Brandt y Nieto 2005 Diseño de Lagunas de Detencion Control de Inundacion
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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL “DISEÑO DE LAGUNAS DE DETENCION PARA CONTROL DE INUNDACION EN EL MUNICIPIO SAN CRISTOBAL SECTOR LAS LOMAS ESTADO TACHIRA” PRESENTADO POR: BR. BRANDT M, JHON F. C.I: 14.378.882 BR. NIETO V, JAVIER G. C.I: 14.418.641 TUTOR: ING. SARA MAVAREZ MARACAIBO, ABRIL DEL 2005 DERECHOS RESERVADOS
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Control de inundación mediante lagunas de detencion.
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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
DISEO DE LAGUNAS DE DETENCION PARA CONTROL DE INUNDACION EN EL MUNICIPIO SAN CRISTOBAL SECTOR
LAS LOMAS ESTADO TACHIRA
PRESENTADO POR:
BR. BRANDT M, JHON F.
C.I: 14.378.882 BR. NIETO V, JAVIER G.
C.I: 14.418.641
TUTOR: ING. SARA MAVAREZ
MARACAIBO, ABRIL DEL 2005
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APROBACIN DEL TUTOR
En mi carcter de tutor de grado presentado por los Bachilleres Brandt, Jhon y
Nieto, Javier, para optar al ttulo de ingeniero civil, considero que dicho trabajo
rene los requisitos y meritos suficientes para ser sometido a la presentacin
pblica y evaluacin por parte del jurado examinador que se designe.
En la ciudad de Maracaibo, a los 25 das del mes de Abril del 2005.
ING. SARA MAVAREZ
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RESUMEN
DISEO DE LAGUNAS DE DETENCION PARA CONTROL DE INUNDACION EN EL MUNICIPIO SAN CRISTOBAL SECTOR LAS LOMAS ESTADO TACHIRA. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO COMO REQUISITO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL. AUTOR: BRANDT, JHON; NIETO; JAVIER. TUTOR: SARA MAVREZ. ABRIL 2005. La presente investigacin tiene como finalidad evaluar las condiciones o factores que ocasionan inundaciones en los das de lluvias en el Sector Las Lomas del Estado Tchira. Para tal fin se identific que el problema principal ocurre con la creciente y desbordamiento de la Quebrada La Blanca. Por tal motivo se recomend plantear y disear en bases a variables y parmetros hidrolgicos, tres lagunas de detencin para disminuir las inundaciones que ocurren en tal sector. Estas lagunas de caractersticas similares sern fabricadas con mantos de polietileno soldados trmicamente y poseern una altura en su parte ms baja de 3,55 metros, esta tendr una superficie cuadrada y cada lado tendr 300 metros, pero se construir con una pendiente lineal que en el punto medio tendr la altura anteriormente planteada. Aunque es una solucin viable los costos de construccin tanto para el movimiento de tierras necesario como para la instalacin de dicho manto son importantes.
Palabras claves: Laguna, Detencin.
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INDICE GENERAL
p.p VEREDICTO ii DEDICATORIA iii
AGRADECIMIENTOS v
NDICE GENERAL vi
NDICE DE FOTOS viii
NDICE DE GRFICOS ix
NDICE DE FIGURAS x
NDICE DE CUADROS xi
NDICE DE ANEXOS xii
RESUMEN xiii
ABSTRACT xiv
INTRODUCCIN xv
CAPTULO I EL PROBLEMA 16
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17
FORMULACIN DEL PROBLEMA. 17
OBJETIVOS 20
OBJETIVO GENERAL 20
OBJETIVOS ESPECFICOS. 20
JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIN. 21
DELIMITACIN DE LA INVESTIGACIN. 22
CAPTULO II MARCO TERICO 23
1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIN. 24
2.- BASES TERICAS. 25
3.- GLOSARIO. 54
4.- OPERACIONALIZACIN DE VARIABLES. 55
vi
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CAPTULO III MARCO METODOLGICO. 56
CAPTULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIN 60
CONCLUSIONES 75
RECOMENDACIONES 77
BIBLIOGRAFA 79
ANEXOS 81
vii
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NDICE DE FOTOS
Foto Pg.
Foto 1 - Puente Colgante "Libertador", ubicado entre San Cristbal y
Triba
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Foto 2 Quebrada La Blanca 62
Foto 3 Quebrada La Blanca 63
viii
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NDICE DE GRFICOS
Grfico Pg.
Grfico 1 - Inundaciones 33
Grfico 2 - Inundaciones 34
Grfico 3 - Inundaciones 35
ix
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NDICE DE FIGURAS
FIGURA Pg.
Figura 1 Polgonos de Thiessen 48
Figura 2 Curvas Isoyetas 50
Figura 3 Coeficiente de Escorrenta 70
Figura 4 Laguna de Detencin 74
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NDICE DE CUADROS
Cuadros Pg.
Cuadro 1 Ejemplo de clculo de precipitacin media - Polgonos de
Thiessen
1
Cuadro 2 Cuadro de operacionalizacin 55
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NDICE DE ANEXOS
Anexos Pg.
Anexo 1 Delimitacin de la Cuenca 83
Anexo 2 Curvas de Precipitacin (Intensidad-Frecuencia-Duracin)
Regin IV.
85
Anexo 3 Caudal promedio de la Quebrada La Blanca 87
Anexo 4 Anlisis econmico. 89
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ABSTRACT
DESIGN OF LAGOONS OF DETENTION FOR CONTROL OF FLOOD IN THE "MUNICIPIO SAN FRANCISCO SECTOR LAS LOMAS ESTADO TCHIRA" TACHIRA. I WORK SPECIAL DE GRADOCOMO REQUIREMENT TO OPT TO THE I TITLE OF CIVIL ENGINEER. AUTHORS: BRANDT, JHON; NIETO; JAVIER. TUTOR: SARA MAVREZ. APRIL 2005. The present investigation has as purpose to evaluate the conditions or factors that cause floods in the days of rains in the "Sector Las Lomas, Estado Tchira". For such an end it was identified that the main problem happens with the growing one and overflow of the "Quebrada La Blanca". For such a reason it was recommended to outline and to design in bases to variables and hydrological parameters, three detention lagoons the floods that happen in such a sector to diminish. These lagoons of characteristic similar they will be manufactured with polyethylene mantels welded thermally and they will possess a height in their lower part of 3,55 meters, this he/she will have a square surface and each side will have 300 meters, but it will be built with a lineal slope that will have the previously outlined height in the half point. Although it is so much a viable solution the construction costs for the necessary movement of lands as for the installation of this mantel they are important.
Keywords: Lagoons, Detention.
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INTRODUCCIN
La presente investigacin tiene como propsito disear y proponer un
sistema o lagunas de detencin para el control de las inundaciones que
ocurre en el Sector Las Lomas del Estado Tchira, debido al desbordamiento
de la Quebrada La Blanca. Para tal motivo, se estableci la presente
investigacin en cuatro (4) captulos de importancia denominados:
El Captulo I, el cual plantea la problemtica referida a la presente
investigacin. Este captulo incluye el problema, con el planteamiento, los
objetivos, justificacin y delimitacin de la investigacin.
El Captulo II, constituye el marco terico, en el cual se desarrolla todo
el compendio que soporta la investigacin referente al diseo de lagunas de
detencin y teora referida a las inundaciones. Contiene adems, los
antecedentes y las bases tericas necesarias para el desarrollo de la
investigacin.
El Captulo III, consiste en el marco metodolgico, en el cual se
establece los procedimientos y las pautas seguidas en el desarrollo de la
presente investigacin.
En el captulo IV, se plantea el desarrollo de las diferentes expresiones
matemticas para el diseo de las lagunas de detencin, as como las
soluciones adoptadas y prcticas para el cumplimiento de los objetivos de la
presente investigacin.
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EL PROBLEMA
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CAPITULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento Del Problema
Como consecuencia de los eventos metereolgicos ocurridos en los
ltimos aos a nivel mundial, hay escurrimientos de aguas superficiales con
arrastre de suelos y sedimentos, provocando reexcavacin de crcavas y
generacin de barracas, tanto en tierras productivas como en los propios
cauces erosionando las mrgenes y fondos de los mismos. Los procesos
erosivos intensivos traen aparejado un incremento de las superficies
inundadas y sedimentadas a lo que se agregan problemas hidrolgicos
locales en las llanuras mal drenadas.
En Venezuela por la falta de una adecuada planificacin en el sistema
de drenajes en las diversas zonas del pas, en temporada de altas
precipitaciones se producen interrupciones de transito por daos totales o
parciales de algunas vas, trayendo consigo prdidas econmicas
importantes.
Es importante indicar que en Venezuela el aumento de los
escurrimientos sumados a la deficitaria infraestructura de desages ocasiona
daos en las reas urbanas y en la infraestructura vial, con deterioro en las
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carreteras, puentes y caminos, provocando as, interrupciones en el
transporte de cargas y traslados de personas con el correspondiente impacto
econmico que lleva aparejado.
En caso muy especfico, los das 11, 12 y 13 de febrero del 2005,
ocurri un fenmeno meteorolgico denominado Vaguada Tropical la cual
afecto la zona norte del Estado Tchira, as como tambin la zona sur del
lago de Maracaibo y todo el piedemonte andino, afectando
considerablemente la carretera Panamericana, producindose grandes
inundaciones por desbordamiento de todos los ros.
El fenmeno lluvioso fue de tal magnitud que produjo grandes
crecientes en los ros al extremo de que derrumb los puentes, Pajitas, La
Palmita, La Arenosa, La Blanca, Umuquena, Carira I, Carira II, Jabillo, Grita y
Unin en el Estado Tchira y otros puentes en los estados Mrida y Zulia, en
la zona limtrofe con el Tchira.
En el caso de los ros Carira, Chiquito y Pajitas, el canal dejado por los
ros luego de las crecientes fue de 3 a 4 veces el ancho que ocupaban,
depositando gran cantidad de sedimentos en los alrededores.
A la fecha no ha habido reporte de los organismos competetes que
ofrezca una idea de la magnitud de los caudales alcanzados por las
crecientes de los ros indicados, de lo que si se puede indicar que las
magnitudes de los caudales superaron con creces los caudales para
perodos de retorno de 100 aos.
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En San Cristbal y especialmente en el Sector Las Lomas, no escapa
de esta realidad de las inundaciones que vive el pas, el cual ha generado el
caos, en momentos en los cuales se interrumpen el transito en las vas
adyacentes, las cuales se hacen intransitables causando incomunicacin con
otros sectores, donde los habitantes se exponen a innumerables peligros
para poder movilizarse.
De all, que se considera que el presente trabajo de investigacin a
travs del diseo de la propuesta podr ser una alternativa viable a fin de
minimizar los efectos negativos que se ocasionan en el sector, y de esta
manera permitir la fluidez permanente de transit vehicular y de peatones en
pocas de lluvia.
Tal situacin puede evidenciarse especficamente en el estado
Tchira. Como es el Municipio San Cristbal, en el sector las Lomas, all el
sistema de drenaje no tiene capacidad para soportar los caudales
ingresantes de las zonas superiores, tanto por la sedimentacin que sufre la
cual adems provoca que las canalizaciones se vayan modificando en cada
evento provocando inestabilidad en sus cauces con la consiguiente
inundacin as como desborde hacia las calles y avenida.
Ante dicha situacin se plantea la bsqueda de alternativas que
minimicen los efectos perjudiciales que ocasionan las lluvias en el sector, ya
que hasta el momento no se le ha dado una solucin optima al problema,
debido a que estas no han estado orientadas en forma tcnica y responsable
por parte del ente gubernamental.
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De all que en la presente investigacin se plantea el diseo de
Lagunas de detencin para el control de inundaciones, est genera una
capacidad de almacenamiento en reservorios del mismo orden de los
volmenes drenados, es decir, hacer un manejo de las aguas dentro de la
depresin central, evitando as la interrupcin del transito y deterioro de las
vas adyacentes, cuando existen precipitaciones altas en la zona.
De no realizarse algn desarrollo hidrulico para evitar los efectos de
estas inundaciones, sigue latente la posibilidad de ocurrencia de lluvias que
puedan provocar la prdida de incluso vidas humanas.
OBJETIVOS
Objetivo General
Disear tipo de Laguna de Detencin adecuada para el control de
inundaciones en el Sector Las Lomas, Municipio San Cristbal, Estado
Tchira.
Objetivos Especficos
Evaluar las caractersticas de las inundaciones que ocurren en el sector.
Analizar las diferentes soluciones al problema de las inundaciones.
Disear un modelo de Laguna de Detencin adecuado en relacin con las
caractersticas del lugar.
Calcular la Laguna de Detencin seleccionada de acuerdo con las
condiciones planteadas.
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Justificacin e Importancia de la Investigacin
Este trabajo de investigacin, surge debido a la necesidad que existe
de explorar opciones que permitan disminuir inundaciones en el sector las
Lomas de San Cristbal a travs del diseo de lagunas de detencin. Por
informacin obtenida se deduce que en dicha zona se presentan problemas
graves de inundaciones por aguas de lluvias, esto causa congestionamiento
de transito e inundaciones de viviendas y locales comerciales adyacente a la
zona, por tal motivo se hace necesario implementar una metodologa para
poder obtener un diseo de lagunas de detencin y hacer que los sistemas
actuales de drenaje sean mas eficiente.
Mediante el desarrollo de la presente investigacin, se busca
corroborar y confirmar las diferentes teoras relacionadas con la mecnica de
fluidos e hidrulica, muy especficamente con el rea de hidrologa.
La presente investigacin permitir orientar tanto a profesionales,
estudiantes e investigadores en el desarrollo de lagunas de detencin como
solucin en el control de inundaciones.
Por tal motivo, la documentacin terica, tcnica y prctica
presentada en este trabajo, permitir desarrollar nuevos trabajos e
investigaciones referidas al desarrollo de lagunas de detencin y servir de
antecedente a posteriores investigaciones.
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Delimitacin de la Investigacin
Delimitacin Espacial
Para cumplir los objetivo del presente trabajo de investigacin es
necesario analizar los casos de inundacin en el sector las Lomas de San
Cristbal, para esto se tomar en cuenta todos los registros que contengan
DIMO (Direccin de infraestructura y mantenimiento de obra) de San
Cristbal durante la ultima dcada, que esta ubicada en la prolongacin de la
5ta Avenida con Avenida 19 de Abril del Municipio de San Cristbal del
Estado Tchira.
Delimitacin Temporal.
El tiempo para realizar este trabajo de grado esta comprendido desde
Enero de 2004 hasta Abril del 2005.
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MARCO TERICO
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CAPITULO II
MARCO TERICO
1. Antecedentes.
A continuacin se presenta investigaciones referentes y relacionados
con el presente proyecto de investigacin:
Moncada, Luis Eduardo (2002). Diseo de un mdelo de obra
hidrulica para controlar el cauce de la quebrada La Blanca-Sector Las
Lomas. San Cristbal. Estado Tchira. Instituto Universitario Politcnico
Santiago Mario. Este trabajo de grado tiene como objetivo Disear un
modelo de obra hidrulica para controlar el cauce de la quebrada La Blanca-
Sector Las Lomas. San Cristbal. Estado Tchira; y as minimizar los efectos
destructivos que esta genera al desbordarse durante una creciente, los
cuales afecta directamente a los habitantes del mencionado sector, adems
las principales vas de acceso son obstruidas como la avenida Libertador y
Las Lomas. Se inicio con los estudios hidrolgicos e hidrulicos para tal fin, la
seleccin del modelo de obra, el diseo y clculo de todas las partes de la
misma, con la finalidad de asegurar que cada una de ellas, cumplan las
normas legales y de seguridad exigidas. El diseo y clculo del canal se hace
para condiciones extremas con la finalidad de garantizar que transporte la
totalidad del fluido en caso de una crecida excepcional en un momento dado.
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El presente trabajo de investigacin esta enfocado dentro de la
modalidad de proyecto factible, que va a determinar el diseo del modelo de
obra hidrulico que podra solucionar a futuro la problemtica que afecta a
los residentes del sector y el acceso de los transentes a las zonas
marginales del norte de la ciudad; se tratar de establecer los criterios
bsicos a seguir para la seleccin y planteamiento del diseo del modelo de
obra hidrulica, que podr solucionar el congestionamiento de trnsito y las
prdidas materiales que all ocurren.
Debido a la poca informacin que se posee con respecto a datos
hidrolgicos y de relieve de la zona, son muy pocas las investigaciones
referidas al sector objeto de estudio, para tal fin se utilizar el compendio
terico necesario para plantear y lograr el objetivo de la investigacin en
base a criterios mnimos y muy generales de diseo.
2. Bases Tericas.
A continuacin se plantea el compendio terico necesario para el
desarrollo de la presente investigacin.
INUNDACIN
Definido como el desbordamiento de los ros o lagos que inundan las
zonas vecinas. Se puede entender que la idea bsica se basa en que el
estado natural de las aguas se perturban por factores externos, anegando
reas circunvecinas, entre estas puede citar que en la poca de lluvias es lo
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ms comn que ocurran estos acontecimientos (Defensa Civil Estado
Tchira, 2004)
Las inundaciones son eventos que se presentan en zonas aledaas a
los cauces de las corrientes naturales por causa de desbordamiento de las
mismas. Las reas que estn sujetas a las inundaciones se denominan
Llanuras de Inundacin.
Las magnitudes y los efectos de las inundaciones dependen de las
caractersticas de las crecientes que son generadas por lluvias intensas, y de
otros eventos relacionados con ellas, como son los deslizamientos de
taludes, la formacin y el rompimiento de presas naturales, y las
obstrucciones al flujo por destruccin de obras civiles.
En lechos aluviales el transporte de sedimentos juega un papel
importante en las variaciones que sufre el canal principal a lo largo del tiempo
y en su capacidad para transportar las crecientes. Los procesos de depsito
y de socavacin se activan de acuerdo con las magnitudes de las
velocidades del agua; as, durante los estiajes y los perodos de aguas
medias predominan los fenmenos de depsito porque las velocidades son
relativamente bajas y la capacidad de transporte de sedimentos es reducida.
Cuando llegan las crecientes se aumentan las velocidades de flujo y por
tanto se incrementan los procesos erosivos y los ataques contra las
mrgenes.
Las lluvias incrementan los niveles de las aguas de los ros, caos,
quebradas, lagos llegando estos a salirse de su cauce natural, esto se debe
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a la gran pluviosidad o volumen de lluvia cado por metro cuadrado en las
cabeceras o nacientes, otras pueden ser ruptura de represas, diques,
embalses, percolaciones (filtraciones), licuefacciones (paso de un cuerpo
slido al estado liquido) repentinas, tubificaciones o conductos comunicantes
en aguas subterrneas, estos casos son muy raros pero suceden recuerden
existen ros y lagos subterrneos que tambin producen serios daos al
desbordarse motivados a presiones internas (temblores o sismos) y el agua
sale a superficie con gran violencia.
Se conocen como Zonas Inundables las que son anegadas durante
eventos extraordinarios, por ejemplo aguaceros intensos, crecientes poco
frecuentes o avalanchas. No se incluyen entre las zonas inundables los
cauces mayores o rondas de los ros, los cuales son ocupados con
frecuencia del orden de una vez en 10 aos.
Las Zonas inundables se clasifican de acuerdo con las causas que
generan las inundaciones. Estas causas son las siguientes:
1. Encharcamiento por lluvias intensas sobre reas planas,
2. Encharcamiento por deficiencias de drenaje superficial.
3. Desbordamiento de corrientes naturales.
4. Desbordamiento de cinagas.
5. Avalanchas producidas por erupcin volcnica, sismos, deslizamientos
y formacin de presas naturales.
6. Obstculos al flujo por la construccin de obras civiles: Puentes,
espolones y obras de encauzamiento, viviendas en los cauces y
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represamientos para explotacin de material aluvial.
7. Sedimentacin. Estas causas pueden presentarse en forma individual
o colectiva.
Los problemas de inundaciones son particulares y pueden ocurrir tanto
en cauces de montaa como en cauces de llanura, aun cuando son ms
frecuentes en estos ltimos.
Algunos de los problemas que se presentan con las inundaciones son
los siguientes:
Anegamiento de las llanuras de inundacin y daos en viviendas, vas
de comunicacin, y produccin agropecuaria, con prdida de vidas
humanas en algunos casos.
Drenaje lento de las reas inundadas las cuales se convierten en
depsito de aguas prcticamente estancadas. Esta situacin genera
problemas sanitarios sobre la poblacin.
Ataques del flujo sobre las mrgenes del cauce principal lo cual
produce cambios de curso permanentes y prdida de reas
productivas.
CRECIENTES.
Las crecientes son eventos extraordinarios que se presentan en los
cauces de las corrientes naturales durante las cuales las magnitudes de los
caudales superan con creces los valores medios que son normales en dichas
corrientes.
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INUNDACIONES EN VENEZUELA Y EL ESTADO TCHIRA
La ubicacin geogrfica de Venezuela la hace privilegiada es una sola
estacin con un clima tropical todo el ao sin cambios significativos de
temperatura, pero en el Estado Tchira se usan dos para diferenciarlas;
unos meses al ao llueve determinando el Invierno (poca de lluvias) y otros
meses no llueve decimos estableciendo as el Verano (sequa) por no llover,
pero si se analiza sera esta la estacin de Primavera.
En el Estado Tchira y en San Cristbal poco ocurren inundaciones de
gran magnitud, las ms grande que se pueden recordar fue una ocurrida en
la noche del da Jueves 03 de Junio de 1943, cuando el Ro Torbes creci y
destruy el Puente Colgante "Libertador", ubicado entre San Cristbal y
Triba, este puente era recin construido y fu diseado por el Ingeniero
francs Gustave Eiffel (1832-1923). El estado en el cual quedo el referido
puente, donde las aguas pasaron por encima de la plataforma vial, indica la
magnitud de dicha inundacin.
Foto 1 Puente Colgante "Libertador", ubicado entre San Cristbal y Triba
Fuente: Defensa Civil Estado Tchira (2004).
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Otra inundacin ocurri un ao antes a la cada del Puente Colgante
en la poblacin de "San Bartolom de El Cobre" (Coordenadas Norte
080202Latitud /Oeste 720214Longitud) en el ao de 1942, esta fue una
inundacin bien atpica en un pueblito del Pramo a ms de 2.100 mts. sobre
el nivel de mar, donde es anormal que por dicha altura se inunde, pues
simplemente la lluvia fue tan torrencial que destruyo la poblacin entera,
grandes riadas de aguas bajaron por las faldas de los cerros llevndose todo
por delante. (Monseor Dr. Carlos Snchez Espejo; citado por Defensa Civil
Estado Tchira, 2004) quin en una oportunidad se refiri al inusual hecho
indicando que: "l por casualidad del destino regresaba de La Grita a San
Cristbal por la carretera Trasandina pasando ese da a eso del medio da,
cruzo el pueblo de "El Cobre", bajo el inicio de una lluvia, y observando
grandes nubes muy negras, cuando llegue a San Cristbal al anochecer se
conoci en la ciudad la noticia de la gran tragedia ocurrida en El Cobre",
unos afirman que lo que paso fue la descarga de una Tromba Marina de gran
magnitud, esto es especulativo pero de que si ocurri el fenmeno ocurri y
la gran cantidad casas destruidas como refieren casi la totalidad de las casas
se cayeron por efectos del agua que bajaba por las laderas socavando sus
bases o fundaciones, mas de 200 los muertos, ahogados y desaparecidos de
una poblacin de 800 personas para esa poca.
En fechas ms reciente en los aos 70 para la fecha del 04 de
Diciembre da de Santa Brbara una gran crecida del Ro Torbes se llevo en
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varias partes de la Avenida Marginal del Torbes en San Cristbal, produjo
serios daos entre Puente Real hasta ms all de Ro Fro acabando
sembrados, galpones, casas, residencias, ubicadas en las zonas adyacentes
del ro, incluso la crecida s llev en varias partes la plataforma de la
carretera del llano. La carretera se encuentra en unas cotas bien altas del
nivel de las aguas lo que puede detallar cuan grande fue esa inundacin,
esos das llovi.
Las inundaciones rutinarias ocurren todos los aos; son de menor
magnitud que las antes sealadas y generalmente ocurren cuando el hombre
desafa a la madre naturaleza al construir en las zonas de alivio de los
cauces, viviendas u otras instalaciones que son destruidas peridicamente, y
de manera recurrente vuelven a construir y habitar estas reas
convirtindose en un problema de nunca acabar.
En San Cristbal algunos puntos neurlgicos tienen un suelo arcilloso
y al unirse la pendientes o declives del terreno sumado esto a las lluvias
empieza, dicho terreno se desliza ocasionando serios contratiempos a
estructuras levantadas en estas zonas de peligro colapsando algunas dentro
del cauce de quebradas u hondonadas, esto no ocurre tan solo en los barrios
marginales sino en alguna zonas residenciales que por tener poca pendiente
acumulan las aguas represando estas como ejemplo, la parte baja de la
Urbanizacin Las Lomas, Av. Libertador en San Cristbal.
En la zona Norte y Sur del Estado se registran lluvias de carcter
tormentoso por varias horas llegando a mantenerse por varios das y hasta
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semanas de constante lluvia, estas son copiosas y producen grandes
caudales de aguas que van a desembocar en los ros afluentes al Norte Lago
de Maracaibo y al Sur al Ro Arauca, peridicamente las poblaciones de El
Amparo, La Victoria y Guasdualito en el Mcpio. Pez del Estado Apure y La
Fra y la zona de la carretera Panamericana en el Estado Tchira, sufren las
consecuencias de los desbordamientos de estos grandes volmenes de agua
que por la montaa bajan con velocidad por las pendientes pero al llegar al
llano que es plano las aguas se represan por los sedimentos y poco calado
de profundidad de los ros desbordndose estos e inundando grandes
extensiones de terrenos esto ocurre de esta manera todos los aos.
Sobre lagos, presa o represas tenemos el Complejo Hidroelctrico
Uribante-Caparo, es un peligro latente ya que est asentado en zona
netamente ssmica, puede ocurrir una ruptura y est en el colapso de la
presa.
Como la nica solucin es no habitar en las zonas adyacentes esto
nos hace recordar que por desafiar a la Madre Naturaleza el Hombre comete
grandes errores veamos la tragedia del desbordamiento del Ro Limn en
Maracay, Estado Aragua una de las inundaciones de mayor envergadura
ocurrida en reas urbanas.
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Grfico 1 Inundaciones
Fuente: Defensa Civil Estado Tchira (2004).
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Grfico 2 Inundaciones
Fuente: Defensa Civil Estado Tchira (2004).
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Grfico 3 Inundaciones
Fuente: Defensa Civil Estado Tchira (2004).
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MITIGACION DE LOS EFECTOS DE LAS INUNDACIONES.
Son muy pocos los casos en los cuales es posible solucionar los
problemas de inundaciones de forma permanente. Algunas de las razones
ms importantes que no permiten la solucin son el costo de las obras, los
conflictos socioeconmicos de las regiones que conllevan intereses en el uso
de la tierra, y la escasa factibilidad econmica de este tipo de
proyectos.
Por esta razn se utilizan los trminos Control de Inundaciones o
Mitigacin de los efectos de las Inundaciones para indicar que estos
proyectos tratan de prevenir daos mayores y ofrecen proteccin hasta un
cierto nivel de riesgo.
El costo de las obras est en funcin de la frecuencia del evento de
inundacin. En la proteccin de campos agrcolas, por ejemplo, la frecuencia
de diseo contra inundaciones puede estar entre 5 a 25 aos porque eventos
mayores pueden requerir de obras que valen ms que los cultivos que se van
a proteger.
En otros casos, en los cuales las inundaciones pueden ocasionar
prdidas de vidas humanas puede ser preferible instalar sistemas de alerta o
reubicar la poblacin que se encuentra en peligro, antes que proyectar obras
para frecuencias de 10.000 aos o ms.
Dependiendo de las caractersticas particulares de los casos que
requieren de estudios de control de inundaciones, el procedimiento general
que se sigue es el siguiente:
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1. Delimitar las zonas inundables. Puede hacerse utilizando cartografa,
fotografas areas, topografa de campo, encuestas e inventario de
eventos histricos.
2. Determinar las causas de las inundaciones. Pueden ser
desbordamientos, encharcamientos, deficiencias de drenaje,
avalanchas, obstrucciones o sedimentacin.
3. Realizar estudios Geolgico, Geotcnico, Socioeconmico, Ambiental
e Hidrolgico para delimitar cuencas vertientes, analizar el uso de la
tierra y las corrientes naturales que afectan la zona que se va a
proteger, cuantificar clima, lluvias y caudales lquidos y slidos. Definir
magnitudes de los eventos extremos que pueden generar
inundaciones.
4. Realizar estudios econmicos para cuantificar los perjuicios que han
causado inundaciones anteriores y para estimar los perjuicios futuros,
con niveles de riesgo determinados, sobre las actividades
agropecuarias, industriales y habitacionales de la zona.
5. Realizar estudios Geomorfolgicos y de Hidrulica Fluvial para
conocer la dinmica fluvial y estimar capacidades de los cauces,
estabilidad, trayectorias y tendencias futuras, delimitacin de zonas
inundables para eventos extraordinarios e incidencia de obras civiles
existentes y proyectadas.
6. Disear las obras de mitigacin de los efectos de las inundaciones y
estimar sus costos.
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De una manera general los proyectos de control de inundaciones estudian
las siguientes opciones:
Dejar las cosas como estn y convivir con el problema.
Establecer sistemas de alerta para que la poblacin pueda ponerse a
salvo.
Proyectar la construccin de obras civiles:
Terraplenes protegidos por obras marginales.
Muros en concreto o en gaviones.
Diques longitudinales, denominados tambin Jarillones.
Embalses de regulacin.
Canales de desviacin o By-pass.
RECONOCIMIENTO Y DIAGNOSTICO DE PROBLEMAS DE
DRENAJE.
La experiencia indica que los distintos problemas de drenaje poseen
caractersticas propias, que los hacen nicos. Es decir, ningn proyecto es
idntico a otro, razn por la cual es imprescindible un reconocimiento y un
diagnstico de cada situacin.
CAUSAS DEL PROBLEMA
El exceso de agua sobre el suelo o en el interior del mismo, puede ser
ocasionado principalmente por la conjuncin de uno o ms de los siguientes
factores: precipitaciones, inundaciones, riegos, suelo, topografa y filtraciones.
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PRECIPITACIONES
La accin de la precipitacin se manifiesta fundamentalmente en las
zonas hmedas. En estas zonas, la precipitacin excede a la evaporacin y,
en consecuencia, hay perodos de exceso de humedad, durante los cuales el
suelo se encuentra saturado, y al ocurrir nuevas lluvias, el agua no puede ser
absorbida, aumentando el escurrimiento y produciendo acumulacin en los
terrenos ubicados en posicin ms baja.
SUELOS
Las caractersticas de textura, estructura y de estratificacin, son
determinantes en la formacin de problemas de mal drenaje. Los casos ms
importantes al respecto son los siguientes:
a) Suelos de texturas finas (arcillosas), y de estructura masiva en el estrato
superficial, tienen una baja velocidad de infiltracin.
b) Ocurrencia de depsitos de limo en la superficie de los suelos, formando
costras que impiden la infiltracin.
c) Suelos estratificados, particularmente aquellos que se encuentran en
planos depositacionales de ros o de cenizas volcnicas, presentan
estratos que se comportan como impermeables e impiden el movimiento
vertical del agua.
TOPOGRAFA
Se distinguen tres casos caractersticos, en que la topografa es
causante del problema de drenaje.
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a) Topografas muy planas (< 0,5%), que impiden el libre escurrimiento de
las aguas y con frecuencia causan acumulacin superficial. Este efecto
se agrava con la existencia de microrelieve con pequeas o medianas
depresiones.
b) Suelos de lomaje, de topografa ondulada, tienen un alto escurrimiento
superficial y los excesos se acumulan en las depresiones. Si stas no
poseen una adecuada salida natural, se presentan severos problemas
localizados.
c) Microrelieve con depresiones pequeas y medianas, que dificultan el
movimiento superficial del agua.
CUENCAS
Segn Hernndez (1968, p.2) la cuenca es un volumen terrestre
circunscrito en su superficie por la delimitante de agua que se cierra en un
sitio de inters en un cauce, acotada verticalmente por los espacios
modificables por el hombre y en el cual funcionan un conjunto de sistemas
fsicos, sociales y econmicos muy dinmicos e interrelacionados entre s,
idneos de ser ordenados y manipulados para fines y objetivos especficos.
PARTES TOPOGRFICAS DE UNA CUENCA
Segn lo expresa Hernndez (1968), desde la perspectiva topogrfica
las cuencas se dividen en:
Cauce: Lnea que forman las aguas de escurrimiento concentradas en
la bsqueda por salir de la cuenca. En una cuenca la concentracin del
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escurrimiento se produce desde las partes altas formndose hilillos de agua
que se van uniendo sucesivamente hasta formar la corriente mayor llamada
cauce principal. De esta corriente mayor surgen los cauces secundarios o
tributarios.
En una seccin transversal de un cauce se puede distinguir las partes
siguientes: el lecho, (tramo horizontal), el talud o banco izquierdo (en la
direccin aguas debajo de la corriente), y el talud derecho.
Mediante los taludes se pueden definir la altura hasta donde las
diferentes crecidas alcanzan niveles de aguas de diferentes frecuencias.
Entre los parmetros o variables hidrulicas que caracterizan un cauce
estn la rugosidad, el permetro mojado el rea de transporte, la longitud de
cauce, la pendiente, densidad de drenaje, orden, entre otras.
Segn las pendientes longitudinales el cauce torrencial montaoso o
ros torrenciales poseen pendientes mayores al 2 %. Los cauces de ros de
llanura poseen estas caractersticas menos pronunciadas.
Las corrientes de agua que transitan por los cauces se clasifican de
acuerdo a su permanencia:
Permanente: 90 % o ms, flujo que permanece prcticamente durante
el ao (distinguido en mapas con trazados continuos).
Intermitentes: Poseen agua en solo un 50 % o menos del tiempo;
identificada con trazos discontinuos.
Efmeros: son aquellas corrientes de agua que tienen un caudal solo
unas pocas horas despus de una lluvia.
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Vertientes: comprende el rea existente entre el cauce hasta la
divisoria topogrfica.
Divisoria: son aquellas lneas que circunscriben un rea que tiene un
drenaje comn, o la lnea que separa dos cuencas hidrogrficas vecinas.
ANLISIS MORFOMTRICO DE UNA CUENCA
Mediante ciertos ndices y expresiones numricas es posible analizar
las caractersticas mrficas de una cuenca, entre estas estn:
rea: consiste en la proyeccin horizontal del espacio circunscrito por
la divisoria de la cuenca, expresado generalmente en hectreas o kilmetros
cuadrados, dependiendo de la magnitud de la misma. Segn esta magnitud
se puede clasificar las cuencas en hoyas hidrogrficas, cuencas, subcuencas
o microcuencas. Entre los mtodos ms comunes para medir el rea estn:
el planmetro polar (usando el trazador con brazo paralelo), las plantillas
cuadriculadas (rectngulos con reas predeterminadas) y el digitalizador
electrnico (Programas CAD).
La Forma: Gravelius define el factor de forma (F) como la relacin
entre el ancho promedio de la cuenca (A) a la longitud axial de la misma (L),
medido este ltimo desde la salida de la cuenca hasta el punto ms alejado.
El ancho promedio se obtienen al dividir el rea entre la Longitud axial:
F = A /L
Otro ndice de forma es el ndice de compacidad, definida como la
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relacin entre el permetro del crculo con un rea equivalente a la superficie
de la cuenca. A medida que el ndice de compacidad se acerca a uno, la
cuenca es ms circular.
K = (0.28 * P ) / (A 1/2)
Elevacin de la cuenca: La altitud y la mayor parte de los fenmenos
meteorolgicos tienen una importante relacin. Para tal fin, se utilizan los
valores de las cotas ms altos y ms bajos de la cuenca.
Igualmente suele utilizarse el valor medio de la elevacin que es la
sumatoria del producto de las reas entre curvas de nivel sucesivas por la
elevacin promedio de esas curvas de nivel, dividida por el rea de la
cuenca.
Pendiente de la cuenca: para determinar dicha pendiente suele
utilizarse el mtodo de Alvord.
Perfil longitudinal: consiste en el anlisis de la pendiente de la
cuenca en base a las vertientes y el gradiente a lo largo del
cauce.
Red de Drenaje: estas contempla variables como la longitud del cauce
principal (Km), densidad de drenaje (Dd: longitud total de cauces dividida por
el rea expresada en Km/Km), Densidad de cauces (Dc: nmero de cauces
por unidad de rea), Orden de cauces (grado de ramificacin), Patrn de
drenaje (forma de ramificacin de los tributarios).
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VARIABLES MORFOMTRICAS Y SUS RELACIONES
HIDROLGICAS
1. El pico de crecida (m3/seg) aumenta con el incremento de la superficie
de la cuenca.
2. El caudal especfico (m3/segundo/Km2) disminuye a medida que
aumenta el rea, ya que la posibilidad que toda la cuenca sea cubierta
por una sola tormenta se hace menor.
3. El caudal mnimo (de estiaje) es mayor en funcin del incremento del
rea. Las cuencas grandes tienen ms posibilidad de almacenamiento
de humedad en el valle y por lo tanto mayor capacidad de alimentar la
corriente de aguas durante los meses de verano.
4. A medida que el ndice de compacidad tiende a cuencas circulares
aumenta el riesgo de crecidas.
5. El riesgo de crecidas en una cuenca alargada es mayor
cuando la tormenta se mueve aguas abajo que en el caso
contrario.
6. A mayor altura de la cuenca habr menor evapotranspiracin.
7. A mayor altura aumenta la precipitacin. Por encima de cierta cota
topogrfica esta relacin se hace inversa. El estudio del perfil
pluviomtrico de la regin permite conocer cuando se produce la
inversin.
8. A mayor pendiente media mayor magnitud de las crecidas, como
factor de mucha relevancia hidrolgica.
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9. En el caso que la pendiente sea alta, entonces la oportunidad de
infiltracin es menor, el flujo superficial es mayor, la velocidad de la
escorrenta superficial es mayor, as tambin la capacidad de arrastre
y la recarga de aguas subterrneas es menor que si se compra con
una zona de pendiente baja.
10. A mayor densidad de drenaje la eficiencia del drenaje (la rapidez de la
evacuacin) es mayor. Es decir, el tiempo de respuesta hidrolgica es
ms corto s el nmero y arreglo de los cauces es eficiente (bien
distribuidos y numerosos).
11. El drenaje dendrtico se asocia con reas donde la roca y el manto
meteorizado ofrecen una resistencia uniforme a la erosin.
12. El drenaje tipo rectangular se consigue en reas donde las
fallas geolgicas y las zonas de debilidad obligan a rutas
determinadas.
TIEMPO DE CONCENTRACIN
Surez (1984), el tiempo de concentracin se define como el tiempo
que tarda una gota en recorrer el trayecto desde el punto ms alejado de la
cuenca hasta el punto considerado, llamado tambin sitio de concentracin, o
sitio de clculo.
El tiempo de concentracin depende de la longitud mxima que debe
recorrer el agua hasta la salida de la cuenca, y de la velocidad promedio que
adquiere el flujo a lo largo del recorrido. Dicha velocidad esta en funcin de
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las pendientes del terreno y de los cauces, as como de la rugosidad
superficial.
El valor de Tc puede calcularse mediante la ecuacin de
Kirpich:
Tc = 0.0195 * (L / H)0.385
TV: Tiempo de concentracin (minutos).
L: Recorrido encauzado (metros).
H: Desnivel del Cauce (metros).
Segn la Frmula de Bureau of Reclamation:
Tc = ( 0.886 * L3 / H) 0.385
Tc = Tiempo de concentracin (horas)
L = Longitud de recorrido (km)
H = Desnivel entre el punto considerado y el primer imbornal (metros)
Otra forma de clculo planteada es la siguiente:
Tc = 0.3 * (L / J1/4) 0.76 =
Tc = tiempo de concentracin (en horas)
L = Longitud del cauce (km)
J = Pendiente media (%)
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CLCULO DE LA PRECIPITACIN
Es importante para el balance hdrico la cuantificacin de la lluvia para
un intervalo de tiempo especfico. A continuacin se describirn los tres
mtodos generalmente ms utilizados.
a. Promedio Aritmtico
El mtodo aritmtico da una buena estimacin si los pluviomtricos
estn uniformemente distribuidos en la cuenca, si el rea de la cuenca es
plana y la variacin de las medidas entre los pluvimetros entre es pequea
despreciable.
P = in
iP
n=11
Donde:
n = nmero de pluvimetros
Pi = precipitacin registrada en el pluvimetro i (mm)
P = precipitacin media (mm)
b. Polgonos de Thiessen
Este mtodo proporciona un promedio ponderado de los registros
pluviomtricos de las estaciones que tienen influencia sobre el rea. Para
asignar el grado de influencia o ponderacin en un mapa de la cuenca se
unen los puntos de las estaciones mediante lneas rectas a las cuales se les
traza las mediatrices formando polgonos. Los lados de los polgonos
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conforman el lmite de las reas de influencia de cada estacin. La figura 1
muestra los polgonos de Thiessen de acuerdo con la distribucin de los
pluvimetros en el mapa y la tabla 1 un ejemplo en el clculo de la
precipitacin media de la cuenca.
Figura 1
Polgonos de Thiessen
Fuente: Brandt y Nieto (2004).
P = i
n
i
ii
n
i
A
PA
=
=
1
1)(
Donde:
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n = Nmero de pluvimetros
Pi = Precipitacin registrada en el pluvimetro
Ai = rea de influencia correspondiente al pluvimetro i,
resultante del mtodo de polgonos de Thiessen.
Cuadro 1
Ejemplo de clculo de precipitacin media - Polgonos de Thiessen
Estacin Lluvia (mm) rea (km2) Lluvia ponderada (mm*km2)
P est.1 10 0.22 2.2
P est.2 20 4.02 80.4
P est.3 30 1.35 40.5
P est.4 40 1.60 64.0
P est.5 50 1.95 97.5
9.14 284.6
Precipitacin media = 284.6 (mm.*km.2) / 9.14 (km2) = 31.1 mm
Fuente: Brandt y Nieto (2004).
c. Curvas Isoyetas.
Es el mtodo ms preciso. Las isoyetas son lneas que unen puntos
de igual precipitacin; se trazan usando informacin de estaciones
localizadas dentro y fuera de la cuenca, la metodologa del trazado de estas
curvas es similar a la usada para las curvas de nivel, pero aqu la altura de
agua precipitada reemplaza la cota del terreno. La figura 2 muestra las
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isoyetas en la cuenca hidrogrfica.
Figura 2
Curvas isoyetas
Fuente: Brandt y Nieto (2004).
Este mtodo promedia la precipitacin de dos isoyetas consecutivas y
se le asigna un peso o ponderacin proporcional a la sub rea entre las dos
isoyetas.
P =
1,
1
1
1,1
1
1)
2(
+
=
++
=
+
ii
n
i
iiii
n
i
A
APP
Donde:
n = Nmero de curvas de igual precipitacin
Pi = Precipitacin correspondiente a la curva de igual precipitacin
Pi+1 = Precipitacin correspondiente a la curva de igual precipitacin
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Ai, i+1 = rea entre las curvas de igual precipitacin i e i+1
CURVAS IDF En el anlisis de la distribucin de la precipitacin en un punto es necesario,
adems de conocer la relacin entre la intensidad y la duracin de la tormenta
(curvas I.D.), introducir el concepto de probabilidad o frecuencia de dicha
precipitacin con el fin de poder evaluar riesgos y tomar las precauciones
necesarias. En consecuencia han de estudiarse las curvas I.D.F. (intensidad-
duracin-frecuencia), que pueden expresarse de forma general mediante la
ecuacin siguiente:
siendo:
i- intensidad de la tormenta
t- tiempo de duracin de la tormenta
T- periodo de retorno en aos (25 y 100 aos)
siendo a, b, m y n parmetros que dependen de las condiciones
meteorolgicas existentes.
LAGUNAS DE DETENCION.
Las lagunas de detencin de aguas-lluvias son uno de los medios
utilizados para manejar las aguas de las tormentas. Una laguna de este tipo
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puede variar desde una simple estructura tal como el efecto de remanso
aguas arriba de una alcantarilla de carretera hasta un embalse grande con
mecanismos de control sofisticados.
La detencin es mantener la escorrenta por un perodo corto antes de
devolverla a su curso de agua natural. Los trminos de: detencin y retencin
tienden a ser confundidos. La retencin es mantener el agua en un sitio de
almacenamiento durante un perodo considerable con propsitos estticos,
de consumo, para agricultura, y otros. Puede que el agua nunca se
descargue en un curso de agua natural y por el contrario sea consumida por
plantas, evaporacin o infiltracin en el suelo. Las estructuras de detencin
generalmente no reducen en forma significativa el volumen total de la
escorrenta superficial, sino que simplemente reducen las tasas de caudal
pico redistribuyendo el hidrograma de caudal. Sin embargo, existen algunas
excepciones: por ejemplo, el volumen de escorrenta superficial reducido de
reas trabajadas con movimientos de suelo y la escorrenta superficial
reducida en embalses de detencin en suelos granulares.
La detencin in-situ del agua-lluvia es el almacenamiento de la
escorrenta cerca del sitio donde ocurre la precipitacin. En algunas
aplicaciones, la escorrenta puede conducirse primero pequeas distancias
mediante colectores adyacentes o localizados en el sitio donde se ubica la
estructura de detencin. La detencin in-situ es diferente a la detencin
aguas abajo, debido a su proximidad al extremo aguas arriba de la cuenca y
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al uso de estructuras de detencin pequeas en contraste con las presas
grandes normalmente asociadas con la detencin aguas abajo.
El concepto de detener la escorrenta y liberarla a una tasa regulada
es un principio importante en el manejo de aguas-lluvias. Existen varios
mtodos para la detencin de aguas-lluvias, incluyendo el almacenamiento
subterrneo, el almacenamiento en embalses y estanques, el
almacenamiento en parqueaderos, etc.
Varias consideraciones se hayan involucradas en el diseo para la
detencin de aguas-lluvias. Estas son:
1. La seleccin de un evento de lluvia de diseo.
2. El volumen de almacenamiento necesario.
3. La tasa de liberacin mxima permitida.
4. Los requerimientos y oportunidades para el control de
contaminacin.
5. Los diseos de las estructuras de salida para la liberacin del
agua detenida.
Una laguna de retencin mantiene un volumen permamentemente
ocupado por aguas, el cual es reemplazado total o parcialmente durante las
tormentas, sobre este volumen permanente se provee de un volumen
adicional destinado a amortiguar las crecidas provocadas por las aguas
lluvias, estas lagunas de retencin son similares a los estanques de retencin
ya que estn diseadas para captar y retener un volumen de agua
determinado para las tormentas ms frecuentes, la diferencia es que en este
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caso el agua que se incorpora en cada tormenta se mezcla con el agua
retenida anteriormente en el volumen permanente al almacenarse sobre l.
El volumen captado adicional al volumen permanente se evacua
despus de cada tormenta en un periodo del orden de 12 horas,
habitualmente estas lagunas de retencin requieren la alimentacin de un
flujo continuo durante los periodos entre tormentas para mantener el volumen
de agua permanente.
Las lagunas de retencin pueden emplearse para controlar la
escorrenta urbana procedente de calles, estacionamientos, barrios
residenciales, reas comerciales y sitios industriales.
Este tipo de lagunas puede emplearse en conjunto con otras obras
alternativas de control de las aguas lluvias en el mismo lugar tanto aguas
arriba como hacia aguas abajo, pudiendo tambin satisfacer mltiples
objetivos, como proveer de agua para incendios, riego y recreacin.
Los objetivos principales son:
Disminuyen el caudal mximo. Permiten otros usos alternativos. Mejora la calidad del efluente.
Para cumplir con el objetivo principal de disminuir los caudales
mximos se debe colocar la laguna inmediatamente aguas abajo de la zona
urbanizada que sirve, descargando hacia el sistema de drenaje.
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Las ventajas que presentan las lagunas de retencin son que pueden
ser muy apropiadas para reas aportantes relativamente grandes, remocin
de moderada a alta de la mayora de los contaminantes urbanos, espacio
para la recreacin, paisajismo y reas abiertas, riego de reas verdes, etc.
Una de las desventajas que presenta este sistema es que resulta ms
difcil limpiar los sedimentos atrapados que en los estanques, si reciben
aguas poco limpias se pueden observar problemas de cuerpos flotantes,
espumas, crecimiento de indiscriminado de algas, olores, y en algunos casos
mosquitos.
El crecimiento de plantas acuticas puede causar problemas en los
elementos de evacuacin, el volumen permanente de agua puede atraer una
sobrepoblacin de aves acuticas, lo cul puede producir suciedad por
materia fecal.
3. OPERACIONALIZACIN DE LA VARIABLE.
3.1. Definicin Nominal: Laguna de Detencin.
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3.2. Definicin Conceptual: Una laguna de detencin es una estructura de
control de aguas pluviales formada por una depresin natural o excavada
que permite la detencin del Escurrimiento Superficial de un rea
completamente desarrollada, controlando las descargas de flujo aguas abajo,
tomando en consideracin el caudal producido antes del desarrollo.
3.3. Definicin Operacional: Consiste en el desarrollo de un sistema capaz
de controlar el flujo de aguas pluviales provenientes de inundaciones en el
Sector Las Lomas del Estado Tchira.
Cuadro 2
Cuadro de Operacionalizacin
Objetivo Especfico Variable Dimensin IndicadorZonas InundablesCausas de las InundacionesPrecipitacionesSuelosTopografaCuencasAnlisis HidrolgicoAnlisis EconmicoAnlisis Social
Disear un modelo de Laguna de Detencin
adecuado en relacin con las caractersticas del lugar
Diseo de
Laguna de
Detencin
De acuerdo a las caractersticas de las inundaciones presentes en el sitio
Calcular la Laguna de Detencin seleccionada de
acuerdo con las condiciones planteadas
Clculo de
Laguna de
Detencin
De acuerdo a las
condiciones planteadas
Lagunas de Detencin
Evaluar las caractersticas de
las inundaciones que ocurren
en el sector
Caractersticas
de la
InundacionesAnalizar las diferentes
soluciones al problema de las
inundaciones
Soluciones al
Problema de
Inundaciones
Fuente: Brandt y Nieto (2005).
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MARCO METODOLGICO
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CAPTULO III
MARCO METODOLGICO
3.1.- Tipo de Investigacin.
La investigacin est enmarcada dentro de la modalidad de Proyecto
Factible, apoyado en un estudio de Campo. La seleccin de esta modalidad
metodolgica se sustent en el hecho de que, para el cumplimiento de los
objetivos propuestos en el proceso investigativo, se haca necesario, en primer
lugar, recopilar informaciones primarias en la realidad objeto de la
investigacin, lo cual es posible a travs de una investigacin de Campo.
Segn Chvez (2001, p. 135) son todas aquellas que se orientan a
recolectar informaciones relacionadas con el estado real de las personas,
objetos, situaciones o fenmenos, tal cual como se presentaron el momento de
su recoleccin.
Adems, este estudio se fundament en una investigacin descriptiva, la
cual "consiste en la caracterizacin de un hecho, fenmeno o grupo con el fin
de establecer su estructura o comportamiento" (Arias, 1999).
Bavaresco (2001, p. 26), expresa que las investigaciones descriptivas
van en la bsqueda de aquellos aspectos que se desean conocer y de los que
se pretende obtener respuesta.
El fin inicial de la presente investigacin es en discernir en las diferentes
fuentes bibliogrficas recolectadas con el objeto de analizar el diseo de
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lagunas de detencin y las distintas caractersticas, condiciones y parmetros
necesarios para cumplir con los objetivos especficos planteados.
Fue necesario a la hora de desarrollar la investigacin, contrastar
diferentes teoras y postulados del rea de hidrulica, muy especficamente de
la hidrologa.
3.2.- Diseo de la Investigacin
La investigacin se desarroll en tres fases: Diagnstico, Factibilidad y
Diseo.
La fase de Diagnstico se estableci en el estudio de Campo, en la cual
se evalu las condiciones actuales de la cuenca actuante en la quebrada
ubicada en el sector de Las Lomas, Municipio San Cristbal Estado Tchira, a
travs de los estudios hidrolgicos necesarios para satisfacer los objetivos de
la investigacin.
La fase de Factibilidad est referida a la determinacin de los aspectos
que hacen factible la propuesta desde el punto de vista legal, econmico y
social. Los aspectos concernientes a esta fase se exponen al final del presente
captulo.
La fase de Diseo, consiste en el diseo de la propuesta, es decir el
dimensionamiento del modelo de obra hidrulica, en el presente caso de las
lagunas de detencin.
3.3.- Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos
Dada la naturaleza de la investigacin y en funcin de los objetivos
propuestos en la misma, se emple, en primer lugar, la observacin directa,
tcnica que Tamayo (1997) considera fundamental para el anlisis de cualquier
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hecho social o fsico, y quien la define como aquella en la cual el investigador
puede observar y recoger datos mediante su propia observacin, que en este
caso estuvieron referidos a las condiciones en las cuales se encuentra la
cuenca donde se observa deslizamientos y desbordamientos continuos,
arrastre de sedimentos e inundaciones a las reas adyacentes.
La ejecucin de los estudios, de acuerdo al diseo metodolgico, debe
basarse en los procedimientos ms comunes a fin de llevar a cabo los mismos
y, as satisfacer los requerimientos exigidos para el clculo y diseo de la obra
hidrulica.
3.4.- Tcnicas de Anlisis
Una vez conseguidas las informaciones compiladas a travs de la
observacin, se procedi al anlisis descriptivo de los resultados con el soporte
de la representacin grfica y tabular, con el objeto de determinar y analizar los
aspectos favorables o desfavorables presentes en la realidad hidrogrfica
objeto del estudio (cuenca quebrada la Blanca), como base para establecer las
pautas tericas prcticas que han de seguirse para el diseo de la propuesta
hidrulica. Al culminar la fase de Diagnstico, se procedi a realizar la fase de
Factibilidad y la de Diseo.
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ANLISIS DE LOS RESULTADOS
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CAPTULO IV
RESULTADOS
Despus del diagnstico planteado acorde al problema que se presenta
con el desbordamiento de la quebrada La Blanca, es relevante indicar que
segn los habitantes de la zona, dicho desbordamiento sobrepasa la altura
del canal existente en la va principal del sector Las Lomas.
Para tal fin, se analiz la informacin topogrfica contenida en los
planos aerofogrmetricos de San Cristbal, elaborados con fotografas
areas a escala 1:125000, por el entonces Ministerio de Desarrollo Urbano,
de donde se obtuvieron los planos generales de la zona con el objetivo de
determinar el rea de la hoya hidrogrfica de la quebrada La Blanca.
El rea de la hoya hidrogrfica, la pendiente longitudinal del cauce,
naturaleza topogrfica de la hoya, densidad ocupada y libre reconstrucciones
en la hoya, se obtuvo de dichos planos aerofotogrmetricos disponibles.
Los datos de intensidad de las lluvias, frecuencia, duracin, etc. Se
obtuvieron de publicaciones especializadas que ofrecen esos datos por
regiones.
Los datos sobre las caractersticas del subsuelo se obtuvieron por
medio de la inspeccin ocular con la finalidad de determinar los materiales
que conforman las mrgenes y el lecho de la quebrada.
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A continuacin se presentan algunas fotos de la zona en cuestin,
muy especficamente de la quebrada La Blanca.
Fotos 2 Quebrada La Blanca
Fuente: Brandt y Nieto (2005)
En estas fotos se puede apreciar el estado de la quebrada La Blanca,
y diferentes estructuras o edificaciones muy cercanas a esta, que determina
una alta vulnerabilidad a las crecientes y a las precipitaciones.
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Fotos 3 Quebrada La Blanca
Fuente: Brandt y Nieto (2005)
CARACTERSTICAS DE LAS INUNDACIONES EN EL SECTOR LAS
LOMAS DEL ESTADO TCHIRA
Zonas Inundables
El tipo de la zona inundable se califica del tipo (3) Desbordamiento de
corrientes naturales, ya que el problema de las inundaciones en el sector las
Lomas ocurre con el crecimiento y desbordamiento de la Quebrada La
Blanca.
Causas de las Inundaciones
Mediante una inspeccin ocular realizada a la zona, mediante la
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observacin de fotos y la realizacin de entrevistas de habitantes y vecinos
del sector, las causas aparentes de las inundaciones son:
1) Construccin de viviendas u otras instalaciones en zonas de alivio de
los cauces de la quebrada La Blanca; instalaciones que son destruidas
peridicamente, y de manera recurrente vuelven a construirse y habitar en
estas reas, convirtindose en un problema de nunca acabar.
2) En San Cristbal algunos puntos neurlgicos tienen un suelo arcilloso
y al unirse la pendientes o declives del terreno sumado esto a las lluvias
empieza, dicho terreno se desliza ocasionando serios contratiempos a
estructuras levantadas en estas zonas de peligro colapsando algunas dentro
del cauce de quebradas u hondonadas, esto no ocurre tan solo en los barrios
marginales sino en alguna zonas residenciales que por tener poca pendiente
acumulan las aguas represando estas como ejemplo, la parte baja de la
Urbanizacin Las Lomas, Av. Libertador en San Cristbal.
3) Bajo niveles de limpieza y mantenimiento de la quebrada La Blanca.
4) Entre otros.
Precipitaciones
Los efectos de las precipitaciones en la zona se manifiestan
principalmente por la humedad existente en esta zona. En el sector Las
Lomas del Estado Tchira, las precipitaciones exceden a la evaporacin y, en
consecuencia, hay perodos de exceso de humedad, durante los cuales el
suelo se encuentra saturado, y al ocurrir nuevas lluvias, el agua no puede ser
absorbida, aumentando el escurrimiento y produciendo acumulacin en los
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terrenos ubicados en posiciones ms baja.
Suelos
Se esta en presencia de suelos de textura fina (arcillosa), y de
estructura masiva en el estrato superficial, tienen una baja velocidad de
infiltracin, lo que produce una importante acumulacin de agua o
encharcamiento en la superficie.
Topografa
El sector Las Lomas presenta suelos de lomaje, de topografa
ondulada, con un alto escurrimiento superficial, donde los excesos se
acumulan en las depresiones. Al no poseer esta zona una adecuada salida
natural, se presentan severos problemas localizados y puntuales.
Caractersticas de la Cuenca de La Quebrada La Blanca
Las caractersticas de la cuenca de la Quebrada La Banca son las
siguientes:
En cuanto a la permanencia del flujo este es intermitentes, ya que el cauce posee agua en solo un 50 % o menos del tiempo.
En cuanto al ndice de capacidad de Gravelius, que evala la forma de la cuenca:
Kc = Permetro de la cuenca (P) / Permetro de un circulo de igual rea
(A).
APKc = 282.0
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P = 15.1 Km
A = 7.1875 km
Kc = 1.5883
Si A > Kc la cuenca tiene entonces forma alargada.
Clculo de la Densidad de Drenaje: Dd = L / A = 6.2 Km / 7.1875 km2 = 0.8626 km / km
Como la densidad de drenaje se aproxima a la unidad la cuenca tiene
tendencia a la creciente.
SOLUCIN O PROPUESTA AL PROBLEMA DE LAS INUNDACIONES EN
EL SECTOR LA BLANCA
Como se ha mencionado anteriormente, los problemas de
inundaciones en el sector Las Lomas del Estado Tchira ocurren
principalmente por la crecida de la quebrada La Blanca, para tal fin se
propone disear 3 lagunas de detencin de las lagunas
REA DE LA CUENCA QUEBRADA BLANCA
La delimitacin y trazado de los afluentes hdricos de la cuenca, se
realiz para conocer los linderos del rea drenada en la cuenca representada
en el anexo A, utilizando como referencia las curvas de nivel del mapa y
determinado as la direccin del agua al momento de drenar en la superficie,
as como el aporte de caudal a la cuenca correspondiente en ese caso
particular a la quebrada La Blanca.
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Por medio del mtodo del punto o la malla se obtuvo el rea total de la
cuenca. Este mtodo consiste en trazar la cuenca delimitada sobre un papel
milimetrado. Una vez realizado este procedimiento, se cont el total de
puntos que estaban dentro de trazado. El total de puntos contabilizados fue
de 115 puntos.
Cada cuadrcula posee un ancho y alto a escala de 250m, es decir, que
el rea total de una cuadrcula es de
Ac = 250 x 250 = 62.500m2 ;
rea Total = 115 ptos x 62.500 m2/ptos. =
= 7.187.500,00 m2 7,1875 km 718,75 Ha
PENDIENTE DE LA CUENCA QUEBRADA LA BLANCA
La pendiente promedio se calcul mediante la frmula:
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LLHH
P =
H1 = 1350 m
H2 = 780 m
L1 L2 = 6200 m
P = 0.092
Mediante la misma se obtuvo una pendiente promedio de 0.092
aproximadamente.
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CLCULO DEL FACTOR DE FORMA
B = A / L = 7.1875 km2 / 6.2 km = 1.1593 km
Kf = B / L = 1.1593 km / 6.2 Km = 0.187
TIEMPO DE CONCENTRACIN
Segn Frmula de Bureau of Reclamation:
Tc = ( 0.886 * L3 / H) 0.385
Tc = Tiempo de concentracin (horas)
L = Longitud de recorrido (km) = 6.2 km.
H = Desnivel entre el punto considerado y el primer imbornal (metros)
H = 1350 m 780 m = 570 m
Tc = (0.886 * 6.2 3 / 570) 0.385
Tc = 0.6823 Horas 40.94 minutos
El valor de Tc puede calcularse igualmente mediante la ecuacin de
Kirpich:
Tc = 0.0195 * (L / H)0.385
Tc: Tiempo de viaje (minutos).
L: Recorrido encauzado (M).
H: Desnivel del Cauce.
Tc = 0.0195 * (6200 / 570)0.385
Tc = 40.67 minutos
Otra forma de clculo planteada es la siguiente:
Tc = 0.3 * (L / J1/4) 0.76 =
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Tc = tiempo de concentracin (en horas)
L = Longitud del cauce (km) = 6.2 km
J = Pendiente media = 0.092 9.2 %
Tc = 0.3 * (6.2 / 9.21/4) 0.76 = 0.7874 horas 47.25 minutos
Por tal motivo se estima la condicin ms desfavorable de las anteriores
expresiones, Tc = 47,25 minutos
INTENSIDAD DE LA LLUVIA
Debido a que no se encontr la informacin necesaria del anlisis
pluviogramtrico, se decidi utilizar las curvas de intensidad-frecuencia-
duracin (I-D-F) para 18 regiones pluviogrficas. La cuenca se ubica en la
zona IV, que es una de las 18 zonas con iguales caractersticas de
precipitacin en que se ha dividido el pas. Para cada una de estas regiones
se ha preparado diferentes curvas de intensidad-frecuencia-duracin (I-F-D)
(Ver anexo B).
La duracin de la lluvia de diseo ser igual al tiempo concentracin
calculado anteriormente.
COEFICIENTE DE ESCORRENTA
Se asume un tipo de suelo de suelo semipermeable, pendiente media,
con pastos vegetacin ligera, se determina as un coeficiente de escorrenta
de C = 0.45 (Ver Figura 3).
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Figura 3 Coeficiente de Escorrenta
Fuente: (2005) Centro Nacional de Informacin y Comunicacin Educativa,
Ministerio de Educacin y Ciencia. Madrid, Espaa).
TIEMPO DE RETORNO
Segn el autor Rivas (1983, p. 68) tomando las normas INOS (1975)
se recomienda la eleccin de frecuencia para un valor de 50 o ms aos
correspondientes a obras de canalizacin de cursos naturales, ros o
quebradas.
CLCULO DEL CAUDAL DE DISEO
Mtodo Racional
Aunque Carciente (1986) expresa que esta frmula slo es confiable
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para cuencas menores a 500 ha, ya que corresponde a una frecuencia de
aproximadamente 300 aos, lo cual es un valor considerado muy alto para el
diseo de este anlisis, por simple comparacin con otras expresiones fue
inicialmente calculada.
Q = C * I * A =
C = 0.45
I = Para un tiempo de concentracin de 47,25 minutos, Tr = 50 aos, se
estima una intensidad de lluvia segn Anexo B (Zona 4) 325 lts / seg / ha
A = 7.187.500 m2
A = 718,75 Ha
Q = 0.45 * 325 lts/seg / ha * 718,75 Ha = 105.117,19 lts /seg
Mtodo de Burkli-Ziegler
Q = 27.78 * C * I * S1/4 * A 3/4
Q =27,78*0,45*[(325 l/seg/ha)*(1mm/h)/(2,78 lts/seg/ha)]*0.091/4 * 718,753/4
Q = 111.116.19 lts/seg
Q = Gasto mximo en l/s
C = coeficiente de escurrimiento
I = Intensidad de lluvia en mm/h
P = Pendiente del terreno
A = rea por drenar en Ha
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DISEO DE LAS LAGUNAS DE DETECCIN
Para el diseo de las lagunas de deteccin se estima utilizar el
caudal mximo promedio calculado mediante el mtodo de Burkli
Ziegler, que arroja un valor de Q = 111.116,19 lts/seg (111,116 m3 / seg).
Caudal promedio de la Quebrada La Blanca (ver anexo C) = 287 lts/seg
(0.287 m3/seg).
Obtenido el caudal total se le suma el caudal del afluente el cual ha sido
medido en poca de verano el cual es de 0.287 m3/seg
Caudal de diseo = 111,116 m3/seg + 0,287 m3/seg =
= 111,403 m3/seg
Para estimar el volumen de las lagunas de deteccin se estima definir la
duracin de la lluvia en base al Tc calculado, ya que se supone que la
quebrada a logrado drenar el caudal anterior acumulado y descargado en el
Ri Torbes.
Se supone que con una lluvia de igual al caudal de diseo y de duracin
menor del Tc, las lagunas sean capaces de soportar todo el volumen
producido por la precipitacin. Sin embargo, si la lluvia temporalmente
hablando se intensifica, se estima que mucha de la cantidad de agua
excedente sea compensada con la cantidad descargada en el ro Torbes.
Tc = 47,25 minutos 2835 seg
Qdiseo = 111,403 m3/seg
Suponiendo la misma capacidad de las lagunas =
Qdiseo = 111,403 m3/seg / 3 lagunas = 37,134 m3/seg/laguna
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Volumen total por laguna = 37,134 m3 / seg * 2835 seg = 105274,89 m3
Para el diseo de la laguna detencin se analizar la forma de la misma
indicada en la siguiente figura:
L1 H
L2
Asumiendo misma seccin se estima realizar para los 2 lados la misma
seccin. Para Lt = L1 + L2 L1 = L2 Lt = L1 / 2 = L2 / 2
Se asumen Lt mxima para cada laguna, un valor mximo de 300
metros (L1 = L2 = 150 metros).
Sin embargo, se evala cual es la profundidad mnima que debe tener la
laguna.
Volumen Total = H * Lt /2 * Lt /2 = H * Lt / 3 = 105.274,89 m
= H * 300 / 3 = 105.274,89
= H * 30000 = 105.274,89
= H = 3.509 m 3,55 metros
Se estima construir estas lagunas con un adecuado movimiento de
tierra y la colocacin de mantos de polietilenos de juntas soldadas de 1000
micrones de espesor color negro, para realizar una solucin econmica.
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Figura 4
Laguna de Detencin
Fuente: Brand y Nieto (2005).
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Aunque es una construccin muchos ms econmica, esta exige un
mayor mantenimiento, ya que no solo se presentaran problemas de
sedimentacin, sino que los mantos pueden tender a romper o deteriorarse
con el pasar del tiempo, sera conveniente entonces evaluar factibilidades
econmicas contra estructuras de concreto armado que tienen vidas tiles
mayores.
Desde el punto de vista social, se debe concienciar a los habitantes de
la zona el de no arrojar desperdicios en la quebrada La Blanca para evitar
daos en la laguna de detencin, ya que dichos podran deteriorar y disminuir
la vida til de la obra en cuestin.
Con los anteriores anlisis, se evaluaron los factores econmicos,
hidrolgicos y sociales en la construccin de las lagunas de detencin a lo
largo del recorrido de la quebrada La Blanca, dispuesta en zonas que la
topografa y el espacio lo permita, ya que se esta hablando de una laguna de
90.000 m2 cada una.
De no poseerse esta extensin de terreno, debe optimizarse hasta
alcanzar una profundidad no tan importante que no le permita a la maquinaria
realizar las excavaciones y el movimiento de tierras para la conformacin de
la laguna.
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Adems, estas lagunas deben disponerse lo ms cerca posible a la
efluente final que es el ro Torbes, ya que nada se hace en colocar las
mismas muy aguas arribas. Es conveniente permitir que la ubicacin de las
lagunas permita recolectar aguas abajo la mayor cantidad de agua
recolectada por La Quebrada La Blanca y disminuir la posibilidad de la
inundacin de esta, que es la principal causa del problema.
Aunque se esta proyectando construir para reducir costos lagunas con
manto de polietileno, el costo de cada laguna, es de 4.820.111.345,11 Bs, lo
que evidencia, poca factibilidad econmica.
No obstante, este costo son solo los costos de construccin, no incluye
los gastos administrativos que se generan por el mismo, como gastos en
inspeccin, entre otros.
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CONCLUSIONES
Unas vez finalizado el desarrollo de la presente investigacin, se llega
a la conclusin, de que las ltimas lluvias en el pas y muy especficamente
a lo que compete a la presente investigacin que es el anlisis en el sector
las Lomas del Estado Tchira, que es necesario indiferentemente a la
solucin que se adopte establecer algn mecanismo hidrulico que le permita
a la Quebrada La Blanca, soportar el caudal que ocasionan las
precipitaciones en la cuenca.
No obstante, la presente investigacin ante la bsqueda del desarrollo
de una obra hidrulica tanto factible como econmica, se plantearon las
siguientes consideraciones:
1. La estructura planteada aunque muy grande en cuanto a extensin se
refiere, la zona posee suficiente espacio para soportarla.
2. Las lagunas se plantean ser construidas mediante el movimiento de
tierras y la impermeabilizacin del rea con mantos de polietileno de alta
densidad soldadas trmicamente en sus juntas. Aunque esta solucin es la
ms econmica, se puede evaluar la construccin de las mismas mediante
estructuras de concreto armado para aumentar la vida til de la obra.
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3. Aunque el costo de laguna fabricada con geotextil, es relevantemente
bajo en comparacin con una estructura de concreto, todava el precio es
muy alto para considerarse una excelente alternativa econmica.
4. Es importante destacar que toda estructura que se plantee deber
estar acompaada de un plan de mantenimiento adaptado a las condiciones
de la solucin adoptada.
5. Las lagunas de detencin estn diseadas para soportar el caudal
mximo, permitindole a cada laguna controlar el gasto en la Quebrada La
Blanca.
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RECOMENDACIONES
Mediante los resultados obtenidos se ofrecen las siguientes
recomendaciones:
1) Evaluar la posibilidad de optimizar la funcin controladora de las
lagunas de detencin, con la construccin de canales en las zonas
ms crticas de la Quebrada La Blanca.
2) Construir un diagrama de Intensidad Frecuencia Duracin
mediante datos de precipitacin arrojados por los organismos
competentes, mediante el uso de mtodos como el de Gumbel, para
optimizar y construir nuevas curvas de precipitaciones ms adaptadas
a la cuenca.
3) Considerar aplicar esta solucin parcialmente (Lagunas de detencin),
es decir, construir una primera laguna de detencin para evaluar la
operatividad de la obra hidrulica como posible solucin ante las
crecidas de la quebrada La Blanca.
4) Evaluar las consecuencias de la construccin ya sea de las lagunas
de detencin o de otra estructura hidrulica, ante la descarga de la
quebrada La Blanca al Rio Torbes; ya que permitir a la quebrada
mejorar las condiciones para el manejo de los caudales causados por
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precitaciones pueden incidir en un aumento significativo del Caudal del
Rio Torbes.
5) Desarrollar nuevas propuestas de estructuras de detencin en el
control de inundaciones para evaluar opciones ms econmicas de
solucin de la problemtica.
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BIBLIOGRAFIA
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00 PORTADA.doc001- APROBACIONDEL TUTOR.doc03 RESUMEN.doc01 INDICE.docINDICE GENERAL p.piiiiivviviiiixxxixiixiiixivxv16171720202021222324255455566075777981
02 INDICE DE FIGURAS.doc NDICE DE FOTOS NDICE DE GRFICOS NDICE DE FIGURAS NDICE DE CUADROS NDICE DE ANEXOS
04 ABSTRACT.doc06 INTRODUCCION.doc07 CAPITULO I - PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.docDelimitacin de la Investigacin
08 CAPITULO II - MARCO TERICO.docRECONOCIMIENTO Y DIAGNOSTICO DE PROBLEMAS DE DRENAJE. CAUSAS DEL PROBLEMA Cuadro 2
09 CAPTULO 3 - MARCO METODOLOGICO.doc10 CAPITULO 4 - ANALISIS DE LOS RESULTADOS.doc11 CONCLUSIONES.doc12 RECOMENDACIONES.doc13 BIBLIOGRAFIA.doc
