisfactorio, además para

garantizar que la fisuración no exceda los límites establecidos, se deben implementar

estrictos controles de calidad de la fabricación del concreto por parte de la interventoría de

la obra, además de garantizar los recubrimientos mínimos establecidos, vibrado y

fraguado del concreto.

9.10 ESTIMACION DE CARGAS PARA LA COBERTURA

En este apartado se presenta la estimación de cargas a las que estará sometida la

estructura hidráulica tipo cobertura que es objeto de este estudio.

Las cargas consideradas para el diseño de la cobertura son las que se detallan a

continuación:

Peso Propio de la Estructura (Wp)

Carga de lleno sobre la losa superior (Wc)

Carga Viva Vehicular (Wl)

Empujes en reposo del lleno sobre las paredes laterales (P1, P2).

Empujes debido a un evento sísmico (E)

A continuación se presentan las variables utilizadas para la obtención de las cargas de

diseño de la cobertura:




165

Bc: Base total de la cobertura.

h: Altura total de la cobertura.

L: Longitud.(1m debido a que el análisis es por metro lineal)

H: Altura del lleno sobre la losa superior de la cobertura.

Фint: Diámetro interno equivalente.

P: Factor de Proyección, el cual tiene en cuenta el grado de hundimiento de la

cobertura, en la fundación, este factor de proyección se calcula como la relación entre

la altura total de la cobertura (h) y la base total de la cobertura (Bc).

9.10.1 Peso Propio (wp)

Para el análisis del peso propio se trabaja con las dimensiones preliminares obtenidas del

predimensionamiento de la estructura y el valor de las propiedades mecánicas de los

materiales utilizados para la construcción de la misma, todos estos parámetros son

considerados por el software para determinar así el peso propio de la estructura y

considerarlo en el análisis.

9.10.2 Carga de Lleno (Wc)

De acuerdo con las consideraciones de carga del lleno se presenta para la estructura la

condición en terraplén. La carga de lleno Wc está definido como:

2

ccc BγCW

Donde,

Cc: coeficiente de carga.

El coeficiente de carga Cc, se puede obtiene de la Figura 95, este coeficiente depende de

la condición de apoyo de la cobertura, que como ya se ha explicado es considerada como

apoyada en terreno con efecto terraplén, el coeficiente Cc depende además de la relación

entre la altura de lleno y la base de la cobertura (H/Bc) y del producto entre el factor de




166

relación de asentamientos rsd y el factor proyección P. Valores típicos empíricos para el

factor rsd, pueden ser tomados de la Tabla 53.

Figura 95. Curva para el Cálculo de Cc

Tabla 53. Valores Empíricos de la Relación de Asentamiento rsd

CONDICIÓN DE INSTALACIÓN

Y SUELO DE CIMENTACIÓN

RELACIÓN DE ASENTAMIENTO

RANGO USUAL VALOR DE DISEÑO

Proyección Positiva: 0.00 a +1.0

Roca o suelo firme 1 1

Suelo normal +0.50 a +0.80 +0.70

Suelo flexible 0 a +0.50 0.3

El suelo de fundación de la cobertura se considera como normal, de esta manera el valor

para rsd seleccionado es de 0.7

Una vez obtenidos estos valores (rsd*P y H/Bc), se obtiene de la Figura 95 el valor del

coeficiente de carga Cc. Los cálculos pertinentes para obtener Wc se muestran a

continuación en la Tabla 54.




167

Tabla 54. Resumen de los Parámetros para Determinar Cc

PARÁMETRO VALOR

Altura de lleno H(m) 2.00

Ancho externo cobertura Bc(m) 2.80

Altura externa cobertura h(m) 3.30

Factor de Proyección p=h/Bc 1.18

Relación de asentamiento, Rsd 0.70

Rsdxp 0.83

Relación H/Bc 0.71

Coeficiente de carga Cc 1,20

Carga de lleno Wc (t/m) 16,93

9.10.3 Carga Viva Vehicular (Wl)

Adicional a la carga de lleno, otra carga importante es la carga vehicular. La carga

ejercida sobre la cobertura por la carga móvil concentrada en la superficie, tal como la

rueda del camión 3S2 (la cual ejerce una fuerza P = 8.7 t), se puede calcular por medio de

la Ecuación de Boussinesq, la cual se muestra a continuación:

F.P.CWl s

En donde Cs es el coeficiente adimensional para la carga de camión, el cual es función de

la altura H del lleno, el diámetro exterior de la cobertura Bc, y la longitud de la cobertura L

(que se toma como 1m , ya que el análisis que se realiza es por metro lineal). P es la

carga de camión adoptada, que para este caso es de 8.7 t y F es un factor de impacto que

depende de la profundidad de la tubería, este factor de muestra en la Tabla 55.




168

Tabla 55. Profundidad del Factor de Impacto

PROFUNDIDAD (m) F

0.00 - 0.30 1.3

0.31 - 0.60 1.2

0.61 - 0.90 1.1

0.91 en Adelante 1.0

A continuación, en la Tabla 56, se muestra la altura de lleno considerada para evaluar la

carga vehicular, además de otros parámetros necesarios para el cálculo de la carga

vehicular.

Tabla 56. Resultados de la Carga Vehicular

PARÁMETRO VALOR

Altura de lleno H(m) 1.20

Ancho externo cobertura Bc(m) 2.80

Carga vehicular de diseño P(t) 8.70

Coeficiente de carga Cs 0.42

Factor de impacto F 1.00

Carga Vehicular Wl (t/m) 3.65

También es usual considerar como criterio de diseño la carga del camión de diseño,

directamente sobre la losa, como si no se tuviese disipación por material de rasante

(terraplén). La carga de rueda es de 8.7 t correspondiente a un camión 3S2 del Ministerio

de Obras Públicas. (MOP) ésta se estudia para cuatro casos de carga, las cuales tendrán

en cuenta las condiciones más desfavorables de carga por la posición, en cuanto a flexión

y cizalladura, estos casos son:

Directamente sobre el eje de la pared.

En la cara de la pared.

En un cuarto de la luz.

En la mitad de la luz.




169

Las diferentes posiciones de esta carga son tenidas en cuenta durante el análisis

estructural que se le hace a la cobertura. En la Figura 96 se ilustran las diferentes

posiciones de la carga vehicular en la cobertura.

Figura 96. Diferentes Posiciones de la Carga Vehicular

8.7 tCL

Carga sobre el eje de la pared

8.7 tCL

Carga en la cara de la pared

8.7 tCL

Carga en un cuarto de la luz

8.7 tCL

Carga en la mitad de la luz

9.10.4 Carga Última de Diseño (Wp)

Las cargas debidas al lleno y a la carga vehicular son finalmente las que actúan sobre la

cobertura, ellas se combinan para finalmente tener la carga última o de diseño. La

expresión para calcular esta carga es:

FS.φ.F

WWW

eriorintc

lcd

En donde Fc es igual a 1.0 por ser una estructura completamente apoyada en el terreno y

el factor de seguridad FS, tiene un valor de 1 por tratarse de una estructura de concreto




170

reforzado, el valor de interior se toma igual al ancho interno de la cobertura, de esta

manera.

m/t76,8)m35.2)(0.1(

t65.393.16wd

9.10.5 Empuje del Suelo sobre las Paredes Laterales (P1 y P2)

Para estas cargas se considera el caso del empuje en reposo del suelo, sea p1 la presión

justo al comienzo de la losa superior y p2 la presión en la losa inferior, (Figura 97) estos

valores de carga dependen del coeficiente de presión del terreno.

Figura 97. Presión de Tierras en las Paredes de la Cobertura

H Lleno

P1=Ko**H P1=Ko**H

P2=Ko**(H+h) P2=Ko**(H+h)

h

El valor del coeficiente de empuje en estado de reposo Ko se reporta en la Tabla 1

Ko= 0,65

Considerando el lleno, en la parte superior, se tiene que H=1.00 m

m/t20.6)m30.3m00,2)(m/t80.1)(65,0(P)hH(γKP

m/t86.3)m30,3)(m/t80,1)(65,0(PHγKP

3202

3101




171

9.10.6 Reacción del Suelo

Ésta es debida al peso propio de la estructura sumada a las demás cargas (vehículo de

diseño, carga de lleno) que se encuentra por encima de la losa superior, para considerar

el efecto de la reacción del suelo sobre la estructura se utiliza el módulo de reacción de la

sub-rasante (módulo de balastro) reportado en la Tabla 43 el cual se aplica en el modelo

estructural de la cobertura.

9.10.7 Sismo (E)

Adicionalmente se considera la eventualidad de la ocurrencia de un sismo para lo cual se

utiliza la teoría para empuje sísmico de tierras de Mononobe-Okabe y la aceleración pico

efectiva dada en el reglamento NSR-10 en su numeral A.2.3 para el Municipio de

Medellín, la cual corresponde a una aceleración horizontal de Aa=0,15g Tabla A.2.3.2, la

aceleración vertical se puede considerar como el 40% de la aceleración horizontal, que

corresponde a un valor de Av=0,06g, el valor del empuje sísmico puede ser estimado

mediante la siguientes expresiones tomadas de la referencia J.E. Bowles. Foundation

Analysis And Design. Second Edition 1977, correspondiente a la metodología de

Mononobe- Okabe:

vts K1.h.γ.KE

Donde:

aass KKK

2

2

22

as

αβcosθαδcos

θβφsenδφsen1θαδcosαcosθcos

θαφcosK

Donde:




172

V

H1

K1

Ktanθ

Kh = Coeficiente de sismo horizontal = Aa

Kv = Coeficiente de sismo Vertical 40% Kh

Por lo tanto:

43,0Kas

10,033,043,0Ks

El cálculo de la fuerza sísmica para la cobertura se muestra a continuación

m/t.90.006,01m30.3m00.2mt80,110,0E 3

9.11 COMBINACIONES DE CARGAS PARA LA COBERTURA

En este apartado se presentan las combinaciones de cargas utilizadas para el análisis

estructural de la cobertura.

Las combinaciones de carga utilizadas para el análisis estructural de la cobertura son

extraídas del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, estas

combinaciones se muestran en la Tabla 57.

Tabla 57. Combinaciones de Carga para la Cobertura

NOMBRE COMBINACIÓN

U1 1,2D+1,6L+1,6H

U2 1,2D+1,0E+1,0L

U3 0,9D+1,0E+1,6H




173

Donde:

D: Carga muerta. Peso propio de la estructura.

L: Carga Viva. (Carga de lleno, Carga viva vehicular).

H: Carga de suelo. Se considera los empujes laterales (P1 y P2).

E: Cargas sísmicas. Se considera la carga sísmica E.

Como se está considerando el posible efecto de la carga vehicular sobre la cobertura

aplicada directamente sobre ella, además de las combinaciones U1 y U2 las cuales tienen

en cuenta la carga viva, se definen también las combinaciones U1’ y U2’ en donde en este

caso tendrá la carga viva L correspondiente a la aplicación de la carga directa vehicular,

como se consideran cuatro posiciones para esta, cada una de las combinaciones ya

descritas se definirán cuatro veces para determinar así el caso más desfavorable.

El diseño de la obra hidráulica se realiza con los resultados máximos de cada una de las

combinaciones de carga ya anotadas, para ello en el programa de análisis estructural se

definen envolventes que permite obtener las solicitaciones máximas en la obra estudiada.

9.12 ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA COBERTURA

Para el análisis estructural de la obra hidráulica se hace uso del programa de computador

SAP 2000, que permite de una forma rápida, cómoda y confiable realizar el análisis

estructural de casi cualquier tipo de estructura.

9.12.1 Proceso de Modelamiento

Para el análisis de la estructura, se modelan las paredes laterales y las losas horizontales

con elementos que el programa de cómputo denomina tipo “frame”, estos elementos son

trazados por los ejes de las secciones transversales de cada una de las estructuras objeto

de este estudio.




174

El análisis que se realiza es del tipo plano ya que las estructuras son analizadas con sólo

tres grados de libertad en cada uno de sus nudos (desplazamiento en el plano “X”, “Z” y

rotación sobre el eje “Y”). Cada uno de sus extremos se considera rígido con una

magnitud de rigidez igual a la mitad de la sección del elemento con que se interceptan.

Las propiedades mecánicas y geométricas de los materiales y elementos

respectivamente, que son adoptados para el diseño y construcción de la obra hidráulica

estudiada, son introducidas al programa para que éste los considere al realizar los

cálculos y arrojar los resultados.

El elemento inferior de los modelos, se dividen en 10 segmentos de igual longitud, a los

cuales en cada uno de sus nudos se les asigna una condición de apoyo, que en este caso

está representado por “resortes” que simulan la forma como el suelo reacciona frente a

las cargas externas aplicadas, estos “resortes” se relacionan directamente con el módulo

de balastro (Ks), que se muestra en la Tabla 43. A cada nodo se le asigna el producto del

área aferente a cada nodo por el módulo de balastro. (Para la dirección vertical, esto es

“Z”) y un 5% de este producto para las direcciones en planta (“X” e “Y”), para modelar así

la fricción que el suelo puede generar en esas direcciones.

Al modelo se le aplican las cargas obtenidas en el Numeral 9.10. Adicional a esto se

especifica en el programa de análisis estructural las combinaciones de cargas mostradas

en el Numeral 9.11 para la cobertura.

Finalmente se especifica al software que en sus resultados arroje la envolvente de las

combinaciones de carga estudiadas, esta envolvente entrega los valores máximos y

mínimos de las solicitaciones (momento flector, carga axial, fuerza cortante) en cada uno

de los elementos y es con esta envolvente con la que se realiza el diseño estructural.

En la Figura 98 se muestra la geometría de modelo utilizado en el programa para el

análisis estructural de la cobertura.




175

Figura 98. Modelo Estructural para el Análisis de la Cobertura


En la Figura 99 se muestran en forma gráfica los resultados del análisis estructural de la

cobertura, en cuanto a carga axial, cortante, momento y deformada, en cada una de las

figuras se muestra la envolvente de diseño para cada solicitación.

Figura 99. Resultados Gráficos de la Cobertura

-12.13

-31.93

-14.11

8.94

8.06

-6.90

-8.06

6.90

10.68

-10.68

-5.22

6.64

-5.22

6.36-6.36

4.57

-4.28

-4.57

4.28

5.34 6.78

-5.36

ENVOLVENTE CARGA AXIAL [TON] ENVOLVENTE CORTANTE [TON]

ENVOLVENTE MOMENTO [TON.M] ENVOLVENTE DEFORMADA

-21.33

-8.22




176

En la Tabla 58 se muestran en forma resumida los valores seleccionados para el diseño

estructural de cada uno de los elementos de la cobertura.

Tabla 58. Resumen de Solicitaciones en los Elementos de la Cobertura

ELEMENTO M(+) (T.M) M(-) (T.M) CORTANTE (T) AXIAL (T)

Losa superior 6.64 -5.22 8.94 -12.13

Losa inferior 6.78 -5.36 -10.68 -14.11

Muro izquierdo 6.36 -4.28 8.06 -31.93

Muro derecho 4.28 -6.36 -8.06 -21.33

Vale la pena aclarar que los valores reportados de momento corresponden a dicha

solicitación actuando en la cara del elemento y el cortante actuando a una distancia “d” a

partir de donde termina el chaflán.

9.13 DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA COBERTURA

En este capítulo se realiza el diseño estructural de la cobertura, partiendo de los criterios

estructurales adoptados en capítulos anteriores y utilizando los resultados de las

solicitaciones reportados en el Numeral 9.12.

Un parámetro importante en el diseño y chequeo estructural es el parámetro “d” llamado

altura efectiva, para efectos de diseño tanto a cortante como a flexión se adopta como

profundidad efectiva del acero de refuerzo un valor igual a 23,0 cm para las losas y los

muros de la cobertura, lo que implica un recubrimiento en ambos casos del orden de 7,0

cm en donde se considera el diámetro medio de la barra y el diámetro del estribo, se

considera desde la experiencia del diseñador que este recubrimiento es suficiente para

esta obra, para lograr una protección adecuada a problemas de abrasión.




177

9.13.1 Chequeo de la Resistencia de la Fuerza Cortante

Antes de comenzar con los diseños se debe verificar que las losas y las paredes laterales

resistan la cizalladura, verificando que el concreto esté en capacidad de absorber la

totalidad del cortante al que está siendo solicitado, sin requerir de estribos, debido a que

éstos no son prácticos en este tipo de estructuras. Para ello se tiene en cuenta la

contribución de la fuerza axial a la cual están sometidas las losas y las paredes. Si el

concreto no está en capacidad de soportar la fuerza cortante, se debe aumentar el

espesor.

Dado que las losas horizontales tanto inferior como superior están sometidas a una carga

axial debido a los empujes laterales del suelo y las paredes laterales están sometidas a

carga axial debido a acción del lleno, estos elementos toman un aporte adicional a la

resistencia a cortante debido a esas fuerzas de compresión, ese aporte adicional

expresado en porcentaje se calcula de la siguiente forma:

Ag

Pu00071.01%P

Donde Pu es el valor de carga axial en las losas y paredes en Ton y Ag el área bruta de la

sección en m2, el máximo cortante que puede absorber el concreto viene dado por la

expresión.

%Pdb´fφ53,0Vφ cc

En la Tabla 59 se resumen los valores del cortante último admisible en las losas de la

cobertura, mientras que en la Tabla 60 se muestran los mismos parámetros para las

paredes laterales.




178

Tabla 59. Valores de Cortante Máxima Admisible del Concreto en las Losas

PARÁMETRO VALOR

Pu (t) 12.13

Ag (m2) 0.40

P% 1,02

Vc (T) 22.39

Tabla 60. Valores de Cortante Máxima Admisible del Concreto en los Muros

PARÁMETRO VALOR

Pu (t) 31.93

Ag (m2) 0.30

P% 1,07

Vc (t) 16.39

Nótese que el valor de fuerza cortante mostrado en la Figura 99 y reportado en la Tabla

58 para las losas y paredes de la cobertura en la losa de fondo, es menor al cortante

máximo para cada uno de esos elementos mostrados en las Tablas 59 y 60.

Es decir

okt68.10t39,22VcφLosas

okt06.8t39.16VcφMuros

Existe por lo tanto cumplimento de la resistencia a cortante, sin embargo esta resistencia

es incrementada con el uso de los chaflanes propuestos en las esquinas de la cobertura,

ya que con la construcción de éstos, la sección crítica a cortante se desplaza a una

distancia “d” desde el final del chaflán, lugar donde el cortante ha disminuido

considerablemente, el cortante restante es asumido por la resistencia que genera la

rigidez en el apoyo y el chaflán.




179

El cumplimiento de la resistencia de las losas y los muros a cortante garantizan la no

utilización de estribos en dichos elementos, los cuales por norma no deben emplearse en

losas, es así que se considera que desde el punto de vista de resistencia a cortante las

dimensiones adoptadas en el predimensionamiento se consideran satisfactorias.

9.13.2 Diseño de la Losa Superior y la Losa de Fondo

La losa superior e inferior de la cobertura trabajan a flexión debido a la carga de diseño

encima de éstas, en la Figura 99 y Tabla 58 se muestra el valor de estas solicitaciones

para la cobertura. El acero calculado es debido al momento negativo M33 en la losa

superior y al momento positivo M33 en la losa inferior, ambos momentos según la

convención de signos del software utilizado generan tracción en la cara externa de la

losas de la cobertura y los momentos M33 positivo para la losa superior y M33 negativo

para la losa inferior, son los momentos de diseño con los que se obtiene el acero en la

cara interna de la cobertura, de esta manera en la Tabla 61 se resumen los valores de

diseño a flexión para la losa superior e inferior correspondientes al momento que genera

tracción en la cara externa de la losa (la cara en contacto con el terreno) y en la cara

interna.

Tabla 61. Momento Flector y Acero Requerido en las Losas de la Cobertura

LOSA LOSA INFERIOR LOSA SUPERIOR

PARÁMETRO CARA INTERNA CARA EXTERNA CARA INTERNA CARA EXTERNA

Mu (t*m) -5.36 6.78 6.64 -5.22

cal 0,0013 0,0017 0,0016 0,0013

0,0020 0,0020 0,0020 0,0020

As (cm2) 6.60 6.60 6.60 4.60

Acero Requerido N5 @ 0,25 m N5 @ 0,25 m N5 @ 0,25 m N4 @ 0,25 m

Adicional a este refuerzo vertical, las losas de la cobertura en su sentido longitudinal,

deben ser reforzadas para mitigar esfuerzos producidos por temperatura y por retracción

del fraguado, este acero no debe ser inferior al 0,2% de la sección bruta del elemento,

esto es:




180

h.b.002,0AST

En la Tabla 62 se muestra la cantidad necesaria para hacer frente a los efectos de la

temperatura en la cobertura.

Tabla 62. Acero Requerido para el Efecto de Temperatura en la Losa de la Cobertura

PARÁMETRO VALOR

b (cm) 100

h (cm) 40

As (cm2) 8.00


a.c: Ambas caras

La figuración del acero requerido para atender las solicitaciones sobre la cobertura objeto

de estudio, se pueden ver con detalle en los planos de construcción anexos a este

informe.

9.13.3 Diseño de las Paredes Laterales de la Cobertura

Para el diseño de las paredes de esta cobertura, se verifica si su comportamiento

obedece a un elemento tipo columna, diseñándose en ese caso para carga axial o si su

diseño se realiza como un elemento en el que predomina la flexión. Para verificar este

criterio, es necesario que la carga axial mayorada para la cual se puede considerar el

comportamiento de estos elementos como columna debe ser mayor que:

hbc´f1,0P minu

En la Tabla 63 se muestra el valor de carga axial mínima para considerar que las paredes

de la cobertura trabajen como columnas.




181

Tabla 63. Valores Mínimos de Carga Axial para Considerar los Muros como

Columnas

PARÁMETRO VALOR

f'c (Kgf/cm2) 280

b (cm) 100

h (cm) 30

Pumin (t) 84

Tal como se observa en la Figura 99 y Tabla 58 los valores de fuerza axial máxima

actuando sobre los muros de la cobertura es de 30.98 t, valor que es menor al reportado

en la Tabla 63 de esta manera se considera que en los muros de la cobertura predomina

el efecto de los momentos flectores.

En la Tabla 64 se resumen los valores del momento flector de diseño, así como la

cantidad de acero requerido.

Tabla 64. Momento Flector y Acero Requerido en Paredes de la Cobertura

MURO MURO IZQUIERDO MURO DERECHO

PARÁMETRO CARA INTERNA CARA EXTERNA CARA INTERNA CARA EXTERNA

Mu (T*m) -4.28 6.36 4.28 -6.36

cal 0,0022 0,0033 0,0022 0,0033

0,0022 0,0033 0,0022 0,0033

As (cm2) 5.06 7.60 5.06 7.60

Acero Requerido N4 @ 0,25 m N5 @ 0,25 m N4 @ 0,25 m N5 @ 0.25m

Adicional a este refuerzo vertical, las paredes de la cobertura en su sentido longitudinal,

deben ser reforzadas para mitigar esfuerzos producidos por temperatura y por retracción

del fraguado, este acero no debe ser inferior al 0,2% de la sección bruta del elemento,

esto es:

h.b.002,0AST




182

En la Tabla 65 se muestra la cantidad de acero necesaria para hacer frente a los efectos

de la temperatura en la cobertura. Vale la pena aclarar que el acero calculado debe

distribuirse en ambas caras de los muros de la cobertura.

Tabla 65. Acero Requerido para Efecto de Temperatura en las Paredes de la

Cobertura

PARÁMETRO VALOR

b (cm) 100

h (cm) 30

As (cm2) 6.00


a.c: Ambas caras

9.13.4 Revisión de la Fisuración

Para un diseño adecuado es necesario estudiar las fisuras que se presentan en las

estructuras de hormigón reforzado.

3 Las tensiones desarrolladas por el acero a tracción provienen del hormigón que lo rodea

y esta transmisión de carga se realiza por fricción entre los materiales; al ser el hormigón

un material ineficiente para resistir tracciones tiene necesariamente que fisurarse cuando

sus fibras alcanzan la tensión de rotura.

Las fisuras deben controlarse en el diseño, de su tamaño depende el riesgo de corrosión

de la armadura y el aspecto estético de la estructura. Las fisuras de flexión se identifican

por su orientación, se desarrollan normales al eje del elemento.

El ACI-318 Sec.10.6.4 recomienda revisar las fisuras cuando la tensión de fluencia del

acero de refuerzo sea superior a 2.800 kg/cm². La NSR-10 recomienda los mismos

parámetros dados por el ACI.

Son causantes de la fisuración del hormigón:

Cargas externas que generan tensiones cortantes, flexión o torsión.




183

Retracción del fraguado

Flujo plástico

Expansión interna del hormigón producto del cambio de propiedades de los

elementos constituyentes

Debido al gran número de variables involucradas, al comportamiento aleatorio del

agrietamiento y al alto grado de dispersión es indispensable hacer idealizaciones y

simplificaciones muy amplias. La siguiente expresión deducida por Gergely and Lutz, (5)

es una simplificación que se basa en un estudio estadístico de los datos de las pruebas

que realizaron varios investigadores:

mm10Adcfsβ00108,0 23max

Donde:

max= Ancho esperado de la fisura

fs = Tensión de trabajo del acero a tracción 0,6fy

= 1,35 para losas o placas

dc = Recubrimiento hasta el centroide de la barra

A = Área de hormigón que rodea una barra dividida por el número de barras

A = 2bdc/ N

N = As/(Asbarra)

Deducido el tamaño probable de una fisura, debe comprobarse si éste es admisible o no,

para ello el ACI recomienda los siguientes valores mostrados en la Tabla 66.

Tabla 66. Valores Admisibles de Fisuras Recomendadas por el ACI

CONDICIÓN DE EXPOSICIÓN FISURA PERMISIBLE EN MM

En interiores 0,41

En exteriores 0,34




184

En la Figura 100 se muestra el resultado del cálculo de la fisuración de la cobertura.

Figura 100. Revisión de la Fisuración de la Cobertura

Se acepta que el valor arrojado del cálculo para la fisuración es satisfactorio.

9.14 CHEQUEO DE LA ESTABILIDAD PRESAS

A lo largo del trazado, particularmente en algunas de las zonas en donde se proyecta el

canal trapezoidal en concreto con piedra pegada, es necesario utilizar unas presas en

concreto ciclópeo que permitan reconformar el lecho de la quebrada, en especial de

realizar el levantamiento del lecho de la quebrada desde la cota actual a una superior. la

presa. En la Figura 101 se muestra una de las presas del proyecto.




185

Figura 101. Presas de Concreto Ciclópeo

Aunque los tamaños de las presas son diferentes, se opta por realizar el chequeo de la

presa para el caso más desfavorable, el cual consiste en considerar aquellas que no

tienen en su pata inferior el aporte del suelo de confinamiento que genere un empuje

pasivo opuesto que favorezcan la estabilidad.

9.15 EVALUACIÓN DE CARGAS SOBRE LA PRESA

Para efectos de modelamiento de la presa, se considera esta con un modelo geométrico

que se ajuste a las características generales existentes, en la Figura 102 se muestran las

dimensiones adoptadas para el modelo geométrico y la configuración de cargas

consideradas para el análisis de la estabilidad de la presa




186

Figura 102. Cargas Consideradas para el Análisis de la Presa

9.15.1 Empuje de Tierras E1, Fuerza Horizontal F1

Este corresponde al empuje que genera el terreno para el cálculo de éstas se utiliza el

valor del coeficiente de reposo reportado en la Tabla 43, cuyo valor es de Ko=0.65.

m/Ton60.92

)m65.4)(m/on44.5(

2

h.EF

m/Ton25,4)m65.4)(m/Ton80.1)(65.0(E

2

h.EF

hγKE

21

1

231

11

o1

9.15.2 Empuje del Nivel Freático E2, Fuerza Horizontal F2

Este empuje corresponde al de la acción de del agua actuando en la presa, aunque el

sistema como tal cuenta con unos filtros que tienen como objetivo evacuar las aguas de la




187

parte trasera de los muros, se opta por considerar cobijando la posibilidad de que el

sistema de filtro propuesto falle.

m/Ton92.32

)m80.2)(m/Ton80.2(

2

h.EF

m/Ton80,2)m80.2)(m/Ton00.1(E

2

h.EF

hγE

22

2

232

22

2

9.15.3 Empuje del Subpresión, Fuerza Vertical F3

Este empuje corresponde al del agua actuando por debajo de la base de la presa, para

determinar su magnitud se emplean las siguientes expresiones

m/Ton14.72

)m10.5)(m/Ton80.2(

2

B.EF

m/Ton80.2)m80.2)(m/Ton00.1(E

2

B.EF

hγE

23

3

233

33

3

9.15.4 Cargas Estabilizadoras Peso Propio (Pp)

Estas básicamente corresponde al efecto del peso propio de la presa, para tal efecto se

considera una densidad de la roca que constituye el concreto ciclópeo de

3m/T3.2concretoγ

concretoγ.APp

m/T26.37)m/T3.2)(m20.16(Pp 32




188

9.15.5 Carga Estabilizadora Vertical Fhe

Para el cálculo de la fuerza horizontal Fhe que corresponde a la fuerza de fricción entre la

presa y el suelo se determina el coeficiente de fricción de la siguiente manera.

48.0μ

m/Ton88.17)m/T26.37)(48.0(NμFhe

9.16 DETERMINACIÓN DE LOS FACTORES DE SEGURIDAD

Para determinar los factores de seguridad frente a volcamiento y deslizamiento se

requiere determinar el momento volcador y el momento estabilizador, además de las

resultantes de las fuerzas horizontales, en la Figura 103 se muestra la ubicación de las

cargas que actúan sobre la presa

Figura 103. Ubicación de las Cargas en la Presa




189

9.16.1 Factor de Seguridad Frente al Deslizamiento

Ton56.13)Ton60.9()Ton92.3(FhDes

Ton55,17FhEst

Ton56.13

Ton55.17

Fh

FvFs

Des

EstDes

30.1FsVol

El factor de seguridad determinado aunque es menor que 1.5 que se considera deseable,

en realidad será un poco mayor al reportado debido a que la ´presa en su pata inferior

tiene una llave que ayuda generar mayor estabilidad.

9.16.2 Factor de Seguridad Frente al Volcamiento

m.Ton26.49)m40.3)(Ton14.7()m50.1)(Ton60.9()m70.2)(Ton92.3(Mvol

m.Ton91.109)m95.2)(Ton26.37(Mres

m.Ton29.49

m.Ton91.109

Mvol

MresFsVol

23.2FsVol

Un factor de seguridad por encima de 2.23 al volcamiento es satisfactorio

9.16.3 Determinación de la Excentricidad y Esfuerzo Transmitido

m62.1Ton26.37

m.Ton26.49m.Ton91.109

Fv

MvolMresd

Se determina la excentricidad.

m51.0e

B

e61

B

Fv2,1σ

2m/T70.11m10.5

)m51.0(61

m10.5

m/T26.371σ




190

2m/T92.2m10.5

)m51.0(61

m10.5

m/T26.372σ

Ambos valores son menores a la capacidad admisible del suelo de 12Ton/m2.




191

10 LIMITACIONES DEL ESTUDIO

En este numeral se describen las limitaciones del estudio desde la recopilación de la

información primaria hasta las metodologías empleadas para la evaluación hidrológica e

hidráulica del tramo de la quebrada La Peladero en la Vereda Los Gómez, municipio de

Itagüí.

10.1 INFORMACIÓN PRIMARIA

Las fotos que se muestran en el Capítulo 5, correspondientes al diagnóstico; fueron

tomadas por el consultor dentro del presente estudio en los meses de octubre de

2012 y enero de 2013.

El levantamiento topográfico fue levantado en campo, con fecha de noviembre de

2012.

10.2 ESTUDIO HIDROLÓGICO

La metodología de cálculo de crecientes empleada para determinar los caudales

máximos de diseño está vigente al año 2013; a la fecha no se conocen otros métodos

aplicables a este tipo de cuencas.

La metodología empleada para el estudio hidrológico es avalada por el Área

Metropolitana del Valle de Aburrá quien se encarga de avalar y otorgar el permiso de

ocupación del cauce para la construcción de este proyecto.




192

10.3 ESTUDIO HIDRÁULICO

La metodología empleada para la modelación hidráulica fue el software HEC-RAS del

Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos, versión libre 4.1.0 y que se encuentra

vigente a la fecha.

La metodología empleada para el estudio hidrológico es avalada por el Área

Metropolitana del Valle de Aburrá (AMVA) quien se encarga de avalar y otorgar el

permiso de ocupación del cauce para los diseños que se presenten por parte de La

Empresa de Desarrollo Urbano.

Las estructuras hidráulicas proyectadas en la quebrada La Peladero tienen la

capacidad de evacuar el caudal para 100 años de periodo de retorno, según el decreto

339 de 1990 del Área Metropolitana.

10.4 ESTUDIO GEOTÉCNICO

Las conclusiones y recomendaciones consignadas en el estudio geotécnico se basan

en las investigaciones de campo y laboratorio que se describen en capítulos

pertinentes y en la experiencia de los profesionales que participaron en los estudios.

Las recomendaciones emitidas en este informe son el resultado de los análisis de la

información que utilizan el levantamiento topográfico suministrado.

Si durante las etapas de diseño y construcción se encuentran condiciones del subsuelo

diferentes a las descritas como típicas en este informe se dará aviso oportuno a

TECNISUELOS para complementar la información, así como las conclusiones y

recomendaciones.




193

11 CONCLUSIONES

Una vez realizado el estudio hidrológico e hidráulico de la quebrada La Peladero en el

sitio de interés, se tienen las siguientes conclusiones.

11.1 ESTUDIO HIDROLÓGICO

a. Para el cálculo de las hidrologías se utilizaron todas las metodologías descritas en el

Numeral 1.3 del Anexo A, para una condición de humedad antecedente del suelo

AMC III y suelo tipo C.

b. En el Numeral 3.5 se muestran los caudales máximos obtenidos por todos los

métodos evaluados, los caudales que se encontraban dentro del mismo rango fueron

seleccionados para el cálculos del valor medio (Resaltados en color azul y amarillo en

la Tabla 9 para una condición de humedad antecedente AMC II), los caudales

seleccionados fueron los determinados a partir de la Ecuación Racional para 2.33, 5, y

10 años de periodo de retorno se tomaron los obtenidos con los coeficientes definidos

para Antioquia y para 25, 50, y 100 años de periodo de retorno se tomaron los

obtenidos a partir del número de curva (CN), dichos caudales se muestran a

continuación en la Tablas 67.




194

Tabla 67. Caudales Máximos de Diseño Seleccionados para la Cuenca de la

Quebrada La Peladero (m³/s)

Tr (Años) CAUDAL (m3/s) - AMC III Tr (Años) CAUDAL (m3/s) - AMC III

2,33 2,19 25 6,16

5 3,23 50 7,74

10 4,17 100 9,38

100X1,4 13,13

11.2 DIAGNÓSTICO

c. La quebrada La Peladero en la zona de estudio presenta un cauce intervenido

antrópicamente, donde se observan procesos de socavación y erosión lateral, incisión

vertical del lecho, así como desbordamiento periódicos. La comunidad asentada en

sus márgenes, le ha dado inadecuados usos a este cuerpo de agua haciendo los

vertimientos que sobre ella hacen, también se ha visto afectada por algunos

desbordamientos y procesos de remoción de masa que le generan un ambiente de

zozobra.

d. Se puede decir, que los problemas de estabilidad están directamente relacionados con

la presencia de humedecimiento de los suelos lo que produce erosión interna,

desconfinamiento del suelo y así reduce la capacidad de soporte y el desplazamiento

y agrietamiento de las estructuras.

e. Las condiciones geomorfológicas del sector de estudio están caracterizadas por una

zona de colinas residuales que se caracterizan por presentar formas redondeadas con

topes planos a ligeramente convexos. Las pendientes son moderadas y tienen un

moderado grado de incisión. Los procesos que se desarrollan a lo largo de la

quebrada La Peladero se encuentran relacionados básicamente por la dinámica de

esta y por la intervención antrópica, debido a la presencia de llenos en el lugar. Los

procesos que se encontraron en la zona a estudiar son: Deslizamientos tanto activos

como inactivos, socavación de orillas, desgarre y erosión superficial, agrietamiento y

carcavamiento.




195

f. Una vez evaluados los problemas de inestabilidad de la corriente con los procesos

enunciados en el diagnóstico se determinó que era conveniente atender dichos

problemas en todo el tramo de estudio, por lo cual se propuso una alternativa óptima

consistente en intervenir el cauce de la quebrada La Peladero para evitar la erosión

lateral y la incisión en el cauce y al mismo tiempo controlar la inundación.

11.3 CONCLUSIONES DEL DIAGNÓSTICO

Como conclusiones del diagnóstico se tiene lo siguiente:

Se evidenciaron fenómenos de deslizamiento, carcavamiento, erosión del talud e

incisión vertical del lecho, por lo que hay una alta vulnerabilidad a que estos

procesos se sigan presentando.

Se identificó que la zona de estudio está intervenida antrópicamente y que la

mayoría de los suelos superficiales corresponden a llenos. Este tipo de suelo

condiciona en gran medida la selección de las obras que deben construirse para la

solución del problema.

La estructura a proyectar deberá minimizar el impacto de las excavaciones,

además deberá ser capaz de no poner en riesgo el acceso y la movilidad de los

habitantes.

Hace falta de un sistema de obras de drenaje superficial y sub-superficial, de

manera tal que se controle la escorrentía y no se almacene.

La estructura existente es insuficiente hidráulicamente para todos los periodos de

retorno, lo que genera un represamiento del flujo y ocasionaría desbordes por la

vía.




196

Los pobladores de la zona afirman que la quebrada se desborda periódicamente

en el tramo de estudio; esta aseveración se verificó a partir de la mancha de

inundación obtenida y a partir de los mapas de AMENAZA POR INUNDACIÓN y

VULNERABILIDAD del POT del municipio de Itagüí.

Como conclusión final del diagnóstico se debe proceder a realizar un cambio en el

canal, aumentando el lecho para evitar que siga el aumento de la incisión;

proyectando obras tal que eviten el riesgo por inundación. Bajo este supuesto, se

controlará y se solucionará el problema de inundaciones reportado por la

comunidad local.

g. Para mejorar las condiciones anteriormente descritas y para evitar los procesos de

erosión, socavación y desbordamientos del cauce, se propone un canal rectangular en

concreto de 14,00m de longitud de B=2,20 y altura variables entre 3,00m y 4,00m de

manera tal que pueda conducir el agua adecuadamente a través de la estructura de

cruce vial proyectada que corresponde a una alcantarilla de cajón de B=2,20 y

H=2,50m, todas las obras con una pendiente del 2%.

h. Se consideraron rondas de coronación trapezoidales en sacos de suelos cemento en

la parte superior de los taludes, que evacuen el agua superficial a través de unos

disipadores escalonados. Las dimensiones de estas rondas de coronación son las

siguientes:

Ancho mayor: 0.80 m

Ancho menor: 0.30 m

Profundidad: 0.25 m

Inclinación derecha: 1.00:1.00

Inclinación izquierda: 1.00:1.00

i. Al final del tramo de canal proyectado, se proyectarán unas protecciones del talud en

bolsacretos en aproximadamente 20,00m de longitud, el detalle de estos bolsacretos y

la ubicación de estos en planta se muestran en el Anexo F.




197

j. Para captar las aguas de los llenos proyectados se propuso cunetas triangulares Tipo

A en piedra pegada, el flujo de las cunetas es conducido al canal trapezoidal

proyectado sobre la quebrada La Peladero. Las dimensiones de la cuneta son:

Ancho superficial: 0.50 m

Profundidad: 0.17 m



k. Se recomendó en las presas de concreto ciclópeo, dejar oídos o lloraderos con tubería

plástica perforada de 15 y 40mm de diámetro.

l. Se propuso una cuneta trapezoidal Tipo B, que sirve para evacuar el flujo que llega a

la quebrada La Peladero en la margen derecha, en el Anexo F se muestra la

ubicación en planta. Esta cuneta es en piedra pegada y tiene las siguientes

dimensiones:

Ancho mayor: 0.90 m

Ancho menor: 0.60 m

Profundidad: 0.15 m



m. Se propone a la entrada y salida de las estructuras proyectadas, la construcción de un

enrocado en piedra pegada con una longitud de 5,0m y espesor de 1,50m.

11.4 ESTUDIO HIDRÁULICO Y DE SOCAVACIÓN

n. Se realizó una modelación del tramo de estudio en condiciones existentes, en dicho

tramo se observó una alcantarilla circular de 32” al inicio del tramo, la cual es

insuficiente hidráulicamente para todos los periodos de retorno, de dicha modelación




198

se determinaron los niveles para cada periodo de retorno evaluado, y se determinaron

zonas que son inundadas a lo largo del tramo.

o. Se realizó una modelación del tramo de estudio en condiciones proyectadas, se

observó que todas las obras propuestas cumplen hidráulicamente para evacuar los

caudales de creciente, sin embargo se encontró que la estructura de cruce (alcantarilla

de cajón) no cumple el concepto de energía por lo que se propuse una estructura tipo

bocina a la entrada para disminuir la carga y evitar sobrepresiones que produzcan

cavitación.

p. Se determinó la socavación promedio en el tramo en estudio, para un periodo de

retorno de 25, 50 y 100 años, se concluye que la socavación definitiva en el lecho que

se puede presentar en el tramo de interés para un periodo de retorno de 100 años es

de 1,77 m, para lo cual se consideró poner un enrocado de piedra suelta por debajo

del canal proyectado con profundidades variables entre 2,00m y 5,00m, de manera tal

que el cauce este protegido y evitar que el flujo sea capaz de incisar hasta el terreno

existente.

q. En el Anexo A se muestra la metodología empleada en todo el estudio.

r. En el Anexo B se muestran los resultados de la modelación hidráulica en condiciones

existentes y proyectadas.

s. En el Anexo C se muestran los resultados obtenidos del borde libre teórico.

t. En el Anexo D se muestra la localización de la cuenca y los polígonos de Thiessen.

u. En el Anexo E se muestra el plano con el levantamiento topográfico de la quebrada

La Peladero.

v. En el Anexo F se muestra el plano con la planta-perfil, secciones y detalles de la obra

proyectada.




199

w. En el Anexo G se muestra el plano con la localización de los sondeos y zonas inestables.

x. En el Anexo H se muestra el registro fotográfico de las muestras.

y. En el Anexo I se muestra los registros de perforación.

z. En el Anexo J se muestra el registro de exploración de campo.

aa. En el Anexo K se muestran los detalles estructurales.

bb. En el Anexo L se muestran las cantidades de obra y el presupuesto.




200

12 BIBLIOGRAFIA

CHANSON, Hubert. Hidráulica del Flujo en Canales Abiertos. Editorial Mc Graw-Hill

S.A, Bogotá, 2002.

CHOW, Ven Te., MAIDMENT, David R. y MAYS, Larry W. Hidrología Aplicada.

Colombia: Mc Graw-Hill S.A, 1994.

CHOW, Ven Te. Hidráulica de canales abiertos. Colombia: Mc Graw Hill, 1982.

DEPARTAMENTO DE HIDROMETRÍA E INSTRUMENTACIÓN EMPRESAS

PÚBLICAS DE MEDELLÍN. Anuario Hidrometeorológico. Volumen 1. Medellín:

EE.PP.M., 2005.

HENDERSON, F. M. Open Channel Flow. New York: Macmillan Publishing Co., Inc.,

Pág. 200, 1966.

MAIDMENT, David R. Handbook of hydrology. Unites States of America: Mc Graw-Hill,

1993, Capítulo 4.

UCGS, Equations for estimating Clark Unit Hydrograph Parameters. Illinois: US

Department of the interior, US Geological Survey, United States of America, 2000.

UNITED STATES BUREAU OF RECLAMATION, Diseño de Presas Pequeñas. Ed.

Continental. México D.F. 1981.




201

PAVCO, Manual de Diseño de Geotextiles, Departamento de Ingeniería-Geosintéticos,

Sexta Edición, 2005

ROSGEN, David. A Classification of Natural Rivers. Catena, Vol. 22, pág. 169 – 199.

1994.

SIMONS, Daryl, SENTÜRK, Fuat. Sediment Transport Technology. Water Resources

Publications. Pág. 727-728, 1992.

SUÁREZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Ed. Universidad Industrial

de Santander. 2001

VÉLEZ, María Victoria y SMITH, Ricardo. Hidrología de Antioquia. Medellín: Secretaría

de Obras Públicas del departamento de Antioquia, 1997.




ANEXO A - 1

ANEXO A – METODOLOGÍA EMPLEADA




ANEXO B - 1

ANEXO B – RESULTADOS MODELACIÓN HIDRÁULICA EN CONDICIONES

EXISTENTES Y PROYECTADAS




ANEXO C - 1

ANEXO C – RESULTADOS OBTENIDOS DEL BORDE LIBRE TEÓRICO




ANEXO D - 1

ANEXO D – LOCALIZACIÓN DE LA CUENCA Y POLIGONOS DE THIESSEN




ANEXO E - 1

ANEXO E – LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO QUEBRADA LA PELADERO




ANEXO F - 1

ANEXO F – PLANTA – PERFIL, SECCIONES Y DETALLES OBRAS DE DRENAJE




ANEXO G - 1

ANEXO G – LOCALIZACIÓN DE LOS SONDEOS Y DE LAS ZONAS INESTABLES




ANEXO H - 1

ANEXO H – REGISTRO FOTOGRÁFICO DE LAS MUESTRAS




ANEXO I - 1

ANEXO I – REGISTROS DE PERFORACIÓN




ANEXO J - 1

ANEXO J – REGISTROS DE EXPLORACIÓN DE CAMPO




ANEXO K - 1

ANEXO K – DETALLES ESTRUCTURALES




ANEXO L - 1

ANEXO L – CANTIDADES DE OBRA Y PRESUPUESTO


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