“PROPUESTA
DEFENSA RIBEREÑA PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES EN LA CUENCA CHICAMA – TRAMO PUENTE CAREAGA AGUAS ABAJO” DOCENTE: ING. GARCIA RIVERA, JUAN PABLO ESTUDIANTE: AGUILAR ZÚÑIGA, ROIS MAULLERS
TRUJILLO – PERÚ 2017
INDICE CAPITULO I: EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1.-PLANTEAMIENTO 1.1.-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: PROBLEMA: 1.2.-FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.3.-OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN 1.3.1.-OBJETIVOS 1.3.1.-OBJETIVOS GENERALES GENERALES 1.3.2.-OBJETIVOS 1.3.2.-OBJETIVOS ESPECÍFICOS CAPITULO II: BASES DEL ESTUDIO MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES DEL ESTUDIO 2.1.1 GENERALIDADES GENERALIDADES 2.1.1.1 UBICACION UBICACION 2.1.2 ANTECEDENTES SOBRE IBER 2.2 BASES TEÓRICAS 2.3 HIPÓTESIS 2.4 VARIABLES CAPITULO III: METODOLOGÍA 3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN 3.2 DESCRIPCIÓN DEL ÁMBITO DE LA INVESTIGACIÓN 3.2.1. ANALISIS DEL FUNCIONAMIENTO DE LA DEFENSA RIBEREÑA 3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS CAPITULO IV: MODELAMIENTO HIDRÁULICO 4.1 PASOS 4.1.1 DESARROLLO 4.2 CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS
PROPUESTA DEFENSA RIBEREÑA PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES EN LA CUENCA CHICAMA – TRAMO 1Km+910 m PUENTE CAREAGA AGUAS ABAJO” TITULO:
“
CAPITULO I EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1.-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: -durante el periodo de los años 1925, 1982-83 y 1997-98 se registraron precipitaciones extremas e inundaciones, atribuidas al fenómeno del niño, sin embargo, no siempre son atribuidos a este, sino a procesos naturales meteorológicos o acciones antrópicas. En el cauce del río Chicama, las inundaciones catastróficas son ocasionadas por el desbordamiento de una avenida ordinaria o extraordinaria con gran capacidad para erosionar o sedimentar. En este proceso de inundación ocurren pérdidas de zonas agrícolas, disminución de tierras de cultivo, daño de infraestructura vial, hidráulica y centros poblados; amenazando la vida de los pobladores. Por lo tanto, el valle es considerado muy vulnerable ante la presencia de estos eventos de crecida; como consecuencia de las insuficientes obras de defensa ribereña, cobertura vegetal casi inexistente, etc.
1.2.-FORMULACIÓN DEL PROBLEMA - ¿En qué medida la propuesta de una defensa ribereña reduce la vulnerabilidad de inundación en el Rio Chicama de tramo 1Km+910m del puente Careaga Aguas Abajo?
1.3.-OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.1.-OBJETIVOS GENERALES -Analizar el comportamiento del cauce haciendo una comparación entre el cauce sin defensa ribereña frente a él cauce con una defensa ribereña propuesta en este proyecto para un periodo de 25, 50 y 100 años de periodo de retorno de avenidas extraordinarias.
1.3.2.-OBJETIVOS ESPECÍFICOS -Calcular mediante el programa Hidroesta los caudales de diseño para un periodo de retorno de 25, 50 y 100 años con una base de datos de 46 años de registros hidrológicos en el rio Chicama. -Realizar un modelamiento de defensa ribereña en el programa Iber simulando una avenida extraordinaria calculada para los periodos de retorno de 25, 50 y 100 años. -Comparar los resultados de las defensas ribereñas planteadas, con diferentes dimensiones y escoger cual trabaja de manera eficiente.
CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES DEL ESTUDIO 2.1.1 Generalidades 2.1.1.1 Ubicación El río Chicama nace en las alturas de las minas de Callacuyán con el nombre del río Perejil, hasta la localidad de Caina, a partir del cual toma el nombre de río Grande o Alto Chicama. Más abajo toma el nombre de río Huancay. El nombre de río Chicama toma a partir de la hacienda El Tambo, hasta la desembocadura en el mar (ONERN, 1973). Políticamente la cuenca hidrográfica del río Chicama, se ubica en la parte norte del Perú y abarca parte de los departamentos de La Libertad (provincias de Santiago de Chuco, Ascope, Otuzco y Gran Chimú y Cajamarca (Contumazá y Cajamarca); se sitúa a la ladera occidental de la cordillera de los Andes del Norte que forma la divisoria continental.
(MINAG-Portal
Agrario,
2010).
Geográficamente,
se
encuentra
comprendido entre los paralelos 7º 21' y 8º 01'de Latitud Sur, y los meridianos 78º 16' y 79º 27' de Longitud Oeste de Greenwich (ONERN, 1973). Limita por el Norte, con la cuenca del río Jequetepeque; por el Sur, con las cuencas del río Moche y de la quebrada del río Seco; por el Sureste, con la cuenca del río Santa;
por el Oeste con el Océano pacífico y por el Este, con la cuenca del río Marañón.
2.1.2 ANTECEDENTES SOBRE IBER -Iber consta de un módulo hidrodinámico que permite la simulación bidimensional de cauces (y en consecuencia posibilita la definición de zonas inundables. La delimitación de vías de intenso desagüe o en general la zonificación del dominio público hidráulico), un módulo de turbulencia y un módulo de transporte sólido por arrastre de fondo y en suspensión para la cuantificación de procesos de erosión y sedimentación. Los campos de aplicación de la versión actual de Iber son: -Simulación del flujo en lámina libre en cauces naturales - Evaluación de zonas inundables y cálculo de las zonas de flujo preferente -Cálculos de rotura de presa -Cálculo hidráulico de encauzamientos -Cálculo hidráulico de redes de canales en lámina libre -Cálculo de corrientes de marea en estuarios -Estabilidad de los sedimentos del lecho -Procesos de erosión y sedimentación por transporte de material granular
2.2 BASES TEÓRICAS Las defensas ribereñas son estructuras construidas para proteger de las crecidas de los ríos las áreas aledañas a estos cursos de agua. La protección contra las inundaciones incluye, tanto los
medios estructurales ,
como
los no estructurales, que dan protección o reducen los riesgos de inundación. Las medidas estructurales
incluyen las represas y reservorios, modificaciones a los
canales de los ríos por otros más amplios, defensas ribereñas, depresiones para desbordamiento, cauces de alivio, obras de drenaje y el mantenimiento y limpieza de los mismo para evitar que se obstruyan. Las medidas no estructurales consisten
en el control del uso de los terrenos aluviales
mediante zonificación, los reglamentos para su uso, las ordenanzas sanitarias y de construcción,
y
la
reglamentación
del
uso
de
la
tierra
de
las cuencas
hidrográficaspara no ocupar los cauces y terrenos aluviales de ríos y ramblas con edificaciones o barreras. La forma y el material empleado en su construcción varía, fundamentalmente en función de:
Los materiales disponibles localmente
El tipo de uso que se da a las áreas aledañas. Generalmente en áreas rurales se usan diques de tierra, mientras que en las áreas urbanas se utilizan diques de hormigón.
2.3 HIPÓTESIS - Para el periodo de 25 años la Defensa ribereña con dimensiones de 2m de alto y 4m de ancho se comportará mejor, debido a que el caudal no es tan alto como los otros. - Para el periodo de 50 años la Defensa ribereña con dimensiones de 2.5m de alto y 4m de ancho se comportará mejor, debido a que el caudal no es tan alto como los otros. - Para el periodo de 100 años la Defensa ribereña con dimensiones de 2m de alto y 4m de ancho se desbordará debido al caudal extraordinario.
2.4 VARIABLES INDEPENDIENTE:
CAUDAL
CON
TRANSPORTE
DE
SEDIMENTOS
DEPENDIENTE: DISIPADOR DE ENERGÍA
CAPITULO III: METODOLOGÍA 3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN -Investigación tipo exploratoria
3.2 DESCRIPCIÓN DEL ÁMBITO DE LA INVESTIGACIÓN 3.2.1. ANALISIS DEL FUNCIONAMIENTO DE LA DEFENSA RIBEREÑA Entendemos por defensa ribereña a las obras que protegen las márgenes o riberas de los ríos, de la acción erosiva y desborde de su flujo; construcciones que están hechas para evitar que las inundaciones destruyan la infraestructura productiva, las vías de comunicación, las propiedades públicas y privadas, las ciudades, la vida de las personas. Por lo general su trabajo es puesto a prueba en periodos de avenidas. El diseño de las estructuras para la defensa ribereña, tanto en el tamaño, ubicación y características hidráulicas, está normado dentro del marco de la Ley de Recursos
Hídricos Nº 29338 y su reglamento. La Autoridad Nacional del Agua (ANA), a través de sus organismos es la encargada de administrar, conservar y proteger los recursos hídricos de las diferentes cuencas del país, así como vigilar su aplicación y control correspondiente.
3.3 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS - MODELAMIENTO MATEMÁTICO EN EL PROGRAMA HIDRÁULICO IBER
CAPITULO IV: MODELAMIENTO HIDRÁULICO PASOS: 1) SE DEFINIÓ LOS MARGENES DEL RIO A PROTEGER.
2) SE GENERÓ LA SUPERFICIE DEL RIO EN CIVIL 3D PARA OBTENER LA PENDIENTE DEL FONDO DEL RIO:
-
LA PENDIENTE DEL FONDO DEL RIO ES 0.0065 m/m PENDIENTE CALCULADA EN UNA LONGITUD APROXIMADA DE 1 KM 910 M
3) SE PROCEDIÓ HALLAR LOS CAUDALES MAXIMOS DEL RIO CHICAMA CON LOS DATOS HIDROLÓGICOS DE 46 AÑOS, DESDE EL AÑO 1971 HASTA EL AÑO 2016.
AÑOS 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993
(Lts/seg) 427088 556720 466688 192400 406900 256016 382000 49440 181520 58200 326500 84620 900000 510000 71000 163700 153776 77856 178208 35000 79510 123704 297936
CAUDAL MÁXIMO (m3/seg) 427,088 556,720 466,688 192,400 406,900 256,016 382,000 49,440 181,520 58,200 326,500 84,620 900,000 510,000 71,000 163,700 153,776 77,856 178,208 35,000 79,510 123,704 297,936
AÑOS 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
(Lts/seg) 167572 77272 158816 112416 1500000 313152 309984 328944 146080 44448 43760 63808 168096 120944 196496 186208 82944 114416 185120 226384 85664 298224 112496
(m3/seg) 167,572 77,272 158,816 112,416 1500,000 313,152 309,984 328,944 146,080 44,448 43,760 63,808 168,096 120,944 196,496 186,208 82,944 114,416 185,120 226,384 85,664 298,224 112,496
4) SE CALCULÓ EL CAUDAL DE DISEÑO MEDIANTE EL PROGRAMA HIDROESTA PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 25, 50 Y 100 AÑOS:
PERIODO DE RETORNO 25 años 50 años 100 años
HIDROESTA CAUDAL DE DISEÑO 1079,408 CAUDAL DE DISEÑO 1232,202 CAUDAL DE DISEÑO 1384,997
5) SE REALIZÓ EL DISEÑO DE LA DEFENSA RIBEREÑA MEDIANTE EL PROGRAMA
EXCEL PARA LOS PERIODOS DE RETORNO DE 25, 50 Y 100 AÑOS, OBTENIENDO LAS DIMENSIONES DE LA DEFENSA RIBEREÑA. 5.1PERIODO DE RETORNO 25 AÑOS: 5.1.1SECCION TIPICA DEL DIQUE
*Desarrollo completo del diseño de defensa ribereña (Anexos)
5.2PERIODO DE RETORNO 50 AÑOS: 5.2.1SECCION TIPICA DEL DIQUE
*Desarrollo completo del diseño de defensa ribereña (Anexos)
5.3 PERIODO DE RETORNO 100 AÑOS: 5.3.1 SECCION TIPICA DEL DIQUE
*Desarrollo completo del diseño de defensa ribereña (Anexos)
6) MODELAMIENTO DE LA DEFENSA RIBEREÑA EN EL PROGRAMA IBER: 6.1 MODELAMIENDO DEL CAUCE – RIO CHICAMA SIN DEFENSA RIBEREÑA: 1. Dividimos la zona de estudio en partes de características homogéneas. Para este ejemplo estas zonas la hemos divido en AutoCAD y lo proporcionamos en un archivo en formato CAD tipo DXF. 2. Colapsamos todas las líneas que acabamos de importar. 3. Creamos las 3 superficies para definir las zonas de Cauce y Zona agrícola. 4. Asignar la rugosidad a cada una de las superficies. 5. Asignamos la condición de Entrada con un caudal de 1079.408 m3/s en régimen subcrítico. Además, asignamos la condición de salida en flujo subcrítico. 6. Asignamos el tamaño de malla que dividiremos cada zona de estudio. 7. Generamos el mallado. 8. Modificamos la cota de la malla co n el modelo digital de elevación. 9. Ponemos los tiempos de cálculo: “Datos del problema” ponemos en “Tiempo máximo de simulación (s)” 3000 y en “Intervalo de Resultados (s)” ponemos 10. 10. Calculamos 11. Se hizo correr el modelamiento sin considerar dique, para ver el grado de inundación en que se encuentra para cada caudal de diseño.
6.1.1 PERIODO DE RETORNO DE 25 AÑOS: -CAUDAL= 1079.408
6.1.1 PERIODO DE RETORNO DE 25 AÑOS: -CAUDAL= 1232.202
6.1.1 PERIODO DE RETORNO DE 25 AÑOS: -CAUDAL= 1384.997
6.1. DISEÑO DEFENSA RIBEREÑA PARA 25 AÑOS 1. Dividimos la zona de estudio en partes de características homogéneas. Para este ejemplo estas zonas la hemos divido en Autocad y lo proporcionamos en un archivo en formato CAD tipo DXF. 2. Colapsamos todas las líneas que acabamos de importar. 3. Creamos las 3 superficies para definir las zonas de Cauce y Zona agrícola.
4. Asignar la rugosidad a cada una de las superficies.
5. Asignamos la condición de Entrada con un caudal de 1079.408 m3/s en régimen subcrítico. Además asignamos la condición de salida en flujo subcrítico.
6. Asignamos el tamaño de malla que dividiremoscada zona de estudio.
7. Generamos el mallado. 8. Modificamos la cota de la malla co n el modelo digital de elevación.
9. Ponemos los tiempos de cálculo: “Datos del problema” ponemos en “Tiempo máximo de simulación (s)” 3000 y en “Intervalo de Resultados (s)” ponemos 10. 10. Calculamos
11. Agregamos la defensa ribereña con la herramienta “Herramientas Iber>>Malla>>Estructura en malla>>Dique…”. Terminado el diseño analizamos los resultados.
DEFENSA RIBEREÑA – MARGEN DERECHO
DEFENSA RIBEREÑA – MARGEN IZQUIERDO
12. Calcular y analizar resultados. Estudio de inundabilidad de zona urbana
6.1. DISEÑO DEFENSA RIBEREÑA PARA 50 AÑOS 1. Dividimos la zona de estudio en partes de características homogéneas. Para este ejemplo estas zonas la hemos divido en Autocad y lo proporcionamos en un archivo en formato CAD tipo DXF. 2. Colapsamos todas las líneas que acabamos de importar. 3. Creamos las 3 superficies para definir las zonas de Cauce y Zona agríco la.
4. Asignar la rugosidad a cada una de las superficies.
5. Asignamos la condición de Entrada con un caudal de 1232.202 m3/s en régimen subcrítico. Además asignamos la condición de salida en flujo subcrítico.
6. Asignamos el tamaño de malla que dividiremoscada zona de estudio.
7. Generamos el mallado. 8. Modificamos la cota de la malla co n el modelo digital de elevación.
9. Ponemos los ti empos de cálculo: “Datos del problema” ponemos en “Tiempo máximo de simulación (s)” 3000 y en “Intervalo de Resultados (s)” ponemos 10. 10. Calculamos
11. Agregamos la defensa ribereña con la herramienta “Herramientas Iber>>Malla>>Estructura en malla>>Dique…”. Terminado el diseño analizamos los resultados.
DEFENSA RIBEREÑA – MARGEN DERECHO
DEFENSA RIBEREÑA – MARGEN IZQUIERDO
12. Calcular y analizar resultados. Estudio de inundabilidad de zona urbana
6.3. DISEÑO DEFENSA RIBEREÑA PARA 100 AÑOS 1. Dividimos la zona de estudio en partes de características homogéneas. Para este ejemplo estas zonas la hemos divido en Autocad y lo proporcionamos en un archivo en formato CAD tipo DXF. 2. Colapsamos todas las líneas que acabamos de importar. 3. Creamos las 3 superficies para definir las zonas de Cauce y Zona agrícola.
4. Asignar la rugosidad a cada una de las superficies.
5. Asignamos la condición de Entrada con un caudal de 1384.997 m3/s en régimen subcrítico. Además asignamos la condición de salida en flujo subcrítico.
6. Asignamos el tamaño de malla que dividiremoscada zona de estudio.
7. Generamos el mallado. 8. Modificamos la cota de la malla co n el modelo digital de elevación.
9. Ponemos los tiempos de cálculo: “Datos del problema” ponemos en “Tiempo máximo de simulación (s)” 3000 y en “Intervalo de Resultados (s)” ponemos 10. 10. Calculamos
11. Agregamos la defensa ribereña con la herramienta “Herramientas Iber>>Malla>>Estructura en malla>>Dique…”. Terminado el diseño analizamos los resultados.
DEFENSA RIBEREÑA – MARGEN DERECHO
DEFENSA RIBEREÑA – MARGEN IZQUIERDO
12. Calcular y analizar resultados. Estudio de inundabilidad de zona urbana
7) TABLA COMPARATIVA DE RESULTADOS DE LAS COTAS DE INNUNDACIÓN DEL CAUCE – RIO CHICAMA – TRAMO PUENTE CARAEGA AGUAS ABAJO.
4.2 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES -Para el diseño de defensa ribereña para el periodo de retorno de 25 años, la dimensión calculada para la defensa ribereña cumple de manera eficiente en el modelamiento al proteger los márgenes del rio y evitar el desbordamiento. -Del periodo de 25 años de retorno, se obtiene las máximas cotas de acumulación del líquido entre el final de la defensa ribereña del margen derecho y el inicio del muro enrocado. -Podría optimizarse la defensa ribereña reduciendo la altura de la defensa ribereña en los tramos donde las cotas del rio son más altas y el cauce se estabiliza. -Para el diseño de defensa ribereña para el periodo de retorno de 50 años, la dimensión calculada para la defensa ribereña cumple de manera eficiente en el modelamiento al proteger los márgenes del rio y evitar el desbordamiento. -Del periodo de 50 años de retorno, se obtiene las máximas cotas de acumulación del líquido entre el final de la defensa ribereña del margen derecho y el inicio del muro enrocado. -El flujo del rio se vuelve más turbulento en el margen derecho donde existen más curvas y desniveles de cotas. -Para el diseño de defensa ribereña para el periodo de retorno de 100 años, la dimensión calculada para la defensa ribereña cumple de manera eficiente en el modelamiento al proteger los márgenes del rio y evitar el desbordamiento. -Del periodo de 100 años de retorno, se obtiene las máximas cotas de acumulación del líquido entre el final de la defensa ribereña del margen derecho y el inicio del muro enrocado. -Existe un desbordamiento en el final del tramo en el margen izquierdo, esto se debe al aumento del caudal en comparación con el periodo de 25 y 50 años, Se recomienda aumentar la altura de la defensa ribereña y tener cuidado en el punto donde se encuentra la defensa y el muro enrocado ya existente.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -Cortez J., L. Estelle y S. Tarodo. “Estudio Hidráulico en Modelo Reducido del Sector Toma Independiente – Cruce del Ducto a las Plantas de las Vizcachas y las Vizcachitas en el Río Maipo”. Instituto Nacional de Hidráulica, Volumen I, Diciembre 1989.
- Ponce E. “Comportamiento hidráulico y sedimentológico de la bocatoma independiente de aguas andinas en el rio Maipo “Universidad de chile facultad de ciencias físicas y
matemáticas departamento de ingeniería civil, Santigo de Chile 2008.
