Estudio Hidrogeologico Microcuenca Ramirez

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<p>ESTUDIO HIDROGEOLOGICO PARA LA QUEBRADA RAMIREZ EN LA CONSTRUCCION DE LA BATEA Y PRESERVACION CON GAVIONES DE LA BANCA EN LA VIA SECUNDARIA CACHIRA - EL DIAMANTE K7+000.</p> <p>CONTRATO 1321 COLOMBIA HUMANITARIA</p> <p>OBCELC SASContratista</p> <p>UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERInterventor Colombia HumanitariaING. IMAR ORLANDO VACCA MACHADOInterventor Contratista</p> <p>REPUBLICA DE COLOMBIACOLOMBIA HUMANITARIADEPARTAMENTO NORTE DE SANTANDERMUNICIPIO DE CACHIRAJUNIO DE 2012</p> <p>1. ANTECEDENTES GEOGRAFICOS REGIONALES</p> <p>El municipio de Cchira en el departamento Norte de Santander, est localizada a los 7 44' de latitud Norte y 73 03' de longitud Oeste. La mayora del territorio es montaoso y escarpado, sobresaliendo el distinguido y caudaloso rio Cchira del Espritu Santo con sus afluentes baando al valle del mismo nombre, desde el piedemonte del Pramo de Guerrero hasta los planes de tierra Grata, cruzando el municipio de la Esperanza para desembocar al rio Lebrija. Su fisiografa montaosa que corresponde en la parte oriental en el Pramo de Guerrero donde se desprenden dos grandes ramales, el de la cordillera del alto de ventanas que sigue hacia el occidente hasta rematar hasta tierra grata, lmites con el municipio de la Esperanza y el otro que sigue el curso del can del valle del rio hacia la parte oriental y sur que forma los cerros del alto de la Carrera y las estribaciones montaas de San Jos de la Montaa rematando en las mediaciones con lmites de Santander y del alto de la laguna del oriente, lmites con Sabanas de Torres. Sus suelos presentan en las zonas ribereas altos contenidos de nutrientes y en las laderas son escasos debido a las fuertes pendientes. En la zona por donde pasa el rio Cchira, estos suelos son los ms cultivados. Estos dos ramales antes mencionados distribuyen el relieve, a la vez que las corrientes fluviales del municipio, perteneciendo a cuatro cuencas hidrogrficas importantes: por el norte la quebrada de la Caramba, el oriente el rio Cchira las quebradas de Raura y Galvanes y ms al oriente la quebrada de la Carrera. El clima depende del relieve del municipio y determina una amplia variedad de pisos trmicos, con temperaturas que van desde los 35C, hasta los 3C. El rgimen de lluvias vara de norte a sur, en las tierras selvticas la precipitacin alcanza los 3.500 mm anuales y en las zonas montaosas slo se registran 500 mm. Por las caractersticas del relieve se encuentran los pisos trmicos clido, templado y fro y el piso bioclimtico pramo. Los lmites del municipio de Cchira son: al Norte con brego y Villacaro, al Sur con el Departamento de Santander, al Oriente con Salazar y Arboledas, al Occidente con La Esperanza. La extensin total del Municipio es de 606 Km2. La altitud de la cabecera municipal es de2.025 metros sobre el nivel del mar con una temperatura media de 18 C, precipitacin media anual de 936 mm y dista deCcuta a 312 Km.</p> <p>2. METODOLOGIA DEL PROYECTO</p> <p>El ESTUDIO HIDROGEOLOGICO PARA LA QUEBRADA RAMIREZ EN LA CONSTRUCCION DE LA BATEA Y PRESERVACION CON GAVIONES DE LA BANCA EN LA VIA SECUNDARIA CACHIRA EL DIAMANTE K7+000, CONTRATO 1321 COLOMBIA HUMANITARIA, considerar las imgenes satelitales disponibles en los sistemas de informacin geogrfica, la Cartografa referenciada en la plancha 97-II-D del Instituto Geogrfico Agustn Codazzi IGAC a escala 1:25.000 y el cuadrngulo Geolgico H-13 de INGEOMINAS.</p> <p>2.1 IMGENES SATELITALES. Las imgenes disponibles datan de 1969 y facilitaron el reconocimiento del proyecto en la elaboracin y digitalizacin de la cartogrfica base.</p> <p>IMAGEN SATELITAL GOOGLE EARTH</p> <p>2.2 CARTOGRAFIA. Para el estudio hidrolgico de la cuenca de la quebrada Ramrez afluente primario del Ro Cchira en zona de influencia de la va Cchira El Diamante, de acuerdo a la cartografa del IGAC anexa, se registra una superficie de 195 Hectreas aproximadamente, la cual conduce esta corriente hdrica superficial en una longitud de 3100 metros aproximadamente hasta cortar el mencionado carreteable, con una pendiente del 19% aproximadamente equivalente a una relacin de 0,19 m/m, con una precipitacin mxima de 50 mm anuales para esta zona montaosa.</p> <p>CARTOGRAFIA PLANCHA 97-II-D IGAC</p> <p>2.3 GEOLOGIA. El municipio de Cchira presenta afloramientos rocosos metamrficos de esquistos micceos y horizontes sedimentarios areniscos que originan suelos conglomerticos aluviales y coluviales, medianamente erosionables y susceptibles a fenmenos de remocin en masa, debido a la deforestacin en actividades de pastoreo y sobre riego que saturan el suelo hasta colapsarlo en poca invernal.</p> <p>CUADRANGULO GEOLOGICO DE INGEOMINASQtz - TERRAZAS ALUVIALES, Pzia - ESQUISTOS MICACEOS y Kit - ARENISCAS 2.4 GEOTECNIA. Como caracterizacin geotcnica en el rea de estudio para el cruce de la quebrada Ramrez, se obtuvieron los siguientes tipos de suelos:</p> <p>Materiales gruesos de los grupos GM y SM donde el contenido de finos afecta las caractersticas de resistencia y esfuerzo-deformacin y la capacidad de drenaje libre de la fraccin gruesa. La plasticidad de los finos en estos grupos vara entre nula y media; es decir, el lmite de plasticidad se localiza por debajo de la lnea A y su ndice de plasticidad es menor que 4.</p> <p>En el rea de estudio este tipo de suelo predomina en el cauce de depositacin aluvial de la quebrada Ramrez, presentndose lechos conglomerticas recientes con sobre tamaos de cantos, gravas y arenas, producto del arrastre y transporte de material intemperizado aguas arriba de la quebrada en mencin, la cual corta rocas areniscas y calizas de la Formacin Tibu Mercedes. Estos depsitos debido a sus caractersticas son altamente permeables y drenan con facilidad, lo cual favorece la escorrenta. Adems, el material de lecho de quebrada nos sirve para la construccin de las obras de preservacin de la banca con gaviones, al proveernos de grava como se evidencia en el registro fotogrfico siguiente.</p> <p>REGISTRO FOTOGRAFICO QUEBRADA RAMIREZ</p> <p>Como caracterstica fsica se anexa el valor del ngulo de friccin para suelos granulares presentes.VALORES DE PARA SUELOS GRANULARES</p> <p>Tipo de Suelo (Grados)</p> <p>SueltoDenso</p> <p>LimoArena LimosaArena UniformeArena bien gradadaGrava arenosa27 3027 3328333530 3430 35344550</p> <p>El material fino encontrado pertenece al grupo CL y corresponde a arcillas inorgnicas comprendidas en la zona sobre la Lnea A, definidas por un lmite lquido menor al 50% y el ndice de plasticidad mayor a 7. En el rea de estudio este tipo de suelo predomina en los depsitos coluviales y en los afloramientos intemperizados de arcillolita, por donde el trazado del corredor vial corta el Ortoneis y la Formacin Silgara. Estos depsitos debido a sus caractersticas son impermeables y NO drenan con facilidad, lo cual desfavorece la escorrenta. Son altamente plsticos, por lo que la estabilidad en los cimientos de las obras de arte y contencin a construirse deber contemplarse.</p> <p>CARACTERISTICAS FISICAS DE LAS ARCILLAS</p> <p>Gravedad Especfica 2.65Porosidad (n)37 %Relacin de Vacos (e) 0.60Contenido de Humedad 22%Densidad seca (Mg/m3) 1.69Densidad saturada2.06</p> <p>CONSISTENCIA DE LAS ARCILLAS</p> <p>ConsistenciaResistencia al corte no drenado Cu (KN/m2)</p> <p>BS 5930: 1981Terzaghi y Perck</p> <p>Muy blandaBlandaFirmeMediaRgidaMuy rgidaDura&lt; 2020-4040-75</p> <p>75-100&gt; 150&lt; 1212-25</p> <p>25-50 50-100100-200&gt;200</p> <p>2.5 HIDROLOGIA. El estudio hidrolgico tiene como objetivo primordial obtener los caudales mximos para la revisin y diseo de la obra a construir para el paso de vehculos en la va secundaria que conduce de Cchira a la vereda Ramrez sector El Diamante, en la abscisa referenciada como el K7+000. Para la realizacin del estudio se recopil la informacin geogrfica necesaria (hidrologa, climatologa y cartografa) obteniendo un reconocimiento e inspeccin de esta fuente y su cuenca hidrogrfica, teniendo en cuenta la cobertura vegetal (pastos y escasos bosques), las condiciones del cauce (drenaje irregular paralelo) y las caracterstica orogrfica de la fuente (relieve quebrado en areniscas sedimentarias). Como base para las evaluaciones realizadas, se emplearon registros de estaciones localizadas regionalmente en el rea del proyecto y los datos suministrados del plano de curvas isoyetas medias anuales de la cartografa temtica del Plan Bsico de ordenamiento Territorial del Municipio de Cchira. De acuerdo con lo anterior la precipitacin anual para la zona del proyecto vara entre 500 a 1000 milmetros. El ciclo anual de precipitacin presenta dos periodos lluviosos y dos periodos secos. Los periodos lluviosos comprenden de abril a mayo y de septiembre a diciembre, siendo este ltimo el ms intenso. Los periodos secos se presentan durante los meses de enero a marzo y de junio a agosto. </p> <p>A partir de las lluvias mximas en 24 horas registradas, se estimaron las lluvias mximas para el perodo de retorno asumido (25 aos), a partir de la distribucin de Gumbel. El valor promedio de la precipitacin mxima en 24 horas es de 50 mm.</p> <p>Las curvas Intensidad Duracin Frecuencia se elabor en base a la ecuacin de F. Bell.</p> <p>I = Cr / (t + 10)^0.5Donde: I : Intensidad mximat:Duracin del aguacero en minutos (60, 120 y 240 min)Cr: Coeficiente que se deduce de la intensidad horaria (25, 30, 35 y 40)Teniendo en cuenta la distribucin de la lluvia en el tiempo para la zona y basados en estudios anteriores, se tom como precipitacin mxima horaria el 50% de la precipitacin mxima diaria, es decir de 25 mm/hora. El clculo de las crecientes para los periodos de retorno de 25 aos en cada uno de los sitios de inters se llev a cabo utilizando el mtodo Racional.De acuerdo con este mtodo, la ecuacin a aplicar para calcular el caudal es la siguiente:Q = 0.2778 x C x I x ADonde:C:Coeficiente de escorrenta que depende del uso y tipo de suelo, de lacobertura vegetal de la cuenca y de la humedad antecedente.I:Intensidad de la lluvia en mm/hora.A:Area de drenaje de la cuenca en Km2.Q:Caudal de diseo en m3/seg.</p> <p>El valor del coeficiente de escorrenta (C), se determin de acuerdo con la siguiente expresin: (establecida por la DIRECCION GENERAL DE CARRETERAS DE ESPAA. TEMEZ, Jos R. Clculo Hidrometeorolgico de Caudales mximos en Pequeas cuencas Naturales. Madrid, 1978)C = (Pd Po) x (Pd + 23 Po)(Pd + 11 Po)Donde:C:Coeficiente de escorrentaPo : Parmetro que depende del uso y tipo de suelo, de la coberturavegetal de la cuenca y de la humedad antecedente (1,5).Pd:Precipitacin (cm) mxima en 24 horas para los periodos de retornoconsiderados (50 mm/da)</p> <p>El Po se determin a partir del nmero de escurrimiento (CN), aplicando la siguiente expresin.</p> <p>Po = 5080 50.8 x CNCN</p> <p>Segn las caractersticas del tipo de suelo y de cobertura vegetal de la cuenca se determin el nmero de escurrimiento (CN), para la condicin II de humedad antecedente o sea para condicin de suelo intermedio (CN = 97).</p> <p>Con la informacin de campo obtenida durante el desarrollo del estudio, se obtuvieron las condiciones de cobertura vegetal y usos del suelo para cada subcuenca seleccionada, correlacionndose con el PBOT como zonas de pastoreo y de cultivos transitorios, con reservas de bosque como proteccin del ecosistema natural para las corrientes hdricas de la regin.Con los valores de CN, Po y Pd, se determin el valor de C para la subcuenca utilizando las expresiones anteriores.La intensidad de la lluvia en mm/hora para los diferentes periodos de retorno, se obtuvo a partir de las curvas Intensidad Duracin Frecuencia, considerando la duracin de la lluvia en la subcuenca igual al tiempo de concentracin.</p> <p>El tiempo de concentracin para la subcuenca se determin de acuerdo con la ecuacin de Kirpich:Tc = 0.0663 x L0.77 x S-0.385Donde: Tc:Tiempo de Concentracin en horasL:Longitud del cauce desde el punto ms alejado de la cuenca hastael sitio de inters en Km.S: Pendiente promedio del cauce principal en m/m</p> <p>Para determinar las caractersticas morfomtricas de las cuencas, se delimit el rea tributaria de la corriente (quebrada Ramrez), se midi la longitud y se halla la pendiente del cauce correspondiente.</p> <p>Con el caudal de drenaje superficial correspondiente a la quebrada Ramrez, se busca disear y mantener la estabilidad al paso de la va con una batea calzada en concreto de 4000 PSI con aditivos resistentes a la abrasin por el material de arrastre transportado, producto de las crecidas sbitas y tener en cuenta la adicin de aditivos para fundicin de concretos sumergidos. As mismo, se evaluar el comportamiento a la socavacin del mencionado afluente sobre su cauce.</p> <p>3. DIAGNOSTICO Y EVALUACION DE SOCAVACION EN LA QUEBRADA RAMIREZ</p> <p>La socavacin es un fenmeno natural causado por la accin erosiva del agua que arranca y acarrea material del lecho y de las bancas de un ro y es una de las principales causas de falla de los puentes, muros, bateas o calzadas, especialmente durante pocas de creciente invernal. La socavacin en puentes ocurre en las pilas, en los estribos, en los terraplenes de acceso, o en las laderas del ro y puede llegar a poner en peligro la estructura. La necesidad de minimizar las fallas de puentes, que es un problema prcticamente en todos los pases del mundo, ha llevado a desarrollar una gran cantidad de investigaciones especialmente usando modelos de laboratorio a escala con el fin de establecer metodologas para calcular la mxima profundidad de socavacin que puede afectar a una estructura. Las bases cientficas para el clculo estructural de un puente estn bastante bien definidas, pero no existe una teora unificada que permita determinar las profundidades de socavacin a esperarse, debido principalmente a la naturaleza tan compleja del problema. Existen muchas ecuaciones para calcular las profundidades de socavacin alrededor de pilas y algunas aplicables para el caso de estribos. Sin embargo, poca verificacin se tiene de los resultados obtenidos usando informacin de campo. Hay mucha incertidumbre sobre el uso de las ecuaciones y sobre cul representa mejor las condiciones reales de un puente. Esto hace difcil establecer una sola ecuacin que sea lo suficientemente precisa y segura para estimar las profundidades de socavacin debido a las muchas variables involucradas en el problema como son: caudal de diseo, geometra de las estructuras, turbulencia, estratigrafa, tamao y distribucin del sedimento, caractersticas hidrulicas durante crecientes, tiempo de duracin de la creciente y acumulacin de basuras. Las mayores profundidades de socavacin se producen usualmente durante pocas de creciente en que el flujo es no permanente, lo que vuelve an ms complejo el problema.Los principales factores que actan en la generacin de los caudales slidos y lquidos que llegan a los cauces naturales y son transportados por ellos estn relacionados con las caractersticas de la lluvia y de la cuenca, la erosin pluvial y la dinmica de los cauces.Caractersticas de la lluvia: Intensidad Duracin Frecuencia Distribucin temporalCaractersticas de la cuenca: Morfometra: Area, Longitud, Pendiente, Elevacin media, en...</p>