Informe Hidráulica y Drenaje v2
íNDICE INFORME HIDRáULICA Y DRENAJE
1.1INTRODUCCIóN (1)
1.2M ETODOLOGíA (1)
1.2.1ASTER (1)
1.3RíOS CONSIDERADOS (2)
1.3.1R IO M ANIQUI (2)
1.3.2RíO C URIRABA Y C URIRABITA (3)
1.3.3RíO M ATOS (5)
1.3.4RíO C HEVEJECURE (6)
1.3.5RíO M OSERUNA (8)
1.3.6RíO C UBERENE (9)
1.3.7RíO A PERE (10)
1.4S IMULACIóN H IDRáULICA (11)
1.5V ULNERABILIDAD DE LA I NUNDACIóN (14)
1.6I NCREMENTO DE DENSIDAD DE ALCANTARILLAS (19)
1.7C ONCLUSIONES (28)
INFORME DE REVISIóN Y COMPLEMENTACIóN DE
HIDRáULICA Y DRENAJE
1.1 INTRODUCCIóN
La administradora Boliviana de Carreteras (ABC), con el fin de permitir y garantizar la circulación vehicular que vincula al departamento del Beni con el Departamento de La Paz, ha dispuesto la: “REVISIóN, COMPLEMENTACIóN, VALIDACIóN DEL ESTUDIO A DISE?O FINAL Y SUPERVISIóN TéCNICA, AMBIENTAL DE LA CONSTRUCCIóN CARRETERA: SAN BORJA – SAN IGNACIO DE MOXOS”
Es de mucha importancia la vinculación carretera del país, en forma estable y permanente; para ello se requiere de la realización de un estudio del comportamiento de las crecidas en el tramo establecido y las razones de sus constantes rebalses de los ríos de la llanura beniana, las velocidades de escorrentía en los cauces naturales así como del rebalse en las pampas.
Dentro del contexto antes se?alado, este documento presenta los análisis Hidráulicos, el cual es acompa?ado por dos secciones adicionales, presentadas en textos separados, en las cuales se desarrolla tanto un estudio de la hidrología e hidráulica regional, como un análisis de la geomorfología del río, los que a tiempo, colaboran fuertemente a la comprensión del funcionamiento específico y local del río.
Este informe es presentado a los treinta (30) días calendario de la recepción de la Orden de Proceder, conteniendo un cronograma detallas de actividades ajustado a la fecha de la Orden de Proceder, indicando como se propone ejecutar y concluir el servicio. En este informe inicial también se detalla sobre el estado de revisión de la parte Técnica y revisión de la Auditoría en Seguridad Vial.
1.2 METODOLOGíA
El presente estudio toma en cuenta la simulación hidráulica realizada por CONAL en base a una simulación hidráulica en HEC-RAS. Sin embargo se realizaráuna validación de los resultados utilizando modelos de elevación digital (MED) e información actualizada sobre modelos de inundación globales.
Al margen de esto, se determinóen base a la información reunida en campo y mediante determinación de puntos críticos hallados en la zona. Este resultado valida los anteriores estudios y complementa la información descrita para un ajuste en el dise?o realizado.
1.2.1 ASTER
Para la realización del mapa de pendientes se utilizóun Modelo de Elevación Digital de 30 m de resolución espacial, creado a partir de imágenes captadas por el Advanced Spaceborne Thermal Emision and Reflection Radiometer (ASTER), a cargo de la NASA y la agencia espacial japonesa.
A fin de focalizar el estudio se seleccionóun área considerable que se compone de seis escenas ASTER, que componen y cubren la totalidad del tramo con un área a manera de excedencia tanto aguas arriba como aguas abajo.
El mapa de pendientes representa la disposición del cambio altitudinal de manera estadística en el terreno, esto en forma de números digitales por medio de un conjunto de puntos con coordenadas x,y,z respecto a un sistema de georreferenciación conocido.
Conceptualmente, la herramienta ajusta un plano a los valores z de una vecindad de celdas de 3 x 3 alrededor de la celda de procesamiento o central. El valor de pendiente de este plano se calcula mediante la técnica de promedio máximo. La dirección a la que apunta el plano es la orientación para la celda de procesamiento. Mientras menor sea el valor de la pendiente, más plano será el terreno; mientras más alto sea el valor de la pendiente, más empinado será el terreno.
En la figura anterior se puede observar que las pendientes en el área del proyecto difícilmente superan al 30% y en su mayoría se cuenta con pendientes del rango del 10%. Esta presencia baja de pendientes en la zona de estudio es una de las causas de los altos tiempos de tránsito existentes que causan la prolongación de las inundaciones en la zona.
Debido a que los datos ASTER son actualizados constantemente, la determinación de los errores o correlación de la información no ha sido determinada, sin embargo, para el presente estudio, al realizar un análisis de toda la zona de proyecto, la resolución del mismo fue ajustada en base a la topografía base.
1.3 RíOS CONSIDERADOS
1.3.1 RIO MANIQUI
El rio Maniqui nace en las estribaciones de los andes del departamento del Beni, recorre 317 kilómetros hasta pasar a denominarse río Rapulo y desembocar en el rio Yacuma. Tiene un ancho promedio de 150 m. A la salida de la localidad de San Borja el meandro del rio se encuentra a 170 m del camino y 180 m de San Borja.
1.3.2 RíO CURIRABA Y CURIRABITA
La zona por la que estos ríos cruzan por el tramo, es susceptible a inundaciones recurrentes, sin embargo, debido a que los cauces de estos ríos normalmente son definidos y de un ancho menor a los 50 metros.
La confluencia de los mismos se produce a 5 Km del tramo aproximadamente, lo cual genera un área de inundación que no afecta al tramo de manera directa, sino simplemente desborde, es asíque muchas veces en las alcantarillas de esta zona se produce un efecto de reflujo por excedencias.
Los puentes en esta zona no presentan un da?o excesivo y los anclajes se encuentran en buenas condiciones.
Las zonas colindantes sufren un deterioro normal durante las inundaciones, tomando en cuenta que las inundaciones en el sector son producidas en su mayoría por la existencia de excedencias en la confluencia aguas debajo de ambos ríos.
1.3.3 RíO MATOS
En este rio se tiene un meandro que se acerca a unos 100 m del camino. Sin embargo, vale notar que se observan antiguos tramos que muestran la dinámica de dicho rio. La naturaleza meándrica del mismo es causada en parte por las bajas pendientes de terrenos circundantes.
El principal problema es, como se ve en la siguiente fugura, que el curso del río cruza de manera oblicua al eje de la vía, y debido a este fenómeno, durante crecidas es uno de los sectores que más son afectados por las crecidas e inundaciones.
1.3.4 RíO CHEVEJECURE
El río Chevejecure presenta un cauce bien definido, sin embargo el mismo está ubicado en una zona con alta presencia de cobertura vegetal y desemboca 4.7 Km aguas abajo en una laguna natural.
Este río presenta inundaciones esporádicas en áreas circundantes, sin embargo debido a su cauce, definido y a su posterior desembocadura, la afectación al tramo no es determinante, siendo la misma por afectaciones de reflujo una vez que el nivel freático de toda la zona se incrementa.
1.3.5 RíO MOSERUNA
El río Moseruna marca el comienzo de la zona de bajíos que atraviesa el tramo el mismo tiene se acerca al tramo a menos de 100 m.
En el mismo se observa un comportamiento meándrico tanto aguas arriba como aguas abajo del puente que atraviesa el tramo. Este sector se cuencuentra normalmente afectado por inundaciones en la zona que cubren extensiones de terreno.
1.3.6 RíO CUBERENE
El río Cuberene discurre de manera meándrica, alimentado muchas veces por cauces auxiliares, sin embargo estos cauces son conducidos a través de la carretera mediante alcantarillas de luces de hasta 12 metros. El mismo está ubicado en cercanías a la población de Santa Ana de Aguas Negras. Su cauce está bien definido y llega a medir hasta 50 metros en cercanía al puente y su respectivo meandro.
1.3.7 RíO APERE
El río Apere discurre en cercanías a la población de Puerto San Borja, esta es la zona más sensible del tramo, debido a que por las características meándricas del mismo, este muchas veces afecta de manera drecta a la población.
El meandro del río apere según las imágenes satelitales y el MED es producido por la baja pendiente y se acerca a menos de 50 metros de la carretera, sin embargo en el nuevo dise?o se ha visto considerar un cambio en el trazo del mismo, precautelando este fenómeno y dando una mayor separación.
1.4 SIMULACIóN HIDRáULICA
Para el estudio de supervisión, debido a que no se cuentan con datos más detallados acerca de caudales producidos se valida la información del Estudio de CONAL.
Periodo de retorno Caudal Nota
1.33 1170 Inundación moderada
5 1740 Inundación mayor
10 1978 Inundación extraordinaria
30 2345
(Fuente: https://www.360docs.net/doc/578027694.html,/SiteDisplays/1151.htm) T ABLA-1:R ELACIóN DE áREAS DE LOS RíOS CONSIDERADOS CON V.Z ELADA
Puntos área de aporte [km2]
V. Zelada 2732.7
Rio Maniqui 2116.7
Rio Matos 807.9
Rio Caribaba 776.1
Rios Cuverene, Apere 2497.6
Tijamuchi (Incluye Senero) 2929.4
T ABLA 2:C AUDALES ASUMIDOS EN LOS RíOS CONSIDERADOS
Rio Caudal [m3/s]
Maniqui 1816
Matos 693
Cariaba 665
Cuverene 1071
Apere 1071
Senero 838
Adicionalmente se consideróla adición de los datos provenientes del estudio de cambio climático, utilizando el modelo IBER para generar la simulación en la zona de proyecto.
La evaluación del funcionamiento de obras de drenaje dise?adas para el tramo vial analizado, requiere de la consideración de aspectos particulares propios de la zona de estudio. Esto implica el tomar en cuenta las características de la dinámica de las aguas en el proceso de inundación de las tierras bajas en la Amazonía boliviana.
Se debe tomar en cuenta que para el análisis correspondiente, el enfoque tradicional de la hidrología para el dise?o de obras de drenaje en carreteras, puede no ser el más adecuado y cuyo resultado pueden no ser representativos del comportamiento real.
En un estudio de convencional, las obras de drenaje tienen el objetivo de drenar las aguas en función de un sentido de flujo que dependerá de las características de la cuenca de aporte y el cauce principal correspondiente. Es decir que usualmente se define un sentido de flujo único al cual, a partir de un modelo hidrológico Precipitación-Escorrentia, se le asignan los correspondientes caudales de dise?o para diferentes periodos de retorno. (CATIE, 2017)
No obstante al considerar una “Llanura de Inundación”, como es el caso de la Amazonía boliviana en el sector de emplazamiento del tramo vial analizado, ya no hablamos de cauces específicos sino de láminas de agua de inundación. Es decir que se debe considerar una lámina de agua que produce anegamientos, la cual fluctúa verticalmente afectando tramos a lo largo de la carretera. Por lo tanto, el pretender simular niveles de inundación a través de modelos o métodos clásicos usados en hidrología, puede no ser fructífero y más bien provocar equivocaciones en las interpretaciones.
Las tierras bajas de Bolivia, al ser una vasta llanura cuyas nacientes comienzan en la cadena monta?osa de la Cordillera Real de Bolivia. Estas llanuras tienen una cuenca de aporte, de tales dimensiones, que pretender modelarla numéricamente puede no ser el camino más óptimo debido a la gran cantidad de información requerida para la parametrización.
Para el presente estudio se ha considerado una metodología diferente para evaluar la pertinencia del tipo de obra y dimensiones que fueron propuestas en el estudio original frente a las características de la dinámica del agua en la zona de proyecto. (CATIE, 2017)
Los datos de análisis fueron los estudios del proyecto vial Yucumo –San Borja –San Ignacio de Moxos (Tramo I de 53km y Tramo II de 50km aproximadamente [Fuente: Planos, Evaluación del Dise?o de Ingeniería del Tramo Yucumo - San Borja –San Ignacio de Moxos y Adecuación a las Condiciones Actuales, CONNAL, AGO 2014 y Planos, Actualización y Complementación del Estudio del Proyecto de Pre inversión de la Carretera San Borja –San Ignacio de Moxos, CONNAL, SEP 2016]).
En análisis de las obra dise?adas en el proyecto original, frente a eventos de inundación, requiere previamente de la identificación de zonas afectadas durante eventos extremos. Para la identificación
de dichas zona de afectación se utilizóinformación proveniente de imágenes satelitales, la cuales lograron registrar las áreas de inundación en dichos eventos.
Según las series históricas de información pluviométrica, se identificó que el evento del a?o 2014 se constituye en el máximo evento registrado durante el periodo de monitoreo (desde 1990). Es así que para el análisis se consideró la situación más crítica correspondiente al evento de 2014.
Gráfico 1. Ejemplo de evaluación de funcionamiento de obras en base a la identificación de niveles de inundación en base al evento tipo de 2014
Fuente: (CATIE, 2017)
No existe ningún tipo de registro que dé cuenta de los tramos de la carretera que se vieron afectados durante esta oportunidad. No obstante esta información puede ser obtenida de forma indirecta. Para tal efecto el procedimiento empleado fue delimitar las manchas de inundación que se observan en las imágenes satelitales de manera de conocer las zonas de influencia de la inundación de extrema de referencia.
Una vez digitalizadas estas zonas de influencia, se sobrepuso el trazo en planta del tramo vial de estudio. Este proceso permitió identificar las progresivas de afectación de inicio y final de cada una de las zonas inundadas o anegadas. (CATIE, 2017)
Conociendo las progresivas de afectación, estos valores fueron identificados sobre el perfil longitudinal del dise?o de la carretera. Considerando el perfil longitudinal del terreno la estimación de los niveles probables de inundación se obtuvieron a partir de trazos verticales, sobre el perfil longitudinal de los tramos I y II del proyecto, los cuales interceptan con la línea de terreno. Estos puntos de intersección fueron unidos de tal manera que identifican los niveles de inundación del evento de referencia (2014).
Gráfico 2. Ejemplo de identificación de sectores de inundación y sus de progresivas para el análisis
Fuente: (CATIE, 2017)
1.5 VULNERABILIDAD DE LA INUNDACIóN
El mapa de amenaza por inundación se basa en el principio de la distancia hacia el curso más cercano, no considerando su estado actual, ya sea que este curso sea permanente o sea temporal.
Para la determinación del mapa de Riesgo ante las Inundaciones, se determinóprimeramente un mapa de drenajes. Se trabajó sobre un Modelo de Elevación Digital (DEM) terminado por ASTER de 30m de resolución espacial. Además de registros de estudios anteriores.
Se plantea la hipótesis de ponderación de la pendiente porcentual del terreno, como factor a ser ponderado por la distancia más cercana a un curso de agua, esto significa que, mientras el terreno posea mayor pendiente, el agua tenderá a preferir fluir por ese cauce. Siguiendo la misma lógica, pese a que un curso de agua se encuentre cercano, si la pendiente de sectores vecinos es mayor, se ponderará el tránsito por esas áreas.
Es necesario para esto realizar el cálculo de la pendiente porcentual en el DEM, puesto que es uno de los factores preponderantes. Este cálculo se hizo mediante geoestadística y se delimitó una zona de estudio adecuada que es colindante al tramo.
La determinación de niveles de vulnerabilidad se realiza en función a estos parámetros, considerando esta medida por un valor adimensional, siendo que la suma de la preferencia de drenaje hacia cada punto específico depende de las variables morfológicas de la cuenca y varía según su tama?o. Este
valor fue reclasificado en una curva de colores para su mejor interpretación, por medio de Quantiles, que es la medida que mejor representa en este caso, el análisis focalizado que se tiene.
F IGURA 1.T RAMO 1
Fuente: Elaboración Propia Las progresivas correspondientes al tramo 56+800 a la 63+200 presentan una vulnerabilidad alta ante la inundación, esto debido a la cercanía al río Maniqui y a sus desbordes, en esta zona se consideró el incremento de alcantarillas, sin embargo debido a que principalmente el drenaje se dirige hacia el cauce principal, esta zona no presenta flujos muy grandes, por tanto las alcantarillas son principalmente de desfogue.
F IGURA 2.T RAMO 1
Fuente: Elaboración Propia El siguiente tramo identificado es el que se encuentra entre las progresivas 72+300 y 95+500, en cercanías a la estancia de ‘El Villar’, en esta zona, si bien la vulnerabilidad en esta zona es baj a las inundaciones muchas veces no afectan al tramo, ya que las áreas más vulnerables se encuentran aguas arriba, por tanto, en esta zona se realizó una mayor densificación del número de alcantarillas, incrementando las dimensiones de las mismas, sin embargo es un área en las que se pretende facilitar el tránsito de un lado al otro de la carretera. Por tanto se densificódando prioridad más al número que a las dimensiones, se debe notar también que el incremento de la rasante fue mínimo en comparación con estudios anteriores, a fin de evitar el efecto de dique.
F IGURA 1.T RAMO 1
Fuente: Elaboración Propia
El tramo correspondiente a las progresivas 129+400 y 177+500 es la zona más sensible del tramo, debido a que en esta zona como se puede apreciar, existen numerosos cursos de agua, que van anegando la zona, las pendientes son muy bajas, lo cual facilita la formación de peque?as lagunas, en esta zona se tiene un nivel freático constante, el mismo que es alimentado continuamente con numerosos afluentes. Estas condiciones facilitan que los tiempos de tránsito sean elevados y no ayudan a un rápido tránsito, es por esto que en este sector se tiene proyectado una ampliación del terraplén y la adición de alcantarillas de dimensiones mayores, las mismas que además de servir de vasos comunicantes, ayudan a que estos niveles freáticos no da?en la estructura misma del terraplén.
El alto contenido de materia orgánica y la presencia de fauna y flora en el lugar, da como resultado que el deterioro del sistema de alcantarillas pueda producirse de manera más acelerada, por lo cual el incremento de las dimensiones de las alcantarillas, la conformación de gaviones colchón y de escollerado en las paredes del talud es algo recomendado.
El mapa de Vulnerabilidad de inundación mostróser una herramienta de análisis muy importante, ayudando a la determinación de tramos que muestran problemas y adicionalmente se realizóuna comprobación en campo, mediante la cual se realizóun ajuste y una mejora de los resultados. La limitante de este método es la topografía utilizada, ya que estádeterminada en base a modelos globales, sin embargo a fin de realizar un análisis a gran escala, se obtuvo resultados que permiten mejorar el análisis existente.
Se tomó en cuenta los resultados obtenidos por el informe de Cambio Climático, por tanto se evaluó la pertinencia de los mismos y se verificóque correspondan a los mapas de vulnerabilidad ante la inundación.
Debido a que el curso más crítico de ser inundado, se analizaron los caudales del río Maniqui para diferentes periodos de retorno.
Gráfico 3. Hidrogramas de crecida para diferentes periodos de retorno para la cuenca del Rio Maniqui a nivel del Puente (San Borja)
Fuente: (CATIE, 2017) A continuación se detallan los resultados del modelo parta un periodo de retorno de 50 a?os:
1.6 INCREMENTO DE DENSIDAD DE ALCANTARILLAS
Debido a la cantidad y el tipo de las alcantarillas ubicadas en el tramo, se determinó lo siguiente: