Propuesta del dimensionamiento hidráulico de la estructura transversal sobre la Quebrada El Molino

Abstract

La afectación causada por el huracán Nate ocurrido el mes de octubre del 2017 en Costa Rica dejo gran cantidad de pérdidas económicas, humanas y materiales, siendo considerado como la peor catástrofe natural en las últimas décadas en el país. La problemática recae en que varios caminos quedaron inhabilitados, uno de estos casos se presentó en el proyecto Manuel de Jesús Jiménez en el cantón de Cartago. Razón por la cual el trabajo tiene como fin realizar el dimensionamiento hidráulico y replanteo de la rasante de una posible nueva estructura transversal de paso sobre la quebrada El Molino. Para la determinación del caudal de diseño se hace uso del método precipitación – escorrentía del SCS (Soil Conservation Service), el cual requiere de la creación de tormentas de diseño, ya que no se tiene un registro de los caudales de la quebrada. El programa que se utiliza para el desarrollo del método es el HEC-HMS 4.0. Para el cálculo de los niveles de crecida se realizan modelaciones hidráulicas en una dimensión por medio del programa HEC-RAS 5.0.5. La modelación unidimensional se basa en el cálculo de Flujo Gradualmente Variado (FGV) mediante la solución de la ecuación de energía en una dimensión. Para casos de Flujo Rápidamente Variado (FRV), como saltos hidráulicos, confluencias y flujo en estructuras el modelo incorpora la solución de la ecuación de momentum del flujo. De los resultados obtenidos del proyecto se tiene un caudal de 20 m3/s para un periodo de retorno de 100 años el cual es el periodo esperado para avenidas en estructuras tipo puente o alcantarillas cuyo caudal es considerable. Además se obtiene un valor de nivel de crecida de 1,37 m para la estructura propuesta y una altura de rasante de 1355 msnm lo que significa una elevación de 0,75 metros respecto a la actual estructura.

The damage caused by Hurricane Nate in October of 2017 in Costa Rica left a great amount of economic, human and material losses, being considered the worst natural catastrophe in the last decades in the country. The problem lies in the fact that several roads were disabled, one of these cases was presented in the Manuel de Jesús Jiménez project in the canton of Cartago. Reason for which the work has as purpose to realize the hydraulic dimensioning and rethinking of the slope of a possible new transversal structure of passage on the El Molino creek. For the determination of the design flow, the precipitation-runoff method of the SCS (Soil Conservation Service) is used, which requires the creation of design storms, since there is no record of the flow of the stream. The program that is used for the development of the method is the HEC-HMS 4.0 created by the United States Army Corps of Engineers. For the calculation of flood levels, one-dimensional hydraulic modeling is carried out through the HEC-RAS 5.0.5 program of the United States engineers. The one-dimensional modeling is based on the calculation of Gradually Varied Flow (FGV) by solving the energy equation in one dimension. For cases of Rapidly Varied Flow (FRV), such as hydraulic jumps, confluences and bridge flow, the model incorporates the solution of the flow momentum equation. The results obtained from the project have a flow of 20 m3 / s for a return period of 100 years which is the expected period for avenues in bridge or culvert structures whose flow is considerable. In addition, a flood level value of 1.37 m is obtained for the proposed structure and a ground level of 1355 m, which means an elevation of 75 cm compared to the current structure.