APORTES EN EL DISEÑO DE OBRAS DE CONTROL DE …CARACTERÍSTICAS DE LOS TORRENTES ... Obras en el...
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APORTES EN EL DISEÑO DE OBRAS DE
CONTROL DE INUNDACIONES Y
ALUDES TORRENCIALES
SERGIO MARÍN ERNST
DICIEMBRE 2019
Imagen: SEMARNAT, Méjico 2011
ALUDES TORRENCIALESEstado Vargas, Venezuela (Diciembre 1999)
Urbanización
Los Corales
Enero 2000
ALUDES TORRENCIALESEstado Vargas, Venezuela (Diciembre 1999)
Urbanización Los Corales - Enero 2000
ALUDES TORRENCIALESEstado Vargas, Venezuela (Diciembre 1999)
Urbanización Los Corales - Enero 2000
El presente es un trabajo basado en aportes de la Ingeniería
venezolana, desarrollados a raíz de la tragedia de Vargas, la
participación en proyectos en América Latina y El Caribe mas
la aplicación de conceptos de diseño, dentro del ámbito
general de las obras hidráulicas
CONTENIDO
✓ INTRODUCCIÓN – ANTECEDENTES
✓ CARACTERÍSTICAS DE LAS INUNDACIONES Y FLUJOS
TORRENCIALES
✓ OBJETIVOS Y CLASIFICACIÓN
o OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES
o OBRAS DE CONTROL DE TORRENTES Y DE ALUDES TORRENCIALES
✓ DISEÑO DE OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES Y
ALUDES TORRENCIALES – FASES DE ESTUDIO Y PROYECTO
✓ DISEÑO DE LAS OBRAS DE CONTROL – CONCEPTOS
GENERALES – NIVELES DE RIESGO Y ESCENARIOS
CONSIDERADOS EN EL DISEÑO
✓ DOS EJEMPLOS DE OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES
Y ALUDES TORRENCIALES
CONTROL DE INUNDACIONES Y ALUDES TORRENCIALES
VISIÓN INTEGRAL DE LA GESTIÓN DE RIESGOS POR
INUNDACIONES Y ALUDES TORRENCIALES
Fuente: CIGIR-BID 2017
• OBRAS Y MEDIDAS PARA EL CONTROL DE EROSIÓN
EN CUENCAS HIDROGRÁFICAS
• OBRAS DE RETENCIÓN Y CONTROL DE SEDIMENTOS
• OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES
• OBRAS Y MEDIDAS DE REFORZAMIENTO
CORRECTIVA
CONTROL DE INUNDACIONES Y ALUDES TORRENCIALES
INUNDACIONES
✓ Inundaciones fluviales
Se generan cuando el agua que se desborda de los ríos queda sobre la superficie
de terreno cercano a ellos
INUNDACIONES Y FLUJOS TORRENCIALES - CARACTERÍSTICAS
✓ Lluvias y aludes torrenciales
Flujos con altas concentraciones de sedimentos que pueden estar conformados
por agua, barro, rocas y grandes restos de vegetación *
✓ Inundaciones costeras – Tormentas y Huracanes
Ciclones, huracanes, tormentas, tornados, tormentas tropicales, tifones y
desastres de tormentas de invierno
Los huracanes o las tormentas tropicales constituyen el 80 por ciento de los
eventos históricos de catástrofes en América Latina y El Caribe **
No serán objeto de esta presentación
Sin embargo, muchas de las medidas correctivas son similares a las de las
Inundaciones fluviales
* López & Courtel, 2010
Por sus características,
serán tratados por separado
** EM-DAT
OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES
• Encauzamientos y diques marginales
• Canales y conductos cerrados
• Obras de retención temporal
• Estaciones de bombeo
• Rectificación y protección de cursos naturales
• Limpieza de cauces naturales
• Rellenos de planicies y zonas inundables
• Remoción y/o adecuación de estructuras existentes
• Obras de regulación - Presas de control de inundaciones
• Canales de alivio
OBJETIVOS DE LAS OBRAS
DE CONTROL DE TORRENTES Y ALUDES TORRENCIALES
✓ CONTROL DE EROSIÓN
• Reducción / Minimización de los efectos de las aguas de
escorrentía
• Protección y/o recuperación de las superficies susceptibles de
ser erosionadas
✓ CONTROL DE SEDIMENTOS
• Reducción de los desencadenantes de la erosión / Reducción de
velocidad de los flujos
• Retención de materiales de arrastre, producto de la erosión
✓ PROTECCIÓN CONTRA ALUDES TORRENCIALES
• Reducción de los efectos perjudiciales de los aludes
• Protección de la población
• Protección de la infraestructura
CARACTERÍSTICAS DE LOS TORRENTES
✓ CLASIFICACIÓN DE LOS TORRENTES / MÉTODOS DE
ESTABILIZACIÓN
CLASIFICACIÓN:
✓ Torrentes depositantes
✓ Torrentes socavantes
MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN
✓ Torrentes depositantes
✓ Obras en la cuencao Conservación de suelos y forestación
o Enfajinado de laderas
o Terraceado de laderas
o Estabilización de deslizamientos
o Drenajes y zanjas interceptoras
o Muros interceptores
✓ Obras en el cauceo Construcción de presas escalonadas
o Dragado de material depositado
o Construcción de presas abiertas
✓ Torrentes socavantes
✓ Obras el cauceo Construcción de presas escalonadas
o Revestimientos
✓ Acciones en la garganta del torrenteo Construcción de presas
o Construcción de umbrales de fondo /
Traversas
o Protección de márgenes (longitudinales)
• Revestimientos
• Muros
✓ Obras en el cono de deyección y
canal de desagüeo Protección de márgenes (longitudinales)
Leyenda
Medidas estructurales
FASES DE ESTUDIO Y PROYECTO
✓ Estudios e Investigaciones Básicas
✓ Estudios de Determinación de Amenazas por
Inundaciones y Aludes Torrenciales• Modelos Hidrológicos
• Modelos Hidráulicos – Situación sin obras
• Elaboración de mapas de Amenaza
✓ Diagnóstico
✓ Prediseño de obras de control• Prediseño
• Modelos Hidráulicos – Situación con obras
✓ Diseño• Ingeniería Básica
• Ingeniería de Detalle
OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES Y ALUDES TORRENCIALES
INFORMACIÓN BÁSICA REQUERIDA PARA ESTUDIOS
Y PROYECTOS
✓ CARTOGRAFÍA Y TOPOGRAFÍA
• Información Cartográfica
• Levantamientos Topográficos
• Uso de la tierra
✓ INFORMACIÓN HIDROLÓGICA
• Escurrimientos medios
• Crecientes
• Lluvias
✓ INFORMACIÓN GEOLÓGICA
• Geología Regional
• Fotogeología
• Geomorfología
• Geología de Superficie
✓ INFORMACIÓN GEOTÉCNICA
• Información de la superficie
• Información del subsuelo
ESTUDIOS DE PENDIENTES DEL TERRENO
ORTOFOTOPLANOS
ESTUDIOS DE COBERTURA VEGETAL
DETERMINACIÓN DE ESCURRIMIENTOS
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
• Erosión
• Materiales de construcción
UBICACIÓN E IMPLANTACIÓN DE LAS
OBRAS
• Ubicación según sus funciones
• Implantación en sitio / Excavaciones
CARACTERÍSTICAS DE LAS FUNDACIONES
• Parámetros de resistencia
• Capacidad de soporte
• Erodibilidad
INFORMACIÓN / ESTUDIOSUTILIDAD / OBJETIVOS
FASES DE ESTUDIO Y PROYECTO
✓ Estudios e Investigaciones Básicas
OBRAS DE CONTROL DE INUNDACIONES Y ALUDES TORRENCIALES
✓ Estudios de Determinación de Amenazas por
Inundaciones y Aludes Torrenciales• Modelos Hidrológicos
• Modelos Hidráulicos – Situación sin obras
• Elaboración de mapas de Amenaza
✓ Diagnóstico
✓ Prediseño de obras de control• Prediseño
• Modelos Hidráulicos – Situación con obras
✓ Diseño• Ingeniería Básica
• Ingeniería de Detalle
Modelo Hidráulico
Sin obras
Modelo unididimensional
EJEMPLON
DESARROLLOSAREA DE FUTUROS
LEYENDA:
AREA URBANIZACIONES
(EXISTENTES)COTOPERIZ
PLANICIE DE INUNDACION
TR= 25 AÑOS
LIMITE PLANICIE
DE INUNDACION
TR= 100 AÑOS
Canalización del rio San Juan
Isla de Margarita, Venezuela
Planta General del área del
proyecto y Planicies de
Inundación
Fuente: MARN - MGR Consultores (2002)
PLANICIE DE INUNDACIÓN
Tr = 25 AÑOS
LÍMITE PLANICIE
DE INUNDACIÓN
Tr = 100 AÑOS
ANÁLISIS Y DISEÑO HIDRÁULICO
EJEMPLO – Modelo Hidráulico – Situación con obras
Fuente: Estudio Hidrológico del Cauce El Borbollón, Managua 2018
Cortesía: Equipo Alcaldía de Managua
Áreas de inundación en una zona de la ciudad de Managua (área Villa Sol)
(A) Situación sin obras (B) Situación con obras.
Obras: dos micropresas de regulación, rectificación del cauce, modificación de
puentes, desvío en área del Aeropuerto.
(A) (B)
DISEÑO DE LAS OBRAS DE CONTROL
CRITERIOS Y CONCEPTOS GENERALES
• Grado de protección / Niveles de riesgo
• Escenarios considerados en el diseño
Imagen: SEMARNAT, Méjico 2011
GRADO DE PROTECCIÓN
El grado de protección debe estar definido por los
factores:
• Función
• Uso de la tierra urbanizada
• Tipo de vialidad
• Tipo de instalación a proteger
Se suele expresar en términos de:
• Periodo de retorno
• Probabilidad de excedencia en la vida útil
• Límites de inundación
NIVEL DE RIESGO Y GRADO DE PROTECCIÓN
GRADO DE PROTECCIÓN Y RIESGO ASOCIADO
Los estudios de amenaza ante acciones de la naturaleza, definen los siguientes conceptos:
GRUPOS DE ESTRUCTURAS
GRUPO A:
Edificaciones que albergan instalaciones esenciales, de funcionamientovital en condiciones de emergencia o cuya falla pueda dar lugar acuantiosas pérdidas humanas o económicas. Incluye: centraleseléctricas, subestaciones de alto voltaje y de telecomunicaciones,plantas de bombeo, presas, embalses
GRUPO B:
Edificaciones de uso público o privado, ocupadas permanente otemporalmente.
GRUPO C:
Construcciones no clasificables en los grupos anteriores, ni destinadas ala habitación o al uso público y cuyo derrumbe no pueda causar daños aedificaciones de los dos primeros Grupos
NIVEL DE RIESGO Y GRADO DE PROTECCIÓN
GRADO DE PROTECCIÓN Y RIESGO ASOCIADO (Cont.)
Periodo de Retorno (años)Probabilidad de
excedencia en 25 años (%)
Probabilidad de excedencia
en 50 años (%)
100 22,22 39,50
500 4,88 9,53
Los estudios de amenaza y normas relativas a acciones de la naturaleza,sismos por ejemplo, establecen los siguientes valores límite:
EN FUNCIÓN DEL PERÍODO DE RETORNO QUE SE CONSIDERE
GRUPO DESEMPEÑO ESPERADO
PROBABILIDAD DE
EXCEDENCIA EN LA
VIDA ÚTIL (50 AÑOS)
ALas condiciones de operación no deben ser afectadas
por en la condición de diseño4.9 %
BPueden ocurrir algunos daños reparables para la
condición de diseño10 %
C
Deben adoptarse disposiciones constructivas que
aseguren su estabilidad y que no comprometan el
desempeño de las estructuras de los grupos A y B
20 %
NIVEL DE RIESGO Y GRADO DE PROTECCIÓN
GRADO DE PROTECCIÓN Y RIESGO ASOCIADO (Cont.)
Las presas y diques de retención o de regulación, constituyen obras queinvolucran alto riesgo ante su eventual rotura. Su falla puede dar lugar acuantiosas pérdidas humanas o económicas
Las presas y diques de retención o de regulación forman parte del Grupo A
En consecuencia, para el diseño y operación se recomienda:
Creciente de diseño:
✓ Pe 25 ≤ 5% ó
✓ Tr ≥ 500 años
Donde:
Pe 25 … Probabilidad de excedencia durante la vida útil (25 años)
Tr … Período de retorno
Periodos de retorno y probabilidad de excedencia según el
tipo de obra hidráulica
ANÁLISIS Y DISEÑO – TIPOS DE OBRAS
ANÁLISIS Y DISEÑO HIDRÁULICO
• Obras de regulación y control: diques y
presas
• Obras de conducción y descarga
• Control de socavación
• Diques de retención de detritos y aludes
torrenciales
ANÁLISIS Y DISEÑO GEOTÉCNICO
• Diques marginales
• Obras de excavación
• Diques de materiales suelos
• Taludes y obras de estabilización
• Lagunas de infiltración
• Traversas
ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL
• Diques de regulación
• Traversas
• Obras de Alivio (Presas y diques)
• Obras de Descarga (Presas y diques)
• Muros y canales
• Puentes y/o alcantarillas
• Cajones de drenaje
ESCENARIOS CONSIDERADOS EN EL DISEÑO -
• Construcción
• Operación Normal
• Condición excepcional. Crecientes
(Condición nivel de aguas máximas)
• Inspección y/o Mantenimiento
• Sismo durante la construcción
• Sismo en Operación Normal
CASOS DE CARGA Diseño Hidráulico
Diseño Estructural
Diseño Geotécnico
(*)
(*) No aplica a diseño hidráulico
ESCENARIOS CONSIDERADOS EN EL DISEÑO -
• Construcción
• Operación Normal
• Condición excepcional. Crecientes
(Condición nivel de aguas máximas)
• Inspección y/o Mantenimiento
• Sismo durante la construcción
• Sismo en Operación Normal
CASOS DE CARGA Diseño Hidráulico
Diseño Estructural
Diseño Geotécnico
(*)
(*) No aplica a diseño hidráulico
En el Análisis y Diseño Estructural, es necesario diferenciar” Casos de Carga” de
“Combinaciones de Carga”.
Los Casos de Carga definen las cargas y solicitaciones que actúan en las
condiciones asociadas a los escenarios a los que podrán estar sometidas las
estructuras durante la vida útil de la obra.
Las Combinaciones de Carga definen los factores de mayoración de cargas y
minoración de resistencia empleadas en el análisis y diseño, los cuales representan
los factores de seguridad.
Canalización del rio San Juan, Isla de Margarita, Venezuela
EJEMPLO
Fuente: Google Earth + Elaboración propia
Alcance del proyecto:
• Levantamiento Topográfico
• Estudio Geotécnico
• Estudio Hidrológico
• Modelo Hidráulico unidimensional
• Diagnóstico
• Diseño de Ingeniería de Detalle
- Diseño hidráulico
• Canalización
• Drenajes
- Diseño geotécnico
• Muros de gaviones
• Taludes
- Análisis y diseño estructural
Urbanizaciones
Cotoperiz I, II y III
Aeropuerto
Internacional
Santiago Mariño
Rio San Juan
Laguna de las
Maritas
Ubicación del área del proyecto
Canalización del rio San Juan
Isla de Margarita, Venezuela
EJEMPLO
Arreglo General
Planta
Fuente: MARN - MGR Consultores (2002)
CANAL PRINCIPAL
CANAL
TRIBUTARIO
HACIA LA LAGUNA
LAS MARITAS
URBANIZACIONES
EXISTENTES
Fuente: MARN - MGR Consultores (2002)
EJEMPLOCanalización del rio San Juan Isla de Margarita, Venezuela
Obra de Entrada Sección Longitudinal
Obra de Entrada Sección Transversal
Canal Principal – Secciones Típicas
Canalización del rio San Juan
Isla de Margarita, Venezuela
1. Inundación ocurrida en una
urbanización ubicada en la margen
del rio San Juan, en un tramo sin
canalizar
2. Vista de la canalización del rio San
Juan operando durante una creciente
CANALIZACIÓN DE LA QUEBRADA SECA, ESTADO VARGAS,
VENEZUELA
EJEMPLO
Arreglo General - Planta
CANALIZACIÓN
DESCARGA AL
MAR
CARABALLEDA
BOULEVARD
NAIGUATÁ
AVENIDA
LA PLAYA
DESCARGA AL
MAR
CARABALLEDA
FLUJO
Fuente: CORPOVARGAS - MGR Consultores (2.002)
CANALIZACIÓN DE LA QUEBRADA SECA, ESTADO VARGAS,
VENEZUELA
EJEMPLO
Alcance del proyecto:
• Levantamiento Topográfico
• Estudio Geológico-Geotécnico
• Modelo Hidráulico unidimensional
• Diagnóstico
• Diseño de Ingeniería de Detalle
o Diseño hidráulico
o Diseño geotécnico
o Diseño estructural
El Estudio Hidrológico y la definición de los caudales
de diseño fueron desarrollados por CORPOVARGAS
Obras principales:
• Diques de retención de
sedimentos
• Traversas de control de
torrentes
• Canalización
• Dos puentes viales
CANALIZACIÓN DE LA QUEBRADA SECA, ESTADO VARGAS,
VENEZUELA
Perfil longitudinal (Escala distorsionada)
Fuente: CORPOVARGAS - MGR Consultores (2.002)
CANALIZACIÓN DE LA QUEBRADA SECA, ESTADO VARGAS,
VENEZUELA
Sección longitudinal típica
Fuente: CORPOVARGAS - MGR Consultores (2.002)
GRACIAS POR SU ATENCIÓN !