UNIVERSIDAD NACIONAL
“PEDRO RUIZ GALLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA AGRICOLA
TESIS
“Diseño de una defensa ribereña mediante enrocado en los ríos Corral del medio y La Gallega, longitud 4.0 km.
Distrito y provincia de Morropón, región Piura”
Para optar el título profesional de:
INGENIERO AGRÍCOLA
Autor (es):
Bach. Alberto Carlos Zeña Damián Bach. Cesar Eldy Santamaría Llontop
Asesor:
Dr. Henry Dante Sánchez Díaz
Lambayeque -Perú
2021
UNIVERSIDAD NACIONAL
“PEDRO RUIZ GALLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA AGRICOLA
TESIS
“Diseño de una defensa ribereña mediante enrocado en los ríos Corral del medio y La Gallega, longitud 4.0 km.
Distrito y provincia de Morropón, región Piura”
Para optar el título profesional de:
INGENIERO AGRÍCOLA Autor (es):
Bach. Alberto Carlos Zeña Damián Bach. Cesar Eldy Santamaría Llontop
Aprobado por:
--- --- M.Sc.Victoriano Celis Jiménez M.Sc. Cesar Zeña Santamaría
Presidente Secretario
--- --- Ing. Ernesto Contreras Ocampo Dr. Henry Dante Sánchez Díaz
Vocal Patrocinador
INDICE
DEDICATORIA ... i
AGRADECIMIENTO ... ii
RESUMEN ... iii
ABSTRACT ... iv
I. INTRODUCCIÓN ... 1
1.0 Realidad problemática ... 2
1.1 Planteamiento del problema ... 2
1.2 Formulación del problema ... 3
1.3 Justificación e importancia del estudio ... 3
1.4 Objetivos ... 4
II. MARCO TEORICO ... 5
2.1.- Antecedentes del problema ... 5
2.2 Revisión Bibliográfica ... 6
2.3 Base teórica... 9
III. MATERIALES Y METODOS ... 33
3.1 Descripción de la zona de estudio ... 33
3.1.1 Ubicación del Proyecto ... 33
3.1.2 Vías de Acceso ... 35
3.2 Estudio Topográfico ... 35
3.3 Estudio de Suelos ... 37
3.4 Estudio Hidrológico ... 38
IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES ... 49
4.1 Topografía ... 49
4.2 Parámetros geomorfológicos de la Cuenca ... 50
4.3 Mecánica de Suelos ... 59
4.4 Hidráulica del Cauce del rio ... 62
4.4.1 Análisis de los Principales Parámetros Fluviales ... 62
4.4.2 Modelo Hidráulico ... 63
4.4.3 Transporte de Sedimentos ... 67
4.4.4 Socavación ... 71
V. INGENIERIA DEL PROYECTO ... 76
5.1 Propuesta de Alternativas ... 76
5.1.1 Propuestas estructurales de ingeniería ... 76
5.1.2 Propuestas complementarias no estructurales ... 76
5.1.3 Recomendación de Solución Técnica Óptima ... 77
5.2 Diseño Hidráulico de las Obras de Protección ... 80
5.2.1 Diseño Hidráulico ... 80
5.3 Metrados ... 84
5.4 Presupuesto ... 85
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 86
VII. BIBLIOGRAFIA ... 88
ANEXOS ... 90
i
DEDICATORIA
A Dios quien supo guiarnos, darnos fuerza para seguir adelante y no desfallecer ante los problemas que se presentaban, encarando las adversidades sin perder la fortaleza y espíritu en el intento.
A mis padres, por brindarnos su apoyo incondicional, comprensión y amor ante momentos difíciles, gracias a ellos somos lo que somos, personas de bien con valores y principios
Los autores
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios por darnos la vida y guiarnos por el camino del bien; a nuestros padres por ayudarnos a desarrollar nuestras capacidades con éxito y así poder brindar ayuda a los demás, gracias por su apoyo y fortaleza necesaria para seguir adelante.
Asimismo:
Agradecer a mi patrocinador y a los representantes del jurado que juntamente con su asesoramiento y apoyo incondicional se pudo lograr que este proyecto de tesis llegue a concluir y así poder seguir cumpliendo con una de las metas que hemos tenido en mente.
Los autores
iii
RESUMEN
Durante el fenómeno de El Niño se produjo la activación de cauces y el consecuente incremento de los caudales de los ríos y quebradas de la zona, que produjeron pérdidas de tierras agrícolas, caminos e infraestructura hidráulica. El objetivo del presente estudio es Diseñar una defensa ribereña mediante enrocado en los ríos Corral del Medio y La Gallega, Longitud 4.0 km. Distrito y Provincia de Morropón, Región Piura y para ello fue necesario Determinar los Parámetros Geomorfológicos de la Cuenca de estudio, Realizar los estudios básicos de topografía y mecánica de suelos, Realizar el diseño hidráulico del cauce y del dique de protección y elaborar los metrados y especificaciones técnicas del Proyecto. Luego de llevar una metodología de campo y gabinete, se obtuvieron los siguientes resultados: Los Parámetros geomorfológicos de la cuenca son los siguientes: Área de la cuenca 589.71km2, Perímetro de la cuenca 118.94 km, Longitud Mayor 37.06 km. En cuanto a su forma, tiene un Ancho promedio de 15.91 km, Coeficiente de Compacidad 1.382, Factor de Forma 0.429. En cuanto al sistema de drenaje el grado de ramificación es 4, Densidad de Drenaje 0.550 de clase baja, extensión media de escurrimiento superficial de 0.454 y una frecuencia de ríos de 0.187. La pendiente mínima, máxima y media son: 150 m., 3,700m y 1,403.09m.
respectivamente. Con estos resultados se planteó lo siguiente: Descolmatación y rectificación del cauce en el río Corral del Medio en una longitud total de 3,600m. y un ancho de 60m.
Descolmatación y rectificación del cauce del río La Gallega con una longitud total de 352.45 m. y un ancho de 40m. que va desde el inicio del tramo hasta intersectar con el río Corral del Medio. Protección de la margen derecha sensible a inundación en el río Corral del Medio, conformación de dique longitudinal con material de préstamo, protegidos con roca, enrocado del talud con una longitud de 2,220m.
Palabras claves: Enrocado, Diseño Hidráulico, Parámetros Geomorfológicos.
iv
ABSTRACT
During the El Niño phenomenon there was the activation of channels and the consequent increase in the flows of the rivers and streams in the area, which caused losses of agricultural land, roads and hydraulic infrastructure. The objective of the present study is to Design a riparian defense by rocking the Corral del Medio and La Gallega rivers, Length 4.0 km.
District and Province of Morropón, Piura Region and for this it was necessary to Determine the Geomorphological Parameters of the study Basin, Carry out basic studies of topography and soil mechanics, Carry out the hydraulic design of the channel and the protection dam and prepare the metrados and technical specifications of the Project. After carrying out a field and cabinet methodology, the following results were obtained: The geomorphological parameters of the basin are the following: Basin area 589.71 km2, Basin perimeter 118.94 km, Longer length 37.06 km. Regarding its shape, it has an average Width of 15.91km, Coefficient of Compactness 1.382, and Form Factor 0.429. Regarding the drainage system, the degree of branching is 4, low-class Drainage Density 0.550, mean surface runoff extension of 0.454 and a river frequency of 0.187. The minimum, maximum and average slopes are: 150m., 3,700m and 1,403.09m. respectively. With these results, the following was proposed: De-clogging and rectification of the channel in the Corral del Medio river in a total length of 3,600m. and a width of 60m. Clearing and rectification of the La Gallega riverbed with a total length of 352.45m. and a width of 40 m. that goes from the beginning of the section until it intersects with the Corral del Medio river. Protection of the right bank sensitive to flooding in the Corral del Medio River, formation of a longitudinal dike with loan material, protected with rock, rocky of the slope with a length of 2,220m.
Keywords: Castling, Hydraulic Design, Geomorphological Parameters.
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I. INTRODUCCIÓN
Las avenidas extraordinarias, que se producen en forma periódica por la ocurrencia del fenómeno “El Niño”, conocido también con el nombre científico de “El Niño – Oscilación Sur”, dejan toda una secuela de destrucción y en algunos casos hasta pérdidas de vidas humanas. Específicamente en el mes de abril del año 2008, se produjo una avenida de dimensiones considerables que causo muchos daños en las localidades aledañas al río Piura y otros cauces aportantes como en el caso del río Corral del Medio y río La Gallega.
Habiéndose suscitado las avenidas máximas en el año 2017, los tramos materia del presente estudio fueron afectados por los desbordes de los ríos y los cauces de estos han quedado colmatados, siendo susceptibles a producirse nuevas inundaciones ante la ocurrencia de un evento climático similar. Dada esta situación problemática, el Gobierno Regional de Piura, a través de la Gerencia Subregional Morropón Huancabamba viene desarrollando el proyecto que mitiguen estos impactos.
“La Ingeniería fluvial estudia el comportamiento de los ríos y la alternativa de ejecución de obras de defensas ribereñas con criterio hidráulico que posibiliten un comportamiento conveniente del curso de agua y se eviten daños en los puntos críticos del río, determinando los niveles de agua que se alcancen para el caudal máximo asegurando que este nivel de agua no sobrepase los niveles de las obras a ejecutar.”
Para realizar esta labor de cálculo de niveles de inundación y parámetros de diseño, uno de los procedimientos más reconocidos es la modelización hidráulica de cauces. En el presente estudio de investigación se procederá a implementar esta metodología para definir los parámetros de diseño de las obras hidráulicas planteadas para el proyecto.
2 1.0 Realidad problemática
1.1 Planteamiento del problema
“…En el Perú los ríos ubicados en la vertiente del Pacífico del país, se caracterizan por presentar una variabilidad estacional marcada, entre los meses de verano e invierno; siendo los meses de verano, período de avenidas, donde se presentan los mayores caudales de agua, mientras que en períodos de invierno, período de estiaje, se presentan los menores caudales. Por otro lado, el comportamiento hidrológico de las cuencas del Pacífico durante el Fenómeno El Niño/Oscilación Sur (ENOS), ha sido muy variable respecto a su intensidad. Los Niños Extraordinarios del 82/83 y 97/98 si tuvieron un impacto generalizado en toda la vertiente, creando condiciones de exceso hídrico que provocaron desastres, y siendo estos más acentuados en la zona norte…”
(Ochoa, R., 2010).
“En el año 2,017, se presentó el fenómeno denominado como Niño costero, fue el fenómeno que afecto a las naciones sudamericanas de Perú y Ecuador. Este fenómeno se caracteriza por el calentamiento anómalo del mar focalizado en las costas de estos países. Este calentamiento produce humedad que desencadena fuertes lluvias causando desbordes, inundaciones y aluviones que afectan a varias localidades. El fenómeno fue antecedido en el 2016 por una fuerte sequía que afectó a ambos países” (INDECI, 2017).
El 31 de marzo del 2,017, INDECI publicó un reporte que muestra los efectos del Niño costero hasta la fecha. Este muestra un total de 101 fallecidos, 353 heridos, 19 desaparecidos, 141 000 damnificados y casi un millón de afectados a nivel nacional desde diciembre del 2,016. La alerta de la posible presencia de avenidas extraordinarias, la colmatación del cauce y erosión de obras de defensa existentes tras el paso del Niño Costero 2016 – 2017,“pone en alerta nuevamente el tema de actividades de prevención
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que mitiguen los efectos negativos del Fenómeno de El Niño, siendo uno de ellos las fuertes precipitaciones pluviales que inundan las ciudades y la presencia de huaycos en las quebradas y ríos, y como consecuencia se produce desbordes e inundaciones en las zonas de riesgo.”
Durante este fenómeno, varias zonas del departamento de Piura se vieron afectadas. Los Caseríos de Huaquilla y Polvazal, ubicadas en el Distrito y Provincia de Morropon, no fueron ajenas a los problemas acareados por este fenómeno. En vista de ello se produjo la activación de cauces y el consecuente incremento de los caudales de los ríos y quebradas de la zona, que produjeron pérdidas de tierras agrícolas, caminos e infraestructura hidráulica. De este modo, existen actualmente zonas de estas localidades que se encuentran susceptibles a ser afectadas por un fenómeno similar que podría traer graves consecuencias incluyendo pérdidas humanas.
1.2 Formulación del problema
¿Cuáles son los parámetros de diseño de una defensa ribereña mediante enrocado en los ríos Corral del Medio y La Gallega, longitud 4.0 km. Distrito y Provincia de Morropon, Región Piura?
1.3 Justificación e importancia del estudio
Realizar el presente estudio es de vital importancia para los Caseríos de Huaquilla y Polvazal por cuanto el estudio y su ejecución solucionaran en parte, el problema inundaciones y riesgo alto frente a avenidas extraordinarias. Desde el punto de vista físico, existen riesgos de destrucción de los cultivos de maíz amarillo, arroz y otros como marigol, espárrago, tomate, frijol canario, frijol castilla, ají panca, manzano etc., cuya producción es destinada a abastecer el mercado interno, producción industrial y mercado externo como Lima, Chiclayo, Cajamarca, etc. También se ven afectadas las
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vías de comunicación y obras adyacentes a los centros poblados, situación que coloca a los pobladores en un estado crítico y grave debido a las consecuencias económicas.
Desde el punto de vista humano, los habitantes de los Caseríos de Huaquilla y Polvazal están poniendo en riesgo sus vidas, dado a que la erosión de la margen derecha del rio ha llegado al filo de las viviendas por no contar con una protección adecuada.
“Los resultados que se obtengan de este estudio, serán de utilidad tanto a las autoridades de los centros poblados involucrados, así como también a la Autoridad Local del Agua, Gobierno regional de Piura, por que permitirán conocer con mayor precisión las soluciones de ingeniería a plantear.”
1.4 Objetivos
1.4.1.- Objetivo General
- Diseñar una defensa ribereña mediante enrocado en los ríos Corral del Medio y La Gallega, Longitud 4.0km. Distrito y Provincia de Morropón, Región Piura.
1.4.2.- Objetivos Específicos
- Determinar los Parámetros Geomorfológicos de la Cuenca de estudio.
- Realizar los estudios básicos de topografía y mecánica de suelos.
- Realizar el diseño hidráulico del cauce y del dique de protección.
- Elaborar el presupuesto del Proyecto.
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II. MARCO TEORICO
2.1.- Antecedentes del problema
BARBOZA, S., (1997). “Ejecutó la limpieza y deforestación del cauce con
tractores de oruga. El cauce del rio ha sido conformada con una sección hidráulica que permita conducir caudales de hasta 250m3/s. Asimismo, consideró diques con un ancho de corona de 3.50m. y una altura mínima de 2 m. construyéndose espigones en la margen derecha e izquierda del rio.”
CISNEROS, A. & PRADO, L., (1988). Proponen lo siguiente: “Es conveniente
el empleo de los métodos de Gumbel y Log-Pearson III para determinar el caudal máximo promedio en la zona de Carhuaquero. De igual forma, el tipo de estructuras empleadas en el diseño del encauzamiento y defensa de márgenes han sido seleccionados en base a criterios técnicos y económicos, mediante el uso de espigones por las siguientes razones: Son más comunes ya que se trata de fijar las orillas al menor costo posible, Son construidos sobre todo en aquellos lugares donde por razones especiales no es posible el uso de diques continuos a lo largo de las márgenes y; Por las condiciones desfavorables que presenta el material del cauce para el empleo de diques de tierra, ya que se trata de suelos arenosos”.
CUEVA, E. & PANTA, J., (1997). En su investigación proponen lo
siguiente: “Colocar una estructura de encauzamiento y defensa de márgenes mediante espigones, teniendo en cuenta los aspectos técnicos económicos;
empleando para su construcción roca de cantera y siendo 14 el número de espigones necesarios, de los cuales 12 son de formación y 2 de lanzamiento.
Calcularon una descarga máxima instantánea de Q=1350 m3/s , pero debido a
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que el cauce del rio Motupe no puede evacuar todo ese caudal, la Dirección Ejecutiva del Proyecto Olmos-Tinajones (Depolti) realizo trabajos para derivar el rio Motupe por su cauce antiguo y evacuar un caudal de 800 a 1000 m3/s. El caudal remanente (250 – 350 m3/s) fue evacuado por el cauce actual del rio por lo que las defensas ribereñas de la ciudad de Jayanca fueron construidas con un caudal de 350 m3/s…”
BUSTAMANTE, J., (2010). En su estudio concluyen: “Desde el punto de
vista hidrológico, el método de Gumbel y de Pearson III son los que más se ajustan a la información hidrométrica, habiéndose obtenido un caudal promedio de diseño de 600 m3/s, la capacidad admisible del terreno encontrada es de 1.77 kg/cm2. En lo que corresponde a las características hidráulicas se obtuvo una pendiente de diseño del rio uniforme de 1.95%. El número de diques con enrocado considerados en el presente estudio es de cinco diques con una longitud total de 954.09m, una altura de 4.00m. y la utilización de roca de cantera de diámetro 0.60 a 1.00m…”
2.2 Revisión Bibliográfica
Arguedas, C (2001). Sobre la gestión de riegos dice. “Gestión e Ingeniería del Riesgo, base fundamental de la Ingeniería de Protección, Cuando toda la información ha sido considerada de datos históricos estadísticos, fuentes, estudios, modelos y análisis particulares, el nivel final de incidencias para cada fenomenología puede ser expresada por la escala de referencia planteada.
El análisis de vulnerabilidad, como un proceso de diagnóstico puede entenderse no solamente a estructuras civiles, sino también a estructuras en general. Líneas de alta presión, reservorios, túneles, vías expresas aéreas, etc.”
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Continua diciendo: “El riesgo es un concepto compuesto, obtenido de la composición
del nivel de amenazas, peligro o incidencia fenomenológicas y los grados de vulnerabilidad propios del espacio geográfico y medio ambiente o estructura humana.
En la práctica se reconocen frecuentemente los riesgos pero no se trata consecuentemente, bien porque no se los evaluó o bien por que la relación riesgos / seguridad no se pudo plantear de forma que los encargados de la gestión contaran con una visión clara a la hora de tomar decisiones”.
Dávila, J. (2001). Define a la geomorfología como “La ciencia que estudia las formas del relieve terrestre, teniendo en cuenta su origen, naturaleza de las rocas, el clima de la región y las diferentes fuentes endógenas y exógenas que de modo general entran como factores constructores del paisaje. Geo = Tierra, y morfo = forma, logo = discurso lógico, tratado. La geomorfología estudia el relieve actual, estudiando previamente las formas del relieve desarrollado en el transcurso del tiempo geológico…”
Morales, A. (2012). En su tesis: Determinación de áreas de inundación del rio Cabanillas para la delimitación de la Faja Margina concluye que “La delimitación de
la faja marginal en ambas márgenes del río Cabanillas, siendo el ancho de esta muy variable en todo el trayecto del río, va desde los 5 a 20 metros dependiendo del uso, topografía y existencia de infraestructura hidráulica en los terrenos aledaños al cauce del río Cabanillas. Además ha elaborado el mapa de zonificación de áreas con riesgo a inundaciones, mapa de inundación y velocidades de río y mapa de delimitación de la faja marginal.”
Rocha, A. (2009). Sobre las funciones naturales de un río dice: "Un río Tiene fundamentalmente tres funciones naturales: a) Evacuar el agua generada en la cuenca como consecuencia de la precipitación, b) Evacuar sólidos producto de la erosión de la
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cuenca y e) evacuar hielo en los lugares en que éste se presenta. Podría añadirse una función adicional. no natural, pero muy. Frecuente en nuestro país y que vinculada, a /as acciones humanas eliminar y evacuar desperdicios, basura, troncos de árboles, ramas, animales muertos, palizadas, bolsas y botellas de plástica, y otros cuerpos extraños... ".
Simon, L. (1993). Sobre los datos para los métodos estadísticos menciona:
"Debida a la naturaleza aleatoria e intermitente, el movimiento del agua a través de los caminos del ciclo hidrológico sólo se puede estudiar por medios estadísticos, antes de poder proporcionar datos confiables con fines prácticos es preciso llevar durante décadas registros cuidadosos con información sobre el estado atmosférico, medidas de fa precipitación, estudio de etapas de avenida y descarga. Aun cuando estén disponibles esos datos, hay que tomarlos como reserva desde el punto de vista del ingeniero... "
Urteaga, L. (2016). En su tesis sostiene que: “La faja marginal para un Tr = 100 años, presenta una distribución de anchos que se adecuan a la presencia de asentamientos humanos y zonas agrícolas, adecuándose al ancho mínimo de 25 m propuesto en las guías y normativa para la delimitación de fajas marginales vigentes en el Perú; por lo que se puede decir que la faja marginal para un tiempo de retorno de 100 años es la que mejores condiciones aporta al tramo en estudio”.
Aliaga, S. (1983). Acerca de la información hidrometereológica dice: "Una de las principales dificultades que encuentran el profesional en el país cuando pretende desarrollar estudios hidrológicos es la inconsistencia y escasez de información hidrometereológica, ésta además de estar influenciada por errores sistemáticos, es incompleta y de un periodo demasiado corto, que no permite estimar /os parámetros requeridos con la mayor seguridad posible... ".
Bateman, A. (1990). Acerca del ciclo hidrológico dice: "El ciclo hidrológico es fundamental para entender los procesos que se suceden en la tierra, requiere
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conocimientos multidisciplinares. No existe un punto de partida en el ciclo del agua en la tierra pero lo que sí está claro es que se basa en todos los estados del agua, gas, líquido y sólido. Todos los estados se presentan en la naturaleza y todas ellas son importantes de cara a los recursos humanos. Lo más importante es tener en cuenta la interrelación del hombre con la naturaleza y su influencia en el ciclo del agua...”
Chereque, W. (2006). Sobre el período de retorno dice: "Frente a un caso concreto el ingeniero debe decidir el período de retorno de su crecida de diseño, para ello, debe precisar en primer término la vida útil de la obra; luego se preguntará sobre la probabilidad de ocurrencia de crecidas durante ese período. Escogiendo un porcentaje adecuado de riesgo determinará el período de retomo de la crecida de diseño y procederá a calcular la magnitud de esta con la distribución de frecuencia que más se ajuste a /os datos observados. Y en relación a la magnitud de la avenida del proyecto es algo sumamente complejo y que debe ser encarado por ingenieros experimentados en estudios de avenidas...”
2.3 Base teórica 2.3.1. Cuenca
Según Botero. (1982) citado por Granda, A. (2018) definen a la Cuenca hidrográfica como: “Unidad espacial definida por un complejo sistema de interacciones físicas, bióticas, sociales y económicas. La interdependencia de los elementos que constituyen la cuenca es evidente en muchos casos: la deforestación en el área receptora facilita la acción impermeabilizante y el mayor escurrimiento superficial reduce el tiempo de concentración y aumenta los caudales”.
“La degradación de la cubierta vegetal reduce la infiltración y, por lo tanto, la capacidad reguladora del escurrimiento freático que alimenta los manantiales y los cursos de agua, provocando estiajes más acentuados. La acción erosiva de la escorrentía
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contribuye al incremento del transporte de sólidos, y al comportamiento torrencial de las cuencas de montaña, ocasionando la destrucción de las obras de infraestructura, poniendo en peligro los asentamientos humanos.”
Según la Autoridad Nacional del Agua ANA (s.f.) define a la Cuenca como:
“Área delimitada por el límite topográfico bien definido (parte aguas). Es una zona geográfica donde las condiciones hidrológicas son tales que el agua se concentra en un punto en particular a partir del cual la cuenca se drena…”
“Las cuencas son además los espacios geográficos donde los grupos y comunidades comparten identidades, tradiciones y cultura, y donde socializan y trabajan en función de la disponibilidad de los recursos renovables y no renovables. En las cuencas, la naturaleza obliga a reconocer necesidades, problemas, situaciones y riesgos hídricos comunes, por lo que debería ser más fácil coincidir en el establecimiento de prioridades, objetivos y metas también comunes y la práctica de principios básicos.”
2.3.1.1. Funciones de la Cuenca
Según Gámez (2009) citado por Granda, A. (2018) la cuenca cumple las siguientes funciones:
A. Función Hidrológica
- Sistema de recolección de aguas provenientes de precipitación que dan origen a manantiales, ríos, etc.
- Acumulación del agua en sus diferentes formas y tiempos de duración.
- Evacuación del agua como escurrimiento superficial. (Gamez, 2009) B. Función Ecológica
- Medio en el cual se producen interacciones de la calidad física y química del agua.
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- Constituye el medio para que se desarrolle la vida vegetal y animal.
(Gamez, 2009) C. Función Ambiental
- Conforma la evacuación de CO2 - Contiene bancos de germoplasma
- Mantiene la recarga hídrica y los ciclos biogeoquímicos.
- Mantiene la biodiversidad
- Conserva la integridad y la diversificación de los suelos (Gamez, 2009) D. Función Socioeconómica
- Provee de recursos para un adecuado sustento y desarrollo poblacional.
- Suministra de un ambiente para la interacción social y cultural de la población (Gamez, 2009)
2.3.1.2. Morfología de la cuenca
La morfología de una cuenca está establecido por tres tipos de parámetros:
A. Parámetros de forma A.1. Tamaño de la cuenca
Según Granda, A. (2018) define al tamaño de la cuenca como: “Área proyectada en un plano horizontal. Se obtiene después de delimitar la cuenca. Se puede determinar haciendo uso del planímetro, a través de cuadrículas en el plano y haciendo uso de un software CAD (Diseño Asistido por Computadora) ó SIG (Sistemas de Información Geográfica), etc. Se reporta en Kilómetros cuadrados, excepto en cuencas pequeñas que se expresa en hectáreas”.
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“El tamaño de la cuenca es una característica que influye en el escurrimiento superficial, ya que al incrementarse el tamaño se aumenta el volumen escurrido y los escurrimientos máximos.”
Tabla N° 1: Clasificación de las cuencas según su tamaño.
A.2. Forma de la cuenca
“Esta característica tiene fundamental importancia en la cantidad de escorrentía para una misma área y una misma intensidad de lluvia, dado que una cuenca pequeña y redondeada, tenderá a concentrar con mayor rapidez sus escurrimientos, en comparación con una cuenca de una alargada que tardará más tiempo en llevarlos a su punto de salida.” (Gamez, 2009)
La forma de la hoya influye directamente en el caudal de salida, el cual se expresar por un factor “K” adimensional, llamado índice de compacidad o coeficiente de Gravelius.
A.3. Índice de Compacidad o Índice de Gravelius.
“El índice de compacidad expresa la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro equivalente de una circunferencia, que tiene la misma área de la cuenca, es decir:”
Donde:
K: coeficiente de compacidad o de Gravelius, adimensional.
P: perímetro de la cuenca, en kilómetros.
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A: área de la cuenca, en kilómetros cuadrados.
“Este coeficiente será mayor o igual a 1, de manera que entre más próximo a la unidad, la forma de la cuenca se aproximará más a la de un círculo. Es decir, si el índice de compacidad presenta valores mayores que la unidad, la cuenca será alargada y tendrá forma circular a medida que el índice de compacidad se aproxime a la unidad.”
B. Parámetros de relieve
B.1. Elevación media de la cuenca
“La variación altitudinal de una cuenca hidrográfica incide directamente sobre su distribución térmica y por lo tanto en la existencia de microclimas y hábitats muy característicos de acuerdo a las condiciones locales reinantes.
Constituye un criterio de la variación territorial del escurrimiento resultante de una región, el cual, da una base para caracterizar zonas climatológicas y ecológicas de ella. Este valor puede ser calculado usando la curva hipsométrica o el histograma de frecuencias altimétricas. La estimación por una media aritmética ponderada en el caso del histograma, o de la curva hipsométrica calculando el área bajo la curva y dividiéndola por el área total” (Ibáñez et. all, 2011).
B.2. Pendiente media de la cuenca
Según Gámez (2009) citado por Granda, A.(2018) “La pendiente de una cuenca constituye una característica importante, puesto que condiciona la velocidad del escurrimiento superficial y subterráneo y en un momento dado, predice la erosión que éste produce en función del uso y manejo que se puede dar al suelo de sus vertientes”.
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Para determinar la pendiente media de la cuenca se tiene varios métodos entre los que resaltan los criterios de Nash, Alvord y Horton.
Tabla N° 2: Clasificación del terreno según el valor de la pendiente Pendiente media (%) Tipo de Terreno
0-2 Plano
2 - 5 Suave
5 - 10 Accidentado Medio
10 - 15 Accidentado
15 - 25 Fuertemente accidentado
25 - 50 Escarpado
>50 Muy Escarpado
Fuente: Texto Básico de Hidrología, Ing. William R. Gámez Morales
C. Parámetros relativos a la red de drenaje C.1. Red de drenaje
Gámez (2009) citado por Granda, A. (2018) “La red de drenaje es una característica importante de cualquier cuenca y que interviene enormemente en la magnitud de los escurrimientos es la red de drenaje o sistema de drenaje, consistente en el número y trayectoria de los escurrimientos y su importancia radica en la eficiencia del drenaje de la cuenca, además la forma de drenaje es un indicador de las condiciones del suelo y de la superficie de la cuenca”.
“La red de drenaje se puede definir como la trayectoria, disposición o arreglo de los cauces y lechos por donde de manera superficial y aparente corre el agua excedente, producto de la precipitación hacia un depósito natural o artificial.” (Gamez, 2009)
“La red de drenaje, consta de una corriente principal y un sistema de corrientes tributarias de menor importancia. La configuración de las redes
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fluviales, es el producto de las influencias que tienen sobre ellas los suelos, las rocas, el grado de fracturación, estratificación y topografía.”
2.3.2. Cauces o álveos
Según la ley N° 29338, (2009). “El cauce o lecho fluvial es la parte de un valle por donde discurren las aguas en su curso: es el confín físico normal de un flujo de agua, siendo sus confines laterales las riberas…”
2.3.2.1. Componentes de un cauce
“A. Lecho: Es la superficie sumergida permanentemente de un cauce.”
“B. Riberas:” “Son las superficies laterales de un cauce, generalmente se encuentran parcialmente sumergidas; están comprendidas entre el nivel mínimo de sus aguas y el nivel de su máxima creciente.”
C. Planicies o faja Marginales: “Área inmediata superior al cauce o álveo de la fuente de agua, natural o artificial, en su máxima creciente, sin considerar los niveles de las crecientes por causas de eventos extraordinarios.”
Según A.N.A. (2013): “Las fajas marginales son de dominio público hidráulico, están conformadas por las áreas inmediatas superiores a las riberas de las fuentes de aguas naturales o artificiales”.
Figura 01. Esquema típico de la sección de faja marginal.
16
2.3.2.2. Niveles de agua transportados por un Cauce
A. Nivel mínimo de las aguas: “Nivel de las aguas, calculado o estimado en base a los niveles mínimos de los registros históricos considerando los periodos máximos de información disponible, o de la información disponible en la Unidad Hidrográfica.” (ANA, 2013)
B. Nivel de máxima creciente. “Nivel de las aguas durante su máxima crecida y en una sección transversal específica del cauce, arroyo, lago, laguna y reservorio; calculado o estimado por métodos directos o indirectos en función de la información existente en la Unidad Hidrográfica. No se considerarán las máximas crecidas por causas de eventos extraordinarios.
(ANA, 2013)
C. Nivel de Máximas extraordinarias: “Nivel que puede alcanzar un cuerpo de agua al transitar sobre él, la avenida extraordinaria. Esta avenida se establece de acuerdo a la envergadura, importancia y potencial de daños materiales o personales que podría originar el desborde del cuerpo de agua.”
(ANA, 2013)
2.3.2.3. Medidas de Corrección del Cauces
Olivos, V. y Contreras, J. (2018) establecen las siguientes medidas:
a) Rectificación de Cauces
“Una forma de disminuir los desbordamientos en una zona de riesgo, es la de aumentar la capacidad hidráulica del cauce principal de un rio utilizando la acción antrópica, lo cual es posible lograr rectificando en cauce de un tramo de él…” (Olivos, V. & Contreras, E., 2018).
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Continúan diciendo: “La rectificación del cauce de un rio, se podrá realizar construyendo los espigones, los dique marginales el cual se ampliará posteriormente debido a la capacidad de arrastre y erosión que tenga el agua que pase por la eje proyectada. Las dimensiones del cauce piloto dependerán del gasto y de las propiedades físicas del material que forman las paredes y fondo de dicho cauce”.
“Cuando se tiene un tramo en el que existen meandros, se puede hacer una canalización que debe tener la misma sección transversal del rio siempre en cuando en ríos pequeños, su capacidad hidráulica será mayor.”
b) Canalización de Cauces
“El término de canalización consiste en profundizar el cauce natural del rio.
Este esquema tiene como objetivo no solamente la protección contra inundaciones sino también la importancia de mantener un canal meandrico para proteger los recursos de pesca y la fauna acuática.”
“Para el diseño adecuado de las estructuras hidráulicas laterales se requiere diseñar el canal del rio tanto en su ancho, como forma en planta y profundidad.
Para minimizar el ataque de la corriente sobre las obras de estabilización y rectificación se recomienda que el alineamiento del rio consista en una serie de curvas.”
2.3.2.4 Protección Contra Inundaciones
“Los procedimientos para el control de una avenida extraordinaria debe entenderse fundamentalmente como una acción preventiva para evitar los desbordamientos e inundaciones del rio, y que es imposible controlarla.”
(Mamani, 2017)
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“La protección contra las inundaciones incluye, tanto las medidas estructurales, como los no estructurales, que dan protección o reducen los riesgos de inundación.”
Medidas Estructurales
“Incluyen las represas y reservorios, modificaciones a los canales de los ríos, diques y riberos, depresiones para desbordamiento, cauces de alivio y obras de drenaje. Para controlar las inundaciones, en riberos y mejoramiento al canal, incrementan la capacidad del río, aumentan su velocidad de flujo, o logran los dos efectos, simultáneamente. Las modificaciones al canal que se pueden realizar son: dragarlo para que sea más ancho o profundo, limpiar la vegetación u otros residuos, emparejar el lecho o las paredes, o enderezarlo;
todo esto ayuda aumentar la velocidad del agua que pasa por el sistema, e impedir las inundaciones. Al enderezar el canal, eliminando los meandros, se reduce el riesgo de que el agua rompa la orilla del río en la parte exterior de las curvas, donde la corriente es más rápida y el nivel es más alto”. (Mamani, 2017)
A continuación se explican las obras que permitan evitar los desbordamientos de ríos:
A.- Bordes Perimetrales
“Cuando una zona alcanza cierto grado de desarrollo que requiere proteger poblados u obras de importancia que se vean amenazados por inundaciones frecuentes, la tendencia natural es que los centros poblados se establezcan cerca de los ríos. La solución más común y explicita es rodearlos parcial o completamente por un borde perimetral. Este tipo de obras se utiliza cuando
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los medios económicos son escasos o en el caso de no haber estudios de una zona de un rio, ya que no afecta su escurrimiento.” (Flores, 2016)
B.- Obras de Desviación de Flujo
B.1 Desvíos Permanentes o Cauces de Alivio
“Esta solución consiste en desviar cierto volumen de agua del cauce principal y conducirlo mediante una canalización y/o descolmatación hacia otra más cercana.”
B.2 Desvíos Temporales
“Los desvíos temporales se pueden hacer cuando en los lados o márgenes del cauce en estudio, existen zonas bajas o algunas que pueden ser inundadas mientras dure una avenida. Este tipo de trabajo solo se realiza en épocas de avenida.”
C.-“Obras de Defensa en Márgenes de los Ríos”
“Para evitar totalmente o reducir la erosión lateral que se presenta en los márgenes de los ríos y con mayor frecuencia en las orillas exteriores de las curvas, se emplean espigones, muros y diques longitudinales.”
C.1.- Estructuras Laterales (Espigones)
“Son estructuras en forma de diques o pantallas interpuestas a la corriente y empotradas en uno de sus extremos a la orilla. Estas estructuras son usadas para encauzar ríos restableciendo anchos normales de cauce. El trabajo de los espigones consiste en alejar de la orilla, las líneas de corriente de un rio que llevan una velocidad fuerte. De esta manera se crean zonas de calma relativa entre espigón y espigón, los cuales se llenan poco a poco de sedimentos, hasta que forman una nueva orilla estable”. (Flores, 2016)
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Continua diciendo: “…Estas obras tienen la ventaja de que en conjunto continúe trabajando, aun cuando uno o dos de los espigones hayan sido socavados en sus extremos o destruidos y separados de la margen. De igual forma el costo de mantenimiento disminuye con el tiempo, aunque también tiene la desventaja de que disminuyen el área hidráulica, aumenta la rugosidad de las orillas y no se pueden utilizar en curvas de radio muy reducida…”
C.1.1.- Tipos de espigones
C.1.1.1.- Espigones Convergentes
“Son estructuras que se construyen con dirección hacia aguas abajo con respecto al eje y flujo del rio. Son usados cuando se requiere alejar la corriente de agua de una orilla o curva fuertemente erosionada, o para desviar la corriente hacia la orilla opuesta”. (Flores, 2016)
C.1.1.2.- Espigones Perpendiculares
“Son estructuras perpendiculares al eje del rio y son usados en tramos rectos y de cauce muy ancho. Tienen la finalidad de disminuirla energía cinética del rio con la consecuente sedimentación de finos y consolidación de una nueva ribera. Su uso es conveniente solo en cauces con pendientes y velocidades no muy pronunciadas, debido al impacto de los sólidos de arrastre y la fuerte erosión que podría producirse”. (Flores, 2016)
C.1.1.3.- Espigones Divergentes
“Son estructuras que se construyen con dirección hacia aguas arriba con respecto al flujo y eje del rio. Su uso es para lograr que se depositen los materiales que arrastra el agua, debido a que la fuerza de la corriente sobre el
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espigón se ve frenada por la descomposición de velocidades provocadas por la ubicación de dicho espigón.” (Flores, 2016)
C.1.2 Análisis de Estabilidad del Espigón
Los espigones son estructuras de gravedad al igual que los gaviones y su diseño sigue la práctica standard de la ingeniería. Es necesario conocer las condiciones del terreno sobre la cual van sustentadas.
Los parámetros de los espigones tanto aguas arriba como aguas abajo son de gradería, estimados para ofrecer resistencia, seguridad y economía.
Obviamente se exige las comprobaciones al volteo, al deslizamiento y a los esfuerzos de deformación del suelo.
C.1.2.1 Falla por Volteo
“El factor de seguridad mínimo contra la posibilidad de volcamiento es la relación entre los momentos que resisten el volteo y los momentos que producen el volteo alrededor del extremo aguas abajo de la estructura.”
(Mamani, 2017)
“Se debe buscar que la resultante de las fuerzas actuando en la estructura debe caer dentro de la mitad del tercio de la base de la estructura, con la finalidad de proveer seguridad contra los volcamientos. Esta ubicación de la resultante también provee de una presión de soporte más uniforme”. (Mamani, 2017)
“Se dice que un muro es estable al volteo cuando su Coeficiente de Volteo es mayor o igual a 2.”
𝐹. 𝑉 = ∑ 𝑀𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛 𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑒𝑜
∑ 𝑀𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑒𝑜≥ 2
22 C.1.2.2 Falla por Asentamiento
“Para determinar la falla por asentamiento del terreno, se ha considerado calcular la capacidad portante del terreno, la cual no debe ser menor que las reacciones del suelo mediante el Método de Terzaghi con los criterios de falla local para suelos finos compuestos por arcilla, arena, grava y limos de baja compresibilidad, considerando además, la estructura como cimiento corrido.”
(Mamani, 2017)
“Los esfuerzos del suelo se encontraran ubicando la posición del resultante dado por la siguiente fórmula:”
𝑏 =∑ 𝑀𝑣 − ∑ 𝑀ℎ
∑ 𝑊
“Cuando b toma valores que se encuentran ubicados en el tercio central (b – L/2), donde L es el ancho de la base de la estructura; se utilizarán las siguientes fórmulas para el cálculo de los esfuerzos:”
𝜎𝑒1 =∑ 𝑊(4𝐿 − 6𝑏) 𝐿2 𝜎𝑒2 =∑ 𝑊(6𝑏 − 2𝐿)
𝐿2
Debiendo cumplirse que σe<qa donde:
σe: es el mayor esfuerzo encontrado.
qa: es la carga admisible del terreno.
Cuando “b” toma los valores ubicados en el límite del tercio central, se aplica la siguiente fórmula:
𝜎𝑒1 =2 ∑ 𝑊 𝐿
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Cuando “b” toma valores ubicados fuera del tercio central, se aplicarán la siguiente fórmula:
𝜎𝑒1 =2 ∑ 𝑊 3𝑏
C.1.3 Localización y Trazo del Eje del Río en Planta
“Al proyectar una defensa, ya sea respetando la orilla actual o bien una nueva margen, al momento de hacer una rectificación de cauce del rio se requiere trazar en planta el eje del río, sus curvas a nivel y en las orillas delinear una frontera paralela a dicho eje, a la cual llegarán los extremos del espigón.”
(Mamani, 2017)
“Cuando se trata de una rectificación de cauces, conviene en lo posible que los radios de las curvas medidos hasta el eje del río, cumplan con la siguiente relación:”
2.5B ≤ R ≤ 8B
Dónde:
B: Ancho medio de la superficie libre (m).
R: Radio de la curva (m).
“Cuando una curva por proteger es uniforme, es decir; con radio de curvatura único, todos los espigones tendrán la misma longitud, el mismo ángulo de orientación y la separación entre ellos es uniforme.”
“Al proteger un tramo completo, los primeros tres espigones aguas arriba deben tener longitud variable. El primero, será el de menor longitud (igual al tirante), el segundo y tercero aumentan uniformemente, de tal manera que el cuarto ya
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tenga la longitud del proyecto. La pendiente longitudinal de la corona debe ser uniforme en todos ellos.” (Mamani, 2017)
C.1.4 Longitud de los Espigones
“La longitud total de un espigón, se divide en una longitud de anclaje o empotramiento y una longitud de trabajo. La primera se encuentra dentro de la margen y la segunda dentro de la corriente”. (Mamani, 2017)
“La longitud de trabajo (Lt) medida sobre la corona se determina independientemente y debe estar dentro de la siguiente relación:”
D ≤ Lt ≤ B/4
Dónde:
D: tirante medio.
B: ancho medio del cauce (m).
Lt: longitud de trabajo (m).
“Cuando existe una población cercana a la margen, el espigón siempre deberá llevar anclaje y/o empotramiento. Por razones económicas, conviene que la longitud de anclaje sea la menor posible.”
C.1.5 Separación entre Espigones
“Se mide en la orilla entre las puntas de arranque de cada uno, depende principalmente de la longitud del espigón aguas arriba. Para calcularla se toma en cuenta la inclinación del espigón respecto a la orilla aguas abajo y la aplicación teórica de la corriente al pasar por el extremo del espigón. El ángulo de esa ampliación es de 9º a 11º.” (Felices, 2015)
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C.1.5.1 Separación en Tramos Rectos
“Cuando se requiere construir espigones en tramos rectos sin empotramiento en la margen, la separación (Sp) entre sus arranques deberá ser:”
En función del ángulo: Separación (Sp):
90º a 70º (5.10 a 6.30)Lt, (5.20 a 6.40)
60º (5.0 a 6.00)Lt, (5.70 a 6.90)
C.1.5.2 Separación en Curvas
“Conviene controlar la gráficamente. Si la curva es regular y tiene un radio de curvatura único, la separación que se ha probado con buenos resultados es (2.50 a 4.00)Lt. Si la curva es irregular con un radio de curvatura pequeño, la separación entre espigones necesariamente debe hallarse en forma gráfica. Al mismo tiempo quedan fijados sus longitudes y ángulos de orientación.”
(Felices, 2015)
C.1.6 Orientación de los Espigones
“Los espigones pueden estar dirigidos hacia aguas abajo o hacia aguas arriba, o también ser normales a la corriente. La orientación de los espigones se mide por el ángulo que forma el eje longitudinal del mismo con la tangente a la orilla, hacia aguas abajo, en el punto de arranque”. (Mamani, 2017)
“En un tramo recto o en una curva regular, conviene que los espigones formen ángulo de 70º con la dirección de la corriente. Si la curva es irregular, más aún, si tiene un radio de curvatura menor de 2.5B; los ángulos de orientación serán menores de 70º y pueden alcanzar valores de unos 30º.” (Felices, 2015)
26 C.1.7 Permeabilidad del Espigón
“Si se utiliza espigones para reducir la velocidad de la corriente en una zona que se desea rellenar con el material arrastrado por el rio y formar una margen, conviene que estos sean permeables para que el agua cargada de sedimentos pase entre ellos y al reducir su velocidad depositen dichos materiales.”
(Quispe, 2017)
Por otro lado, el espigón conviene que sea impermeable cuando esté permanente dentro del cauce, a fin de alejar la corriente lo más efectivo posible de la orilla.
C.1.8 Materiales de Construcción para los Espigones.
“Los espigones se pueden construir con una gran variedad de materiales como madera, troncos, ramas de árboles, piedras, elementos prefabricados de concreto, acero y alambre. Los más usados en el medio nacional son los tablestacados y los construidos con enrocamiento ya sea colocado suelto o dentro de gaviones.”Por experiencias, se ha reconocido que en defensas con espigones, el mejor sistema para evitar el daño entre ellos, es darles una dirección contraria a la corriente para un mejor acomodo. (Quispe, 2017)
“Los procedimientos de construcción varían de acuerdo con el material, equipo de construcción disponible, lugar y estudio del rio en la zona. Los espigones y muros longitudinales pueden hacerse con material del lecho del rio, gaviones o enrocamiento pesado.” (Flores, 2016)
“Este tipo de obras permiten evitar por completo los corrimientos laterales de los márgenes, tanto en tramos rectos como en las curvas más forzadas.”
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“Tienen la desventaja de falla al arranque o inicio de la obra, por el peligro de destrucción que se presenta al pie del talúd por efecto de la socavación, por lo que es necesario diseñar un enrocamiento (uña) al pie del talud del muro, que no permitirá su deslizamiento.” (Flores, 2016)
“Los muros deben revisarse periódicamente, sobre todo después de la época de avenidas para reparar cualquier parte socavada o erosionada. Se debe tener en cuenta que si falla una parte del muro, se pone en peligro toda la obra.”
C.1.8.1 Muros de Concreto
“Pueden ser de concreto armado o concreto ciclópeo. Los muros de concreto armado se construyen con reforzamiento de fierro de 3/8 y amarre de μ. Se emplea generalmente en puentes, zonas urbanas, etc.”Los muros de concreto ciclópeo se construyen con dosificaciones de 1:3:6 y 3 0% de piedra grande con
“dimensiones de 0.50 a 1.00 m. en su base mayor, y de 0.30 a 0.70 m. en su base menor, con una altura 1.80 a 3.00 m.”Su costo es alto y su diseño debe ser cuidadoso. (Barzola, 2017)
C.1.8.2 Muro de Material de Lecho de Rio
“Construido con material extraído del lecho del río, sus dimensiones varían de 10.00 a 14.00 m. en su base mayor, de 3.00 a 4.00 m. en su base menor (corona) y de 3.50 a 4.50 m. de altura. Son obras costosas”. (Barzola, 2017)
C.1.8.3 Muro de Material de Rio Enchapado con Roca
“Es un muro con material del lecho del río, reforzado con roca pesada de cantera en su talud mojado (interior). Este tipo de defensa también puede llevar en su conformación material de afirmado, el cual le da mayor consistencia y están
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protegidos para la socavación al pie del talud interior y a una profundidad aproximada hasta 2.00 m. de una base de roca pesada comúnmente llamada uña.
De igual forma son obras costosas”. (Barzola, 2017)
C.1.8.4 Enrocado Pesado
“Son obras construidas con roca pesada de cantera de buena calidad, las rocas están entre diámetros de 0.70 a 1.20 m. y con un peso de hasta de 2.50 ton/m3.
Generalmente su forma es trapezoidal.”
C.1.8.4.1 Diseño de un Enrocado
“Para realizar un diseño de enrocado se toma en cuenta diferentes factores como, evaluación de infraestructuras de riego y drenaje de áreas agrícolas, infraestructuras viales (puentes, caminos, etc), abastecimiento de agua para la población, etc.; es decir todas las estructuras sujetas a erosión en función a máxima avenidas”. (Mamani, 2017)
C.1.8.4.2 Características de la Roca
Según Casafranca, J. (2005) citado por Olivos, V. y Contreras, J. (2018) establecen las siguientes características:
“Las piedras que serán usadas en el enrocado, deben tener características como:
ser duras, durables en forma angulares en lo posible, resistente a los temporales y acción del agua, libre de sobrecarga, escombros, limos y arcillas o material orgánico y reunir las especificaciones de graduación. Las piedras que contienen diferentes materiales encima como, polvo, tierra y arcillas, tienen que ser lavadas antes de usarse. Las especificaciones para piedras usadas en enrocados, incluyendo el peso específico, forma, dureza y durabilidad…”
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La durabilidad de la roca se determina mediante los siguientes ensayos:
Prueba de abrasión de los Ángeles (AASHTO Test T-96): 40% para 500
revoluciones.
Sulfato de sodio (AASHTO Test T-104): <10% después de 5 ciclos
C.1.8.4.3 Diseño de Peso del Enrocado
Casafranca, J. (2005) citado por Olivos, V. y Contreras, J. (2018) mencionó que en los enrocados, la estabilidad de las rocas utilizadas están en función de:
“Dirección de la velocidad del cauce y Magnitud.”
“El ángulo de talud de la ribera.”
“Características de las piedras incluyendo la geometría, angularidad y gravedad específica.”
“Para el diseño del peso de la roca se tiene varias fórmulas, entre las más comunes tenemos:”
Fórmula de R.A. Lopardo
“Lopardo utilizó una formula el cual fue mencionado en una publicación en el VII congreso Latinoamericano de Hidráulica (Chile), donde llega a la expresión siguiente:”
Dónde:
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D=Diámetro de partículas uniformes (m) V=Velocidad media del flujo (m/s)
Ɵ = Angulo del talud respecto a la horizontal Ø = Angulo de reposo del material
d = Profundidad de escurrimiento (m) ts = Peso específico de las partículas (kg/m³) tw= Peso específico del fluido (kg/m³) Fórmula de California
Propone calcular el tamaño del enrocado de la siguiente manera:
Donde:
W= Peso mínimo del enrocado (kg) V = Velocidad media (m/s)
0= Angulo del talud respecto a la horizontal Ø = Angulo reposo del material
“La relación anterior permite calcular el peso mínimo para que el enrocado de la cara húmeda no sea dañada.”
Fórmula de Maynord
“Desarrolla el cálculo del diámetro de la roca en función al diámetro medio, usando constantes según el talud y según la forma en planta del río. Utiliza la siguiente expresión:”
31 Donde Valores de C1
Fondo Plano = 0.28 Talud 1V:3H = 0.28 Talud 1V:2H = 0.32 Donde Valores de C2 Tramo en curva = 1.50 Tramos rectos = 1.25
En el extremo de espigones = 2.00
Medidas No Estructurales
“Consiste en el control del uso de los terrenos aluviales mediante zonificación, los reglamentos para su uso, las ordenanzas sanitarias y de construcción, y la reglamentación del uso de la tierra de las cuencas hidrográficas.”
“Las medidas no estructurales para controlar las inundaciones, tienen el objetivo de prohibir o regular el desarrollo de la zona aluvial, o la cuenca hidrográfica, o proteger las estructuras existentes, a fin de reducir la posibilidad de que sufran pérdidas debido a la inundación. Al igual que toda medida preventiva, son menos costosas que el tratamiento (es decir, la instalación de las medidas estructurales necesarias para controlar las inundaciones). Esencialmente, las medidas no estructurales son beneficiosas, porque no tratan de regular el modelo natural de inundación del río. La filosofía actual de muchos planificadores y fomentadores de políticas, es que es mejor mantener los terrenos aluviales sin desarrollo, como áreas naturales de desbordamiento. Sin embargo, si existe
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desarrollo en la zona aluvial, se deberá utilizar control no estructural, conjuntamente con las medidas estructurales. Las medidas no estructurales pueden ser efectivas en el grado en que el gobierno sea capaz de diseñar e implementar el uso adecuado del terreno.” (Alvaro Aguilar & Hernriquez Fasanando, 2014)
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III. MATERIALES Y METODOS
3.1 Descripción de la zona de estudio 3.1.1 Ubicación del Proyecto
Figura 02. Microlocalización del Proyecto
Ubicación Política
Figura 03. Ubicación Política del Proyecto
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Departamento : Piura
Provincia : Morropón - Chulucanas
Distrito : Morropon
Caseríos : Huaquilla y Polvazal
Ubicación Geográfica
El terreno en donde se encuentran los pozos se encuentra al Sur de la línea ecuatorial y al lado Occidental del meridiano de Greenwich, en el sistema UTM WGS-84, se ubica en la zona 17S. En los Anexos se puede apreciar el mapa de ubicación.
Tabla N°03. Ubicación georeferenciada del Proyecto
CAUCE LONGITUD
(m)
PUNTO ESTE NORTE PROGRESIVAS Río La Gallega 450 Inicio 613903.565 9423990.007 0+000
Fin 613636.653 9423636.571 0+450 Río Corral del
Medio
4,000 Inicio 614050.153 9423678.057 0+000 Fin 610587.295 9423167.396 4+000
Ubicación Hidrográfica
El proyecto se encuentra ubicado en la cuenca del rio Corral del Medio.
Figura 04. Ubicación Hidrográfica del Proyecto
35 3.1.2 Vías de Acceso
Debido a la extensión del proyecto, existen varios accesos a diferentes sectores de este.
A continuación, se describen los accesos más importantes al área del proyecto.
Para el acceso al proyecto se realiza desde los centros poblados que se encuentran aledaños al río, para llegar a estos hay que acceder a través de carretera pavimentada.
Partiendo desde el distrito de Chulucanas, saliendo por la Av. Ramón Castilla, con dirección a Piura se llega al cruce del Km 50, desde allí se toma el desvío a la mano izquierda por la carretera 1NJ, así se llega hasta el desvío a Morropón, tomando este desvío hacia la mano izquierda por la carretera 2A. Por esta ruta y se llega a los caseríos Huaquillas y Polvazal lugar donde se plantea ejecutar el proyecto. Desde aquí es posible acceder a los tramos del estudio a través de trochas carrozables que se encuentran en la zona con recorridos estimados de 2Km en promedio.
El tiempo total estimado desde Chulucanas hasta el área del proyecto, es aproximadamente 50 minutos por carretera pavimentada como se muestra en el cuadro a continuación:
Tabla N°04. Ruta de acceso al área del proyecto
Ruta Tipo de Vía Distancia Tiempo de Recorrido
(horas : min) Chulucanas – Morropon Pavimentada 48 km 0.40 Morropon – Área del
proyecto.
Trocha 2 Km 0:10
TOTAL 0:50
3.2 Estudio Topográfico
Previo a la ejecución de los trabajos topográficos, se realizó un reconocimiento general del Área de Estudio. Además se procedió al reconocimiento y ubicación mediante GPS Garmin 64s de las obras existentes. Posteriormente el estudio topográfico consistio en dos fases: Campo y Gabinete
36 Fase de Campo
La ejecución de los trabajos de Topografía, se han realizado en base de una poligonal abierta. Las coordenadas obtenidas en campo para la georreferenciación e inicio del proyecto se obtuvieron mediante GPS Diferencial (SinoGNSS By ComNav Technology Ltd.), la cual sirvió para georreferenciar la Estación Total TOPCON ES 105 S y dar inicio al Levantamiento Topográfico. En los trabajos realizados se obtuvieron varias coordenadas, las mismas que una vez establecidas dentro de las líneas bases del estudio, permitieron establecer la línea base, las cuales estarán ligadas al sistema de coordenadas UTM en el sistema WG84. Se tomaron los puntos necesarios para el levantamiento Topográfico con los detalles con que cuenta ese tipo de terreno, por ello se les asigna a estos como puntos de altimetría, además se procedió al monumentado de los BM´s. Los instrumentos utilizados se detallan a continuación:
GPS Diferencial (SinoGNSS By ComNav Technology Ltd.).
01 Estación Total marca TOPCON, modelo ES 105.
3 Prismas con sus respectivos bastones Marca TOPCON.
Implementos de seguridad.
GPS Garmin 64s.
01 wincha metálica de 60m
01 camioneta 4 x 4 Doble Cabina
Fase de Gabinete
La información recopilada en el campo ha sido procesada con el software AutoCAD Civil 3D 2019 y Microsoft office Excel 2010, los cuales necesitan como datos las coordenadas UTM y sus respectivas cotas, las poligonales de apoyo planimétricos y altimétricos, todos se encuentran debidamente monumentados.
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Los trabajos de gabinete básicamente se refieren al procesamiento de los datos obtenidos en campo para la realización de los planos topográficos, los cuales sirvieron como plantillas iníciales para luego proceder a su diseño definitivo.
Concluidos los cálculos de las poligonales se procedió a la elaboración de los planos. Primero se procedió a crear una Malla Irregular de Triangulación (TIM:
Triangulared, Iregulared Net Word); seguidamente se realizó la interpolación de las curvas de nivel, generándose la elaboración de los planos con sus respectivas curvas topográficas.
3.3 Estudio de Suelos
Se realizó las exploraciones de 10 calicatas a una profundidad de 2 m. La ubicación de cada una se observa a continuación:
Figura 05. Ubicación de calicatas
“Todas estas muestras fueron extraídas para ser procesados y determinar sus características Físicos Mecánicos en el Laboratorio de Mecánica de Suelos. Se consideró el tipo de muestras extraídas, en función de las exigencias que deberán atenderse en cada caso, respecto del terreno que representan.”
Ensayos en laboratorio
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“De las muestras representativas seleccionadas se realizaron los ensayos estándar de laboratorio, siguiendo las Normas de Ensayo de la American Society for Testing Materials (ASTM) y según el SUCS, la identificación y clasificación de suelos.”
Se realizaron los siguientes ensayos de las muestras extraídas:
Contenido de Humedad (ASTM D2216)
Análisis Granulométrico por Tamizado (ASTM D422).
Capacidad Portante (ASTM D424)
Clasificación SUCS (ASTM D2487).
“Todos estos ensayos se utilizaron posteriormente en la confección de los perfiles estratigráficos correspondientes a cada calicata respectivamente.”
3.4 Estudio Hidrológico
A) Parámetros Geomorfológicos de la Cuenca a.1) Área de la Cuenca
Es importante determinar el área de las cuencas de estudio, ya que de este parámetro podrán depender el tipo de metodologías de cálculo a utilizar para la obtención de ciertos parámetros propios de cada cuenca, por ejemplo, el tiempo de concentración. Además, el área de la cuenca nos brinda la posibilidad de clasificar cada una de ellas de acuerdo a su tamaño, para ello se ha recurrido (a falta de normatividad nacional) al Centro Interamericano de Desarrollo Integral de Aguas y Suelos citado por Aguirre (2007), que clasifica a las cuencas por su tamaño de la siguiente manera:
Sistema hidrográfico (+ de 300.000 ha)
Cuencas (60.000 - 300.000 ha)
Subcuencas (10.000 - 60.000 ha)
Microcuenca (< 10.000 ha)
39 a.2) Longitud del Cauce Principal
En cualquier confluencia, el curso principal será siempre aquel que posea la mayor área de drenaje. Esta longitud ha sido calculada teniendo en cuenta la información disponible de la carta nacional y la red hidrográfica.
a.3) Perímetro de la Cuenca
Este perímetro ha sido calculado teniendo en cuenta la información disponible de la carta nacional y la red hidrográfica.
a.4) Forma de la Cuenca
Coeficiente de Compacidad – Índice de Gravelius.
“…Establece la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una circunferencia de área equivalente a la superficie de la cuenca correspondiente. Este índice representa la forma de la superficie de la cuenca, según su delimitación, y su influencia sobre los escurrimientos y el hidrograma resultante de una precipitación…”
(López Cadenas de Llano & Mintegui Aguirre, 1987).
Continua diciendo: “De otra manera, este índice se basa en la comparación con una cuenca ideal de forma circular con sus cauces dispuestos radialmente y que desembocan en el punto central…”. Se expresa mediante la siguiente ecuación:
𝐾𝑐 = 𝑃
2√𝜋𝐴 Donde:
Kc: Coeficiente de Compacidad
P: Perímetro de la cuenca en Km
A: Área de la cuenca en Km2.
“Cuando el valor de Kc tienda a uno, la cuenca tendrá una forma casi circular. Esto significa que las crecientes tendrán mayor coincidencia debido a que los tiempos de
