Análisis Hidrológico e Hidráulico para el diseño estructural de un Box Culvert ubicado en Municipio de Armero Guayabal –Tolima

Un sistema de alcantarillado es la mejor opción para superar un obstáculo natural y lo mejor en este caso es el uso de un Box Culvert, que se basa en una estructura simple utilizada como alcantarillado para el paso de un afluente o cuerpo de agua y de la del mismo modo la prevención de futuros daños...

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Autores:
García Garzón, Carlos Alberto
Perdomo Mora, Miguel Eduardo
Ramírez Martínez, Diego Alejandro
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad Cooperativa de Colombia
Repositorio:
Repositorio UCC
Idioma:
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/20.500.12494/43939
Palabra clave:
Análisis Hidrológico
Diseño Estructural
Análisis hidráulico
TG 2021 ICI
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openAccess
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Atribución – No comercial – Sin Derivar
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description Un sistema de alcantarillado es la mejor opción para superar un obstáculo natural y lo mejor en este caso es el uso de un Box Culvert, que se basa en una estructura simple utilizada como alcantarillado para el paso de un afluente o cuerpo de agua y de la del mismo modo la prevención de futuros daños a la vía. El presente proyecto tiene como finalidad brindar una posible solución a un problema presentado en un punto de la quebrada “El Jardín”, que se aprecia a la altura de la K9+850 en la vía que une Armero Guayabal con la aldea El Cairo en la que se encuentra se presentan disturbios en épocas invernales con una gran saturación en la vía por el aumento del nivel del cauce, provocando la restricción total del paso tanto vehicular como peatonal para los vecinos de la localidad. Por tanto, como punto de partida, teniendo en cuenta el lugar a trabajar, se procede a realizar una caracterización de parámetros morfométricos de la cuenca de estudio, en la que se analizan y extraen diversos datos como: área, perímetro, longitud axial, pendiente, geometría de la cuenca, índice de gravelius, ancho medio, entre otros, que nos ayudan a obtener datos más precisos para la caracterización del arroyo “El Jardín” desde la intersección aguas arriba, el cruce de la vía y aguas abajo. Por lo tanto, se realizó el estudio hidrológico en el sector del proyecto en el cual fue necesario extraer los datos de precipitación máxima registrada en la estación pluviométrica más cercana a la zona, para encontrar la precipitación máxima promedio que permita, según la metodología simplificada, determinar las curvas. de intensidad, duración y frecuencia (IDF), para un periodo de retorno de 25 años, con el fin de poder realizar los cálculos mediante el método racional para hallar el caudal máximo pluvial del sector para el diseño de la alcantarilla caja. Con esto nos dio el paso a realizar el estudio hidráulico con el cual determinamos el nivel máximo de la lámina de agua en el lugar del cruce de caminos, para lo cual se realizó la determinación de la batimetría del arroyo para obtener el longitudinal. cortes de perfil. de aguas arriba y aguas abajo en las que se realizó la modelación en el programa HEC-RAS y poder analizar la sección del sitio localizado. Finalmente, los datos obtenidos en cada fase se tomaron para realizar una modelación en el software HY8 en el cual nos dio las medidas adecuadas para el diseño estructural por el método de resistencia última del cual obtenemos los cortantes y momentos con las cargas esperadas aplicadas de acuerdo a la necesidad del sitio.
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El presente proyecto tiene como finalidad brindar una posible solución a un problema presentado en un punto de la quebrada “El Jardín”, que se aprecia a la altura de la K9+850 en la vía que une Armero Guayabal con la aldea El Cairo en la que se encuentra se presentan disturbios en épocas invernales con una gran saturación en la vía por el aumento del nivel del cauce, provocando la restricción total del paso tanto vehicular como peatonal para los vecinos de la localidad. Por tanto, como punto de partida, teniendo en cuenta el lugar a trabajar, se procede a realizar una caracterización de parámetros morfométricos de la cuenca de estudio, en la que se analizan y extraen diversos datos como: área, perímetro, longitud axial, pendiente, geometría de la cuenca, índice de gravelius, ancho medio, entre otros, que nos ayudan a obtener datos más precisos para la caracterización del arroyo “El Jardín” desde la intersección aguas arriba, el cruce de la vía y aguas abajo. Por lo tanto, se realizó el estudio hidrológico en el sector del proyecto en el cual fue necesario extraer los datos de precipitación máxima registrada en la estación pluviométrica más cercana a la zona, para encontrar la precipitación máxima promedio que permita, según la metodología simplificada, determinar las curvas. de intensidad, duración y frecuencia (IDF), para un periodo de retorno de 25 años, con el fin de poder realizar los cálculos mediante el método racional para hallar el caudal máximo pluvial del sector para el diseño de la alcantarilla caja. Con esto nos dio el paso a realizar el estudio hidráulico con el cual determinamos el nivel máximo de la lámina de agua en el lugar del cruce de caminos, para lo cual se realizó la determinación de la batimetría del arroyo para obtener el longitudinal. cortes de perfil. de aguas arriba y aguas abajo en las que se realizó la modelación en el programa HEC-RAS y poder analizar la sección del sitio localizado. Finalmente, los datos obtenidos en cada fase se tomaron para realizar una modelación en el software HY8 en el cual nos dio las medidas adecuadas para el diseño estructural por el método de resistencia última del cual obtenemos los cortantes y momentos con las cargas esperadas aplicadas de acuerdo a la necesidad del sitio.A sewer system is the best option to overcome a natural obstacle and the best in this case is the use of a Box Culvert, which is based on a simple structure used as a sewer for the passage of a tributary or body of water and of the same way the prevention of future damage to the road. The purpose of this project is to provide a possible solution to a problem presented at a point in the "El Jardín" ravine, which can be seen at the height of K9+850 on the road between Armero Guayabal and the Cairo village in which There are disturbances in winter times with a great saturation in the road due to the increase in the level of the channel, causing total restriction of both vehicular and pedestrian passage for the residents of the town. Therefore, the starting point, taking into account the location in question to work on, proceeds to carry out a characterization of morphometric parameters of the study basin, in which various data are analyzed and extracted, such as: area, perimeter, axial length, slope, geometry of the basin, gravelius index, average width, among others, which help us to obtain more precise data for the characterization of the "El Jardín" stream from the upstream intersection, the crossing point of the road and downstream. Therefore, the hydrological study was carried out in the project sector in which it was necessary to extract the data of maximum precipitation registered in the pluviometric station closest to the area, to find the maximum average precipitation that allows, according to the simplified methodology, to determine the curves. of intensity, duration and frequency (IDF), for a return period of 25 years, with the point of being able to carry out the calculations by means of the rational method to find the maximum rainfall flow of the sector for the design of the culvert box. With this, it gave us the step to carry out the hydraulic study with which we determined the maximum level of the water sheet at the location of the road crossing, for which the determination of the bathymetry of the stream was carried out to obtain the longitudinal profile cuts. of upstream and downstream in which modeling was carried out in the HEC-RAS program and to be able to analyze the section of the located site. Finally, the data obtained in each phase was taken to perform a modeling in the HY8 software in which it gave us the appropriate measures for the structural design by the ultimate resistance method from which we obtain the shears and moments with the expected loads applied according to the need of the site.Glosario--resumen--introducción--1. Descripción del problema.--2. Justificación.--3. Objetivos.--3.1. Objetivo general.--3.2. Objetivos específicos.--4. Marco teórico.--4.1. Alcantarillas.--4.1.1. Diseño de Box Culvert.--4.1.1.1 Proceso Constructivo.--4.2. Estudio Hidrológico.--4.2.1. Parámetros Morfometricos.--4.2.2. Periodo de retorno.--4.2.3. Curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF).--4.3. Caudal de diseño.--4.3.1. Criterio de Diseño.--4.4. programas para modelación.--4.4.1. Software HY-8.--5.Localización o georreferenciación.--6. Metodología.--6.1 caracterización morfológica de la cuenca.--6.1.1 modelo de elevación digital.--6.1.2 cartografía básica.--6.1.3. Modelación en el ArcGis.--6.1.4. Características de la cuenca en estudio.--6.2. estudio hidrológico.--6.2.1. Precipitación Máxima Mensual.--6.2.2. Curvas intensidad-duración-frecuencia, IDF.--6.2.2.1. Cálculo de curvas IDF con datos históricos de precipitación.--6.2.2.2. Cálculo de curvas IDF por el método simplificado.--6.2.3. Tiempo de Concentración.--6.2.4. Periodo de Retorno.--6.2.5. Coeficiente de escorrentía.--6.2.5.1. Cobertura, uso y tipo de Suelos.--6.2.6. Caudal Máximo.--6.2.6.1. Método Racional.--6.3. Diseño Hidraulico.--6.3.1. Levantamiento topográfico.--6.3.1.1. Batimetría.--6.3.2. Modelación en HY8.--6.4. Diseño Estructural.--6.4.1. Materiales.--6.4.2. Espesores mínimos.--6.4.3. Recubrimiento.--6.4.4. Carga de Diseño.--6.4.5. Diseño.--7. Resultados.--7.1 Caracterización Morfológica Cuenca Quebrada El Jardín.--7.1.1 Modelo de elevación digital quebrada El Jardín.--7.1.2 Cartografía básica de la quebrada El Jardín.--7.1.3 Modelado cuenca quebrada El Jardín.--7.2 Estudio Hidrológico.--7.2.1. Valores de precipitación máxima.--7.2.2. Cálculo de curvas IDF por Método Simplificado.--7.2.3. Tiempo de concentración.--7.2.4. Hietogramas.--7.2.5. Cobertura, uso y tipo de suelos.--7.2.5.1. Coeficiente de escorrentía.--7.2.6. Caudal Máximo.--7.3. Diseño Hidráulico.--7.3.1. Batimetría.--7.3.2. Modelación en HY8.--7.4. Diseño Estructural Del Box Culvert.--7.4.1. cargas vivas, muertas e Impacto.--7.4.2. Cortantes y momentos máximos.--7.4.3. Calculo de acero.--7.4.3.1. Diseño a Flexión.--8. Conclusiones.--9. Recomendaciones.--Bibliografíacarlos.garciaga@campusucc.edu.comiguel.perdomom@campusucc.edu.codiego.ramirezma@campusucc.edu.co101 p.Unversidad Cooperativa de Colombia,Facultad de Ingenierias,Ingenieria Civil,IbagueIngeniería CivilIbaguéAnálisis HidrológicoDiseño EstructuralAnálisis hidráulicoTG 2021 ICIAnálisis Hidrológico e Hidráulico para el diseño estructural de un Box Culvert ubicado en Municipio de Armero Guayabal –TolimaTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionAtribución – No comercial – Sin Derivarinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Saenz, G. (1999). Hidrologia En La Ingenieria. Bogota D.C.: Escuela Colombiana. Secretaria de Infraestructura. (2018). FINDETER entrego estudios a detalle de la calle 103 y la carrera 13. Ibague.Muñoz Mera, J. D. (2020). Auxiliar de Diseño extructural H y C Ingeniría Estructural Colombia S.A.S. 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