ANEJO 07. ESTUDIO HIDRÁULICO Y DRENAJE

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1 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) ANEJO 07. ESTUDIO HIDRÁULICO Y DRENAJE 1. Objeto Modelización del Arroyo Salado Estudios realizados Postproceso... Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 1 de 11

2 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) 1. Objeto El objeto del presente anejo es, por un lado, determinar la cota de inundación para los caudales que se han determinado en el Anejo 06. Estudio hidrológico, y por otro la superficie inundada por los mismos. Con ello, se pretende establecer la tipología de la obra de drenaje transversal del cauce principal, así como sus dimensiones. Cabe destacar que se ha utilizado un valor del coeficiente de Manning de 0. para el cauce central y 0 para las llanuras de inundación. Estos valores se han obtenido de la siguiente tabla, extraída del manual de HecRAS. En cuanto a las obras de drenaje transversal de las cuencas secundarias, igualmente se determinará la tipología y las dimensiones de la estructura. En los Apartados 2, 3 y 4 se estudiará el cauce del Arroyo Salado de Espera. En el Apartado se estudiarán las cuencas secundarias. 2. Modelización del Arroyo Salado El ámbito de estudio se encuentra dentro de la cuenca vertiente del Río Guadalete en su curso medio, concretamente, en el Arroyo Salado de Espera. El modelo hidráulico que se presenta corresponde con la situación proyectada del propio arroyo y sus alrededores en el ámbito de estudio, que cruza a la actual CA-101 así como a la variante propuesta Modelo del arroyo con HEC-GeoRAS En primer lugar, se ha elaborado un modelo mediante el software HEC-GeoRAS, partiendo del Modelo Digital del Terreno MDT0/MDT0-LIDAR. HEC-GeoRAS es una extensión para ArcMap desarrollada conjuntamente por el Hydrologic Engineering Center (HEC) del United States Army Corps of Engineers y el Environmental System Research Institute (ESRI). Básicamente, consiste en un conjunto de procedimientos, herramientas y utilidades especialmente diseñadas para procesar datos georreferenciados que permiten, bajo el entorno de los Sistemas de Información Geográfica (SIG), facilitar y complementar el trabajo con HEC-RAS. Se ha utilizado HEC-GeoRAS para crear un archivo con la finalidad de importar a HEC-RAS datos de geometría del terreno (incluyendo cauce del río y secciones transversales). Esta extensión es *.sdf. Con estos resultados, se ha obtenido la geometría del tramo de río a estudiar sobre la que posteriormente se han realizado con HEC-RAS los cálculos hidráulicos correspondientes a la avenida del periodo de retorno que se estime conveniente. A modo de resumen, en HEC-GeoRAS se han definido el centro del cauce (River) en base a la capa de cauces generada con HEC-GeoHMS; los márgenes de los cauces (Bank lines) aproximando según la representación del arroyo en la ortofoto; los límites de las secciones de cálculo que se exportarán a HecRAS (Flow Path Centerlines); y por último, las secciones transversales (XS Cut Lines). Figura 1. Geometría del cauce de HEC-GeoRAS Simulaciones con HEC-RAS El programa HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center River Analysis System) se emplea para la realización de modelos hidráulicos unidimensionales. Este modelo permitirá la simulación del régimen del río para cualquier combinación de caudales en los diferentes tramos, de manera que se pueda deducir la elevación de la lámina de agua en todo el tramo de estudio, velocidades del flujo, así como la extensión de la zona inundable. Es decir, entre los resultados que aporta el programa se encuentra el cálculo de niveles de agua en las distintas secciones (para los distintos casos o escenarios, con diversos caudales) y la velocidad media del agua (tanto en la sección total como en el canal central o en las márgenes). En este estudio, siguiendo la línea del Anejo 06. Estudio hidrológico, se han estudiado los periodos de retorno de 10, 100 y 00 años. Las principales hipótesis asumidas en el modelo son las siguientes: Flujo estacionario; por tanto no hay variación del calado o la velocidad con el tiempo. Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 2 de 11

3 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) Flujo gradualmente variado. Esto conduce a una distribución hidrostática de presiones. Flujo unidimensional: la única componente de la velocidad es en la dirección del flujo. Las pendientes deben ser pequeñas, menores de 1/10; con ello cos θ 1 y el calado vertical es representativo de la altura de presión. Los contornos son rígidos, no admitiéndose erosión o sedimentación en el cauce. En los planos del Apéndice 1, podemos encontrar el resultado del área que delimita la zona inundable y el D.P.H. en el Arroyo Salado para las avenida de cálculo. Los demás datos de salida del modelo en HEC-RAS (planta, perfil longitudinal, secciones transversales y resumen de datos en tabla), se adjunta en el Apéndice 1 de este documento. El procedimiento de cálculo está basado en la resolución de la ecuación de la conservación de la energía, con pérdidas de fricción evaluadas por la fórmula de Manning, procedimiento conocido como Standard Step Method. La fórmula utilizada para el cálculo de las pérdidas de fricción (fórmula de Manning) es la siguiente: siendo: I= Pendiente de la línea de energía, en tanto por uno. n= Coeficiente de rugosidad de Manning (A.M.A.- Anexo II). v= Velocidad, en m/s. RH= Radio hidráulico, en m. Los datos que precisa el modelo HEC-RAS para calcular los niveles de agua en el cauce son los siguientes: Tipo de régimen: El cálculo de calados y del flujo se ha considerado en régimen mixto, para considerar los cambios de flujo en las cercanías de las obras de drenaje transversal, con condiciones de contorno en pendientes normales. Caudales de cálculo: se han obtenido del Anejo 06. Estudio hidrológico: T (años) Outlet (m3/s) Figura 2. Coeficientes de Manning. Definición geométrica del cauce, llanura de inundación, estructuras, obras de fábrica y carreteras existentes. Parámetros hidráulicos. Condición de contorno. Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 3 de 11

4 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) 3. Estudios realizados A continuación se describen las simulaciones de los modelos que se han llevado a cabo para el diseño de la obra de paso Simulación 1: estado actual. En esta primera simulación, se han calculado los calados y llanuras de situación sin incluir ninguna obra de drenaje. Además, se ha determinado la Vía de Intenso Desagüe (VID), ya que según la Instrucción.2. de drenaje, "los estribos de la obra deberán estar ubicados fuera de la vía de intenso desagüe. En caso de que no esté previamente delimitada, se calculará teniendo en cuenta los criterios establecidos en la normativa sobre Dominio Público Hidráulico y, en concreto con sobreelevación de cálculo de la VID de treinta centímetros (30 cm), con la posibilidad de reducirla hasta diez centímetros (10 cm) en zonas urbanas o aumentarla hasta cincuenta centímetros (0 cm) en zonas rurales, con la conformidad de la Administración Hidráulica. Será admisible la ubicación de pilas dentro de la VID, disponiéndolas siempre de tal forma que se minimice la alteración del régimen hidráulico." Dadas las condiciones de este proyecto, se ha establecido una sobreelevación máxima de 0,0 m. Resumiendo los apartados anteriores, se ha partido de un modelo HEC-RAS previo que contenía la geometría del cauce. Sin embargo, para el cálculo de la Vía de Intenso Desagüe es necesario completar dicho modelo mediante el uso de una herramienta especialmente pensada para estos casos. Se trata de la herramienta Encroachment (literalmente traspaso de límites ). Según el propio manual oficial de HEC-RAS, el uso de la herramienta Encroachment es muy recomendable para la evaluación del impacto que un estrechamiento del cauce tendría sobre el flujo. Se trata pues de una herramienta que introduce unas limitaciones artificiales e imaginarias al flujo del agua, permitiendo así estimar la sobreelevación que se produciría y ajustándose adecuadamente al concepto de Vía de Intenso Desagüe. A continuación se muestra una imagen en la cual se representa una sección transversal del cauce de un río. Se observa como la presencia de los Encroachment produce la disminución de la sección útil (la reducción con respecto a la sección natural es del K%) y la consiguiente sobreelevación de la lámina de agua. Así pues, para el cálculo de la Vía de Intenso Desagüe necesitaremos calcular aquel Encroachment que produzca una sobreelevación igual a la que se ha establecido anteriormente. El programa permite hasta cinco métodos para el cálculo de las secciones reducidas mediante Encroachments. En este caso, se utilizará el método 4, en el que se introduce como dato la sobreelevación buscada en cada sección y el programa introduce el Encroachment necesario para que ello se cumpla. Se trata del método más adecuado al problema en el que nos encontramos. Figura 3. Concepto de Enroachment. Tras estudiar los resultados, se ha determinado que en la sección donde se ubica el puente, la Vía de Intenso Desagüe tiene una anchura de 80 metros, por lo que esta será la luz entre los estribos de la estructura de paso. La cota que alcanza la lámina de agua para la avenida de diseño se calculará en la siguiente simulación. En el Apéndice 1 se adjuntan el informe de las secciones, las propias secciones y los perfiles longitudinales Simulación 2: estructura de paso. En este modelo, se ha incluido un puente de las características indicadas en el apartado anterior. En una primera iteración, se ha introducido un valor estimado del tablero del puente. Tras la primera simulación, se ha establecido un resguardo de 1,33 metros, situando la cota inferior del tablero a la cota, m.s.n.m. Los resultados de la simulación se adjuntan en el Apéndice 2. Las característica de dicho puente son las siguientes: Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 4 de 11

5 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) Figura 6. Taludes de aproximación. 4. Postproceso Figura 4. Perfiles aguas arriba y aguas abajo. Tras la simulación del modelo hidrodinámico, se ha llevado a cabo una etapa de postproceso que ha englobado diversas actividades. Para comenzar, se ha procedido a la exportación de los resultados obtenidos mediante el programa Hec-RAS al programa ArcGIS, con el objeto de superponer las Ortofotos existentes y las llanuras de inundación. Para finalizar, se han llevado a cabo trabajos de interpretación y cotejo de resultados. Con ello. se trata de comprobar que la exportación de los datos desde Hec-RAS se ha llevado a cabo de forma adecuada.. Cuencas secundarias Dado que los caudales generados por las cuencas no son importantes, estos serán evacuados por las cunetas de drenaje longitudinal. Figura. Tablero del puente. Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página de 11

6 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) APÉNDICE 1. SIMULACIÓN - ESTADO ACTUAL Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 6 de 11

7 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) CONTENIDO DEL APÉNDICE 1 1. Secciones transversales. 2. Sección de la ODT reflejando la Vía de Intenso Desagüe (VID). 3. Perfil longitudinal. 4. Vista en 3D de la llanura de inundación.. Perfil de velocidades. 6. Informe de resultados. 7. Superficies inundadas para los distintos Periodos de Retorno. Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 7 de 11

8 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/ EG VID WS VID EG VID WS VID EG VID Crit VID Crit T00 Crit T100 Crit T10 Encroachment Encroachment WS VID Encroachment RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/ EG VID WS VID 0 3 EG VID WS VID EG VID WS VID Encroachment Encroachment Encroachment RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 EG VID WS VID 2 Encroachment EG VID WS VID 2 Encroachment EG VID WS VID Crit T00 Crit VID Crit T100 Crit T10 Encroachment

9 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 EG VID WS VID Encroachment

10 7 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 Salado Salado EG VID WS VID Crit T00 Crit VID Crit T100 Crit T Main Channel Distance (m)

11 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/ WS VID Encroachment

12 RASSALADO Plan: Plan 1 13/06/2016 Salado Salado Vel Chnl VID Vel Chnl T00 Vel Chnl T100 Vel Chnl T10 Vel Left VID Vel Right VID Vel Left T00 Vel Right T00 Vel Left T100 Vel Right T100 Vel Left T10 Vel Right T10 Vel Left (m/s), Vel Chnl (m/s), Vel Right (m/s) Main Channel Distance (m)

13 HEC-RAS Plan: plan1 River: Salado Reach: Salado Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID Salado T Salado T Salado T Salado VID

14 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) LLANURA DE INUNDACIÓN T=10 AÑOS LLANURA DE INUNDACIÓN T=100 AÑOS Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 8 de 11

15 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) LLANURA DE INUNDACIÓN T=00 AÑOS Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 9 de 11

16 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) APÉNDICE 2. SIMULACIÓN - ESTRUCTURA DE PASO Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 10 de 11

17 PROYECTO DE VARIANTE DE TRAZADO EN LA CARRETERA CA-101 (ARCOS DE LA FRONTERA) CONTENIDO DEL APÉNDICE 2 1. Secciones transversales. 2. Sección de la ODT. 3. Perfil longitudinal. 4. Vista en 3D de la llanura de inundación.. Perfil de velocidades. 6. Informe de resultados. Nombre del fichero original: A 07. Estudio Hidráulico Y Drenaje Página 11 de 11

18 Crit T00 Crit T100 Crit T10 Levee 9 7 Crit T00 Crit T100 Crit T10 Levee Crit T00 Crit T100 Crit T

19 Crit T00 Crit T100 Crit T10 Crit T00 Crit T100 Crit T10 6 Crit T00 Crit T100 Crit T10 Levee Levee Levee Crit T00 Crit T100 Crit T10

20 70 RS= Upstream (Bridge) RS= Downstream (Bridge)

21 7 Salado Salado Crit T00 Crit T100 Crit T10 Left Levee Right Levee Main Channel Distance (m)

22 Levee

23 Salado Salado Vel Chnl T00 Vel Chnl T100 Vel Chnl T10 Vel Left T00 Vel Right T00 Vel Left T100 Vel Right T100 Vel Left T10 Vel Right T Vel Left (m/s), Vel Chnl (m/s), Vel Right (m/s) Main Channel Distance (m)

24 HEC-RAS Plan: Plan 02 River: Salado Reach: Salado Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado Bridge Salado 44.6 T Salado 44.6 T Salado 44.6 T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T Salado T