Control de inundaciones en el Río Coata

INTRODUCCION

Los ríos forman parte del Ciclo Hidrológico, el que constituye un proceso que no tiene principio ni fin. Se ha estimado que la precipitación total sobre los continentes es, en promedio, de 100 000 km3 por año, lo que equivale a 650 mm anuales. De esta enorme cantidad de agua un elevado porcentaje, el 65%, se evapora y regresa a la atmósfera. De la masa hídrica restante, una parte se infiltra y, eventualmente, da lugar a la escorrentía subterránea; otra, contribuye al mantenimiento de diversas formas de retención superficial, y la mayor parte constituye la escorrentía superficial, la que en cifras redondas y como promedio plurianual es de 35 000 km3 por año, esto es 1 109 842.7 m3/s. Estimaciones hechas por U.S. Geological Survey fijan la escorrentía superficial en 1 170 400 m3/s en tanto el Balance Mundial efectuado por la antigua ex URSS, este valor se da en 1 154 200 m3/s. La escorrentía mundial en kilómetros cúbicos de agua por año, ha sido cuantificada por varios autores, entre ellos están LINDH y SHIKLOMANOV, cuyos resultados se ven en el siguiente cuadro.

Cuadro 1.1. DISTRIBUCION CONTINENTAL DE LA ESCORRENTIA MUNDIAL SEGÚN LINDH

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LINDH señala la importante distinción entre la escorrentía persistente y la no persistente, este concepto se basa en que la escorrentía es muy variable en el tiempo. Persistente es aquello que dura por largo tiempo, según LINDH el 64 % es no persistente, eventual, esporádico, lo que significa que sus posibilidades de aprovechamiento son difíciles y costosas. Sudamérica tiene un poco mas de la cuarta parte de la escorrentía mundial, pero solo el 38% es persistente.

Cuadro 1.2. DISTRIBUCION CONTINENTAL DE LA ESCORRENTIA MUNDIAL SEGÚN SHIKLOMANOV

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Cuadro 1.3. DISPONIBILIDAD DE AGUAS SUPERFICIALES EN ALGUNOS PAISES

	Superficie	Población	Caudal anual medio a largo plazo
PAIS	Miles km2	Millones (1)	Km3	Por unid. Área miles m3/km2	Per capita	% caudal mundial
BRASIL	8 512	130	9 230	1 084	71,0	20,7
Ex URSS	22 274	275	4 740	213	17,0	11,0
Rep. CHINA	9 561	1 024	2 550	267	2,5	5,7
CANADA	9 976	25	2 470	248	99,0	5,6
INDIA	3 288	718	1 680	511	2,3	3,8
EEUU	9 363	234	1 940	207	8,3	4,4
NORUEGA	324	4	405	1 250	99,0	0,9
Ex Yugoslavia	256	23	256	1 000	11,0	0,6
FRANCIA	544	55	183	336	3,4	0,4
FINLANDIA	337	5	110	326	22,0	0,2
TOTAL MUNDIAL2	134 800	4 665	44 500	330	9,5
PERU	1 285	23	2 044	1 591	89,0	4,6
1 en 1983 / 2 sin la Antártida

Fuente: Introducción a la hidráulica fluvial, Rocha Felices, A. 1998

Obsérvese que le Perú tiene casi el 5 % de los recursos hidráulicos superficiales mundiales. Así mismo, la disponibilidad de agua por habitante del Perú es una de las más altas del mundo, es casi diez veces el promedio anual, no así China que tiene sólo 2 500 m3/hab/año, valor bastante pequeño y que obliga a un uso y cuidado intensivo de sus escasos recursos hidráulicos. El valor del agua es incalculable, ¿cómo ponerle precio?. El agua es un recurso natural insubstituible para el desarrollo de los pueblos; razón por la cual estriba que el Estado, que es la organización política de una nación en un territorio determinado, proclame como suyos los recursos hidráulicos de su territorio, sin los cuales la tierra no tendría valor. Para poder aprovechar y conservar un recurso es necesario conocerlo

Lima capital, representa por si sola el poco mas del 30 % de la población nacional y tiene solo una proporción pequeñísima de los recursos hidráulicos del país; que no es el caso de ciudades del interior, como Puno y Juliaca, en donde el problema vital es el manejo eficiente y de calidad del recurso agua. Por ejemplo, en España, la escorrentía total incluyendo un 20 % de aguas subterráneas, es de 110 km3/año, lo que le da una disponibilidad media de 2683 m3/hab/año. Este valor tiene que mirarse junto con el hecho de que España tiene más de 1000 grandes presas y 2 500 pequeños lagos y lagunas, lo que facilita el aprovechamiento del agua. En le Perú tenemos, hasta 1998, alrededor de 89 000 m3/hab/año una cifra descomunal y altísima –comparada con España -, la que sin embargo debe mirarse dentro de una gran distribución espacial y variación temporal. El problema de la escasez tiene que llevarnos al uso racional de lo existente, "El agua de que disponemos en nuestro planeta es algo precioso y que las sociedades actuales no saben valorar", ha afirmado el Secretario General de la Organización Meteorológica Mundial de la ONU – OMM. La OMM ha llamado la atención acerca del "derroche existente y mala utilización de este recurso vital", y ha manifestado que pronto tendremos que saber valorar el agua " ya que la escasez de agua no será un problema aislado, sino general y repercutirá en los distintos sectores económicos, especialmente en la agricultura", y "la crisis que se avecina se traducirá en un aumento de los niveles de pobreza, y en otros casos se dispararán los índices de contaminación de las aguas como consecuencia de los vertidos de fertilizantes y productos químicos en los caudales fluviales".

Una sociedad pobre, en un clima de condiciones duras, tiene que hacer su agricultura exclusivamente de secano, es decir, dependiendo de un alto grado de irregularidad de las lluvias. No así de una sociedad opulenta en un clima árido que hace obras de irrigación, regula la escorrentía y ejecuta otras acciones similares que implican consumo de agua. caso de Israel. A medida que su potencialidad económica es mayor, demandan mas agua. El consumo de agua es una medida de la calidad de vida alcanzada. La escasez de agua se agrava debido a los problemas creados por la contaminación. La pérdida de calidad del agua restringe, encarece o impide su uso. El cálculo racional de las demandas y el uso justificado del agua son, pues, un imperativo – prioridad -. ISRAELSEN ha afirmado, y debemos recordarlo, que "Ningún hombre tiene derecho a malgastar el agua que otro hombre necesita".

Los ríos del Perú tienen las más diversas características y, como ocurre en casi todo el mundo, están ligados al desarrollo social y económico del país. Los hay torrenciales, de fuerte pendiente y corto recorrido, de descargas irregulares y de gran transporte sólido, como los ríos de la costa peruana. En la costa los ríos don la única fuente de agua utilizable económicamente para abastecimiento poblacional e industrial, irrigaciones y recarga del agua subterránea. En la selva, en cambio, hay ríos de grandes caudales, pendientes pequeñas, largos recorridos y fuerte inestabilidad y tendencia a la variación de curso. Hay una importante tarea para la navegación y actividades portuarias. En nuestra medio, la sierra, encontramos ríos de variadas características. Sin embargo, los valles son estrechos, la tierra agrícola es escasa, hay fuerte erosión de cuencas. Hay muchas posibilidades de desarrollo energético. En nuestra región altiplánica las pendientes son pequeñas, siendo un reto para el ingeniero agrícola desarrollar métodos para un eficaz y rápido aprovechamiento de estas características. Los estudios efectuados por la antigua ONERN, hoy INRENA, han permitido identificar 1 007 ríos en el Perú, los que se desarrollan en tres vertientes:

PACIFICO	381 ríos (hasta 4to orden, 53 río principales)
ATLANTICO	564 ríos (hasta del 6to orden, 4 ríos principales)
TITICACA	62 ríos (hasta del 4to orden, 12 ríos principales)

Estos 1 007 ríos representan en conjunto una masa hídrica anual de 2 044 km3, como puede verse en la comparación siguiente:

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Los ríos en general se caracterizan por su movilidad; siguen su camino por su acción de la gravedad; el desnivel topográfico es la causa del desplazamiento del agua. Los ríos existen desde hace muchísimo tiempo, en consecuencia, el territorio, es decir, aquel espacio geográfico sobre el que el Estado ejerce su dominio, no siempre contiene íntegramente de principio a fin a un curso de agua. Como consecuencia de la demarcación política de los Estados resulta que un lago (LAGO TITICACA) o un río (RIO PUYANGO TUMBES) queda contenido en dos o más estados. Nos encontramos entonces frente a los recursos hidráulicos internacionalmente compartidos.

GENERALIDADES
En el Perú se ha llevado diversos sistemas y medios de protección frente a los fenómenos climáticos que caracteriza nuestra nación, desde la zona norte, Tumbes, Piura, Lambayeque, pasando por la zona centro oriente Huánuco, Ucayali, hasta la zona sur, Madre de Dios, Puno y Arequipa.
En particular en nuestra región sur, Puno se ha distinguido por su inestabilidad pluvial lo cual ha motivado la construcción de defensas ribereñas, como es en los ríos Ramis, Huancané, Ilave, etc. orientadas a mitigar los efectos de estas máximas avenidas.
La localidad de Coata es singular por ser una zona de bajísima pendiente promedio, en el año 1994 se realizaron trabajos de defensas ribereñas por parte del Instituto Nacional de Desarrollo – INADE, el cual levanta un muro de contención de sección trapezoidal, con una altura promedio de 2.00 m y talud de 1:1.5, en ambos caras del terraplén, en una longitud de 2500 m aproximadamente por ambos márgenes; el terraplén se construyó en forma exclusiva con bloques vegetados, "champas", con mano de obra no calificada por habitantes del lugar.
Esta construcción fue efectiva en su momento, sin embargo adoleció de consistencia duradera, ya que no se capacitó a la población para conservarla y repararla, habiendo muchos tramos desgastados y destruidos por los mismos pobladores el cual se utiliza para acceder al río y dar de beber al ganado. Siendo de urgencia la construcción de defensas para el control de las inundaciones que se dan en la zona.
La zona de interés comprende cerca de 1500 m partiendo como referencia desde el Puente Principal o Puente Coata , hacia aguas arriba.
Por esta razón, el presente trabajo se desarrolla enfocado a este fin.
ANTECEDENTES
Los habitantes de los márgenes del Río Coata, es una población rural que subsiste de los víveres que ellos mismos producen y de lo poco que pueden comerciar en otros centros poblados. La zona sufre los embates de la naturaleza al desbordarse el Río Coata, siendo estos de carácter cíclico, asociándose al fenómeno climático de "EL NIÑO", lo que produce el efecto de arruinar la producción agrícola y pecuaria – perdiéndose 4 de 5 surcos de papa y el 90% de cebada y habas, además de menguar dramáticamente a la población ganadera –, con el consiguiente desmedro de a población, y por ende afectar en el normal desarrollo agrario de la zona, además de arruinar el medio ambiente y la flora y fauna en ella.
Por lo tanto, según lo descrito es justificada la necesidad de construir medios de control de inundaciones, defensas ribereñas y mejoramiento de infraestructura existente.
JUSTIFICACIÓN
El presente trabajo tiene como propósito, definir medios de control de inundaciones en el Río Coata, con el cual se alcanzará los objetivos:
1. Objetivo general
OBJETIVOS

Encauzar y controlar las máximas avenidas del Río Coata para reducir el riesgo de inundación en los márgenes del Río Coata.

Objetivo específico

Estos objetivos específicos permitirán lograr y llegar a conseguir el objetivo general, y son:

Diseñar una estructura de protección y encauzamiento en ambos márgenes del Río Coata.

GLOSARIO

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Hay tres grandes ideas, según Arturo Rocha [27], que debemos tener presentes al enfrentarnos al estudio de los ríos si se quiere comprender la mejor manera de controlarlos. Las tres ideas son fases de un mismo problema:

En primer lugar debemos ver a los ríos como riqueza, como recursos naturales, como fuentes de vida; es decir, como posibilidades de aprovechamiento en beneficio de la humanidad.
En segundo lugar debemos mirar a los ríos como elementos naturales de los cuales tenemos que defendernos. Las avenidas son fenómenos naturales, producto de la aparición de determinadas condiciones hidrometeorológicas. Una inundación, en cambio, es el desbordamiento de un río por la incapacidad del cauce para contener el caudal que se presentan. La inundación es, pues, un fenómeno tipo hidráulico, prueba de ello es que pueden ocurrir inundaciones sin que haya crecidas o un evento hidrometeorológico extraordinario.
La tercera idea que debemos tener en cuenta presente con relación a un río es su protección. Debemos proteger al río de la agresión humana. Una forma típica de agresión a los ríos, que luego se vuelve contra quien la causo, es la contaminación. La contaminación es un fuerte limitante para el uso del agua.

Las tres características señaladas en el estudio de los ríos nos hacen ver que la hidráulica fluvial tiene que ubicarse dentro del estudio y tratamiento integral de la cuenca.

La escorrentía superficial se origina en la precipitación. La lluvia puede producirse en una parte de la cuenca o en toda la cuenca. Pensemos, sin embargo que se produzca una lluvia generalizada sobre toda la cuenca. Este evento no traerá un escurrimiento superficial generalizado. Por el contrario el agua tiende a concentrarse en determinados cursos que se van juntando unos a otros, y que constituyen finalmente los ríos. Es de tal forma esta dinámica de cuencas que de producirse en un largo periodo, produce lo que se denomina máxima avenida.

Hidráulicamente, un río es un canal [27], en un río prácticamente no existe movimiento permanente, por que el caudal está variando continuamente (aveces lentamente; otras rápidamente). El movimiento permanente, es decir, invariable con respecto a al tiempo puede darse en un canal hecho y operado por el hombre, en el que el caudal sea constante, lo que se logra manejando convenientemente la fuente de alimentación (la que puede ser un embalse). Pero en un río tampoco hay movimiento uniforme pues, la sección transversal es muy cambiante a lo largo de su recorrido. La sección transversal de un río no es prismática. En muchos casos existe o hacemos como si existiese un movimiento cuasi – uniforme y también podría hablarse, por cierto de un movimiento cuasi – permanente. [27][29][31]

Típicamente los ríos siguen la morfología del terreno, dando curvas en zonas topográficamente planas, llamándoseles meandros por las curvas que recorre, BLENCH [27], menciona que un canal puede ser tortuoso, muchas curvas, pero no tener meandros, por cuanto no hay movilidad de tortuosidades. Todo esto trae dificultades en la descripción hidráulica de los fenómenos observados, motivo por lo cual CHEZZY o MANNING [18][6], no son viables completamente, dado que en los ríos el coeficiente de rugosidad es mucho más incierto, el fondo está cambiando en función del caudal, el río puede profundizar o sedimentar, en el fondo se presentan formas características (rizos, dunas, etc.) que dan una resistencia adicional y variable, lo cual complica el estudio del río.[31][35]

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS.

La comprensión de diferentes términos hace que sea más fluida y comprensible el presente trabajo.

RIO, define al río como "un sistema de canales naturales" (cursos de agua) por medio de los cuales se descarga el agua de la cuenca". El Diccionario de la Lengua Española lo define como "corriente de agua continua, mas o menos caudalosa que va a desembocar en otra, en un lago o en el mar". La palabra río viene del latín rius, rivus: arroyo. El río es, pues, el elemento de drenaje de la cuenca. [27][31]
FONDO MOVIL o LECHO MOVIL, significa que el lecho del río está constituido por partículas sólidas no cohesivas (arena, grava), que están en movimiento. Para determinadas características del flujo se ponen en movimiento partículas de un determinado tamaño. A los lechos móviles se oponen los lechos rígidos. [27] [29][31]
SEDIMENTO, es una palabra que tiene diferentes significados en diferentes ciencias, en hidráulica fluvial, entendemos por sedimento cualquier material, mas pesado que el agua, que es transportado en algún momento por al corriente y luego depositado [29].
FLUJO A DOS FASES, es el movimiento simultáneo del agua (fase líquida) y de los sólidos constituyentes del lecho (fase sólida). Son dos movimientos interdependientes que no deben ser tratados separadamente. La intensidad y características del movimiento del material de fondo dependen de las características del flujo que lo originó. A su vez, el movimiento del material sólido produce alteraciones en el movimiento del agua. Hay un cambio de rugosidad, por ejemplo; mas que de rugosidad debería hablarse de escurrimiento. [12] [13][14]
TRANSPORTE DE SEDIMENTO, se denomina así al estudio de los procesos de erosión, iniciación de movimiento, transporte, deposito y compactación de las partículas sólidas. La teoría se refiere a las partículas no cohesivas. La cohesión es la fuerza que une a las partículas de arcilla, como consecuencia de la atracción iónica entre ellas. [27][32]
RIO CON PENDIENTE ESTABALIZADA, río que ha alcanzado aparentemente un estado aproximado al de equilibrio entre transporte y aportación de sedimentos (sólidos). [27]
RIO ENCAJONADO, río que ha excavado su cauce en el lecho de un valle muy cerrado. [27]
RIO ESTABLE, río que en su conjunto mantiene sus pendientes, profundidades y dimensiones de cauce sin elevar o descender su lecho .[27]
RIO FANGOSO, flujo de agua en el que, por estar fuertemente cargada de agua y residuos, la masa fluyente es espesa y viscosa [27].
CUENCA, es el área donde todas las aguas caídas por precipitación se unen para formar un solo curso de agua. La delimitación y planimetrado de la cuenca colectora se hace siguiendo las líneas divisorias de las aguas teniendo en cuenta que las líneas de flujo sean perpendiculares a las curvas de nivel del terreno y hasta un punto del curso del río que sirva como emisor de las aguas que caen en esta cuenca. [11][28] [37]
TORMENTA, conjunto de lluvias que obedecen a una misma perturbación meteorológica y características bien definidas. Una tormenta puede durar desde unos pocos minutos hasta varias horas y aún varios días, y puede abarcar desde una zona pequeña hasta una extensa región. Es una precipitación definida para utilizarse en el diseño de un sistema hidrológico. Usualmente la tormenta de diseño conforma la entrada al sistema y los caudales resultantes a través de éste se calculan utilizando procedimientos de lluvia – escorrentía y transito de caudales. [2] [5][7]
AVENIDA o CRECIENTE, son las magnitudes de altos caudales que permiten hacer predicciones de avenidas o de gastos de diseño de estructuras que deben evacuar el agua proveniente de tormentas. [2][5]
TRANSITO DE CAUDALES, consiste en determinar la magnitud del caudal y el tiempo, en un punto particular de una corriente de agua, utilizando hidrograma conocidos o supuestos en uno o más puntos aguas arriba. [4][5][7]
RUGOSIDAD DEL CAUCE, es una característica que representa a la superficie en contacto con el agua y depende de la naturaleza de ella. [4]
HIDROGRAMA UNITARIO, estos hidrogramas son referidos a una lluvia uniforme de una altura unitaria de precipitación efectiva caída sobre una cuenca y en un tiempo de duración especificado, pueden ser obtenidos ya sea de hidrogramas naturales o sintéticos (simulados). [2]
DEFENSA RIBEREÑA, estructura consistente en muros de contención diques u otros, proyectadas para la mitigación de los problemas de erosión y socavación en los cauces, así como inundaciones de áreas. [31][35][37]
INUNDACION, crecida o avenida de gran magnitud que provoca desbordamiento de los ríos y/o lagos cubriendo de aguas que usualmente están secas. [32][37]
SOCAVACION, consiste en el arrastre de los materiales del fondo del cauce debido a la velocidad del agua; sin embargo también se incluye dentro de este término el material que aunque no sufre arrastre se queda sin presiones efectivas; es decir, el material que queda en suspención. Si algún apoyo del muro queda desplantado en la zona de socavación parta una avenida determinada, al presentarse ésta; el elemento estructural sufrirá un asentamiento, con los daños consiguientes a la obra. [19][14]
FETCH, es la distancia sobre la que el viento puede actuar sobre una masa de agua. Generalmente se define como la distancia normal de la playa de barlovento hacia la estructura que se proyecta.[4]
PRESION INTERSTICIAL, se refiere que en suelos impermeables sujetos a cargas, el esfuerzo total normal a cualquier plano, esta compuesto de un esfuerzo efectivo y de la presión de un líquido. Los conceptos de superficies planas y de esfuerzos e un punto en los suelos no son idénticos a los que se hacen en los materiales ideales homogéneos isótropos. El plano en los suelos es una superficie relativamente ondulada, que toca las partículas del suelo solamente en sus contactos entre sí; y el punto de esfuerzo es una pequeña región que contiene suficientes partículas para obtener un esfuerzo promedio. [4][9][19]
CAPACIDAD DE CARGA MAXIMA, Se refiere al esfuerzo máximo planteado a una superficie de terreno apoyado a una profundidad de cimentación; este fuerza distribuida a través de una superficie de contacto, esta es evaluada al llegar al límite de iniciar el desplazamiento hacia arriba de una cuña geométrica semicircular y de 45° tangencial, contra la fuerza resistente – el peso de da cuña – y la resistencia al corte del suelo a lo largo de la línea de contacto.[17][19][21]
PRESION ADMISIBLE EN EL SUELO, es el valor de la capacidad de carga cuando se le aplica un factor de seguridad mínimo de 3 .[9][17][21]
ESTABILIDAD DE TERRAPLENES, un talud de tierra no puede considerarse estable indefinidamente, porque tarde o temprano la estabilidad que pueda presentar se pierde debido a los agentes naturales tales como las presión hidrostática, el intemperismo y la erosión un aumento temporal de cargas, la reducción de la resistencia del suelo o una redistribución desfavorable de esfuerzos son causas que contribuyen son causa de que el talud busque una y otra vez su posición mas estable.[9][17][23]
MATERIAL IMPERMEABLE, se refiera a una variedad de suelos de estructura uniforme que tiene por característica principal la bajísima velocidad de transporte del agua a través de ella, los valores prácticos para determinar si un tipo uniforme de suelo es o no impermeable, se miden en unidades de longitud al año, siendo del orden de los 10 a 1 cm/año en el caso de suelo GC y CH.[8][33]

El ámbito de trabajo se desarrolla en:

Región	:	Puno
Departamento	:	Puno
Provincias	:	San Roman, Puno
Distritos	:	Coata
Comunidades	:	Lluco, Carata, Sucasco y Suchis
Cuenca Hidrográfica	:	Rio Coata
Latitud	:	Sur 15° 20´ 00" – 15° 00´ 00"
Longitud	:	Este 70° 05´ 00" – 70° 30¨ 00"

UBICACIÓN
La principal vía de acceso es la Panamericana Sur, vía Puno–Juliaca/Desvío en Km 28 con un tiempo de acceso de 40 minutos. Desvío/Puente Coata carretera con una distancia de 20 Km en 40 minutos.
VÍAS DE ACCESO
El proyecto presenta una superficie extremadamente uniforme casi planicie, con una pendiente promedio de 0.5 por mil, el relieve del suelo presenta ligeras ondulaciones artificiales debido a trabajos de labranza, perteneciendo el área del proyecto al grupo Puno, donde predominan lechos arenosos arcillosos en ambos márgenes del Río Coata.
TOPOGRAFÍA Y RELIEVE
El clima de zona es predominantemente típica lacustre, debido a que se encuentra a 20 Km del Lago Titicaca, esto es con precipitaciones en el rango de 0 a 750 mm en diciembre a marzo, heladas de mayo a julio de hasta -12°C y fuertes vientos de hasta 80 km/hr de agosto setiembre.
CLIMATOLOGÍA
Las comunidades de Lluco, Carata, Sucasco y Suchis, se destacan por ser de ámbito rural, de sostenimiento agropecuario. La población es de aproximadamente 1490 familias.
POBLACIÓN
ACTIVIDAD ECONÓMICA

Datos obtenidos del Censo Nacional Agropecuario e información directa de las comunidades, la principal actividad es la agricultura y ganadera/pecuaria, con un mínimo de comercio con la ciudad de Juliaca, que es la más cerca para fines de comercializaciones.

DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS EN EL PROYECTO

MATERIALES Y METODOS

Material y equipo de gabinete

Equipo de procesamiento digital Pentium II; Impresora y Escáner
Software de procesamiento de texto, hoja de calculo, CAD y topografía.
Material y equipo de dibujo.

Material y equipo de campo

Teodolito convencional de precisión al segundo y accesorios.
Picos, palas y herramientas afines.
Wincha, brújula, niveladores.
Equipo rudimentario de sondeo de caudales.

Material cartográfico, hidrológico y afines

Cartas Nacionales del Instituto Geográfico Nacional a escala 1:100 000
Plano catastral de la localidad a escala 1:5000.
Mapa físico político de la región a escala 1:750 000.
Series de caudales medios y máximos del SENAMHI aforados.

Información personal de habitantes longevos y entrevistas.

Conversaciones con lo pobladores más antiguos de la comunidad.
Entrevistas con damnificados de las últimas inundaciones de 1992 y 1994.

METODOLOGÍA EMPLEADA

Se ha empleado una serie de fases comprendidas en:

Fase preliminar de campo y gabinete

Comprende la recopilación, ordenamiento y secuenciación del material cartográfico, bibliográfico, correspondiente a la zona de estudio; para la posterior preparación de la delineación de trabajo.

Fase de campo

Se inicia con el reconocimiento IN SITU de la zona, recorriendo a detalle toda observación necesaria, como formaciones geológicas, fluviales o artificiales.

Se prosigue con el levantamiento topográfico pormenorizado, paralelamente se verifica el estudio de suelos, realizándose la toma de muestras en el lecho y márgenes del río. Simultáneamente se evalúan los aspectos de impacto ambiental y socioeconómico, así como de desarrollo de poblacional.

Fase final de gabinete

Centrado en el análisis y diseño respectivo de los objetivos planteados y que consiste en el calculo, trazado y dibujo topográfico, valoración del estado actual de las defensas ribereñas (en realización), análisis de consistencia de las variables hidrológicas, evaluación de la erosión, factores bio-ambientales y la adopción de la estructura en consonancia a la zona. Por último se presentan los diseños definitivos, costos, presupuestos, especificaciones técnicas, planos del proyecto y prontuario de operaciones y mantenimiento.

Es importante considerar la integración respecto a los pobladores, en el sentido de su aceptación, mantenimiento y responsabilidades inherentes.

1. Se explora la zona a levantar topográficamente, observándose el terreno teniendo en mente que se va a levantar una obra hidráulica, lo que implica que se debe dar cuenta que tipo de suelo se recorre, como campos de cultivo, hondonadas, laderas estables o inestables, estructuras del terreno (grava, suelo blando, roca blanda, etc.), eligiendo la mejor posibilidad y la mas económica, todo esto para el caso de líneas de defensa ribereña, canal de riego, vías de acceso, carreteras, conductos de agua – desagüe, etc. El levantamiento se realizó con el método de polígono abierto, en que se buscó los mejores vértices o estaciones para el traslado, iniciándose desde la cota BM marcada en el extremo derecho del puente principal. Luego se recorrió en ambos márgenes en forma invertida, rellenando los espacios con radiación en cada vértice de cambio. Se verificó todas las distancias con una wincha sintética.
2. RECONOCIMIENTO Y LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO
3. NIVELACIÓN Y ALTIMETRÍA
El control vertical se llevó en base en un BM (Bench Marks) = 3815.00, hallado en el extremo derecho del puente (visto aguas abajo), realizado al construir el puente; desde donde se traslado a todos los puntos del levantamiento.
La nivelación para la línea eje del río se realizó por el método geométrico diferencial en circuito cerrado, verificando los errores admisibles y realizándose las compensaciones necesarias.
TOPOGRAFÍA DEL PROYECTO
La zona de trabajo es altamente susceptible a inundaciones, esto debido a su relieve en planicie. Como antecedentes se tiene que la zona a sufrido severas inundaciones en el último fenómeno de "EL NIÑO" 1992, inundando un área aproximada de 3000 hectáreas. Area que interesa tierras agrícolas, tierras de pasto, viviendas, infraestructura local – pozos -, infraestructura deportiva, escuelas, calles, granjas artesanales y personas en general.
El presente trabajo logrará un área aproximada protegida de 980 Ha de tierra cultivables con potencial agrícola y pecuario.
1. De acuerdo con la verificación en el lugar, acompañados por el presidente de la comunidad afectada y pobladores damnificados, se recorrió la zona de interés hacia aguas arriba. En el recorrido se encontró que las defensas realizadas en 1994 se hallan en proceso de deterioro, en determinados tramos se ha destruido completamente los precarios terraplenes, hechos que hicieron los mismos pobladores con fines de allanar un acceso para que el ganado bebiese agua del río. Además se halló que estos no reunían la altura y anchura adecuadas para contrarrestar una eventual máxima avenida, y asimismo se comprobó que los pobladores no tenían un mínimo de capacitación para la conservación y mantenimiento de las defensas ribereñas.
2. ESTADO ACTUAL DEL SISTEMA DE DEFENSA
3. ESTRUCTURA PROYECTADA
Para el control de las inundaciones se proyecta construir 2800 m de longitud de terraplén de defensa, 1400 m a cada margen. Este terraplén será construido con material adecuado del lugar.
Obra en el cauce de río
Se plantea la descolmatación del cauce del río hasta llegar a una sección optima y correspondiente a un encauzamiento apropiado, haciendo una limpieza de la arena y todo material que dificulte el flujo del agua. Los materiales removidos como arena, lodo fangoso y arcilla limosa, así como material artificial (plástico y similares) serán seleccionados y trasladados fuera del área de edificación de la defensa ribereña. Esta obra se realizará a lo largo de los 1400 m de eje del río.
Obra en los márgenes del río
Se propone la construcción de terraplenes de tierra de sección trapezoidal, con enrocado en la cara húmeda, dicho terraplén se construirá con aporte de material propio del lugar. La altura idónea es calculada en función a una máxima avenida de un periodo de retorno de 40 años. Las fotos adjuntas muestran el terraplén en construcción.
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Foto 01 Descolmatación del cauce del Río Coata
EVALUACIÓN DE LAS ÁREAS SUSCEPTIBLES A INUNDACIÓN
1. El Río Coata, es uno de los principales afluentes del Lago Titicaca y esta conformado principalmente por los Ríos Lampa y Cabanillas, los cuales descienden de 5400 a 4600 msnm y se unen en el distrito de Juliaca a 3830 msnm y después de discurrir aproximadamente 36,50 Km. desemboca en el Lago Titicaca. La pendiente promedio del curso es Sm = 0,50 m/Km; La característica particular es la doble cuenca tributaria, que comprende las sub cuencas del Río Cabanillas y del Río Lampa.
2. GENERALIDADES
  1. Están referidos al cálculo del caudal máximo de diseño igual al caudal máximo registrado, lo cual se puede determinar por las mediciones realizadas en las estaciones meteorológicas y observando las huellas dejadas por el paso de una avenida.
  2. MÉTODOS HISTÓRICOS – EMPIRICOS
  3. MÉTODOS MODERNOS
3. CRITERIOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO
HIDROLOGÍA

Criterios de primera generación

Son los métodos probabilísticos los cuales para el cálculo del caudal máximo de diseño utilizan periodos de retorno "Tr" años de acuerdo a la magnitud de la obra.

Criterios de segunda generación

Se aplican considerando a las estructuras de acuerdo al riesgo y daños que una falla potencial causaría en su influencia de aguas, analizando los daños económicos comparándolo con el costo de la estructura a diseñar, obteniéndose así un tiempo de retorno de diseño optimo.

En el presente trabajo se ha optado por el método estadístico, dado que en el área del proyecto el índice de daños y perjuicios materiales (costo/área) no es considerable; sin embargo se aconseja refrendarlo con el método histórico – empírico, esto es, si los cálculos estadístico matemáticos obtenidos son sub valuados respecto a los niveles históricos se corrigen hasta alcanzar las pruebas históricas, esto aporta más garantía para el diseño de la estructura hidráulica.

DESCRIPCIÓN HIDROLÓGICA

Comprenderá las fases desde la evaporación hasta la condensación y escurrimiento a través de los álveos.
CICLO HIDROLOGICO
El Río Coata es así mismo el final del recorrido de diferentes ríos, que nacen de las cordilleras de la Hoya del Titicaca para finalizar en el Lago Titicaca.
RIO COATA.- Nace de la confluencia del Río Lampa y el Río Cabanillas, a 3822 msnm, recorre 49.5 Km desembocando en el Lago Titicaca a 3810 msnm, cerca de la península de Capachica, 15°36´latitud sur y 69°55´longitud oeste.
RIO LAMPA.- En su mayor parte se conforman de ríos montañosos, que forman valles angostos, nacen de los nevados Quilca a 5350 msnm, Jatumpasto a 5170 msnm, Huayquera a 5250 msnm, San Luis 5350 a msnm, Mina Punta a 5400 msnm, Huira Apacheta a 5250 msnm y San Carlos a 5200 msnm. De los cuales nacen riachuelos en direcciones tanto hacia el Río Lampa como al Río Cabanillas; en la primera se tienen los Ríos Suatia y Chilampa de 13,20 y 12,50 Km, unidos forman el Río Vilavila de 8,50 Km, y este con el Río Pumahuasi, forman el Río Palca de 10,10 Km, que en su recorrido recibe las aguas de los ríos Coareta y Barranco, además de las quebradas Pujropata y Antalla, para dar lugar al Río Lampa de 76 Km, este a su vez en su recorrido recibe de los ríos Quilca, Pascorane y Churuchama por el margen derecho.
RIO CABANILLAS.- Nace del Río Verde y Cerrillos aproximadamente a 4,00 Km de la localidad de Santa Lucia, a una altura de 4050 msnm, a partir de esta unión recorre 66,20 Km, hasta unirse con el Río Lampa; en su recorrido el Río Cabanillas recibe por el margen derecho al Río Compuerta de 11,50 Km, que nace de la Laguna Saracocha de 13,90 Km2, del Río Cotaña y del Río Viscachani; y en el margen izquierdo recibe al Río Chacalaya de 9,90 Km de longitud.
RIO VERDE.- Es el principal formador del Río Cabanillas con un recorrido de 61,80 Km, nace de la Cordillera Occidental con el nombre de Río Quillasani, en su trayecto recibe en el margen derecho al Río Torohuani y al Río Jalpamayo; en el margen izquierdo recibe al Río Paratia el cual nace indefinidamente de las cordilleras.
RIO CERRILLOS.- Es en parte formador del Río Cabanillas, tiene aproximadamente 9,90 Km de recorrido.
LAGUNA LAGUNILLAS.- Es un principal tributario de aguas en la Cuenca del Río Coata, está ubicado en el sector Sur Oeste de la cuenca, con un volumen estimado de 488578740 m3, con 50.60 Km2 de espejo y un perímetro aproximado de 49,26 Km y una profundidad máxima de 50,258 m, a una altitud de 4150 msnm, toda la sub cuenca correspondiente a la laguna tiene un área aproximada de 815,20 Km2. Sus afluentes son el Río Llicune, que nace de la laguna Titillaca a 4500 msnm; el Río Cañumas, que es el principal afluente de la Laguna Lagunillas, nace de los ríos Borracho y Aticata, el Cañumas en su recorrido recibe por la derecha, aguas del Río Sujehuarancco y Mayopalca; por el margen izquierdo del Pausapunco y Pinaya, el Río Borracho nace de la laguna Suito con el nombre de Orduña a 4850 msnm, el Río Aticata nace de la Cordillera Occidental a 4900 msnm.
LAGUNA SARACOCHA.- Esta laguna no tiene ríos tributarios destacables salvo el proveniente de la conexión con la Laguna Lagunillas y los pequeños arroyos de algunos manantiales del lugar, la laguna tiene un volumen de agua aproximado de 183204600 m3, con una superficie de 14.00 Km2, un perímetro de 32,77 Km y una profundidad estimada en 75.30 m. La Laguna Saracocha tiene un desnivel relativo de 18,80 m respecto a la Laguna Lagunillas, es decir Saracocha está más abajo.
ALVEOS
La cuenca tiene una superficie total aproximada de 5042,5 km2 con ligera forma de doble hoja irregular, debido a sus dos afluentes principales los ríos Lampa y Cabanillas que derivan en sub cuencas tributarias, y con un perímetro aproximado de 467,20 Km, extendiéndose desde el nivel del Lago Titicaca hasta los 5400 msnm en los nevados de la cordillera occidental. Una representación descriptiva lo da el gráfico 3.3
Cuadro 3.1 Distribución de áreas en la Cuenca del Río Coata
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Fuente: SENAMHI – Puno, Ing. Jacinto Churata Salluca
En el gráfico siguiente se puede apreciar la distribución de las áreas en la cuenca del Río Coata
SUPERFICIE
Se tiene una precipitación anual media de 684 mm registrados por el SENAMHI, obtenido de las estaciones de Capachica, Juliaca, Cabanillas, Lagunillas, Lampa, Collini, Pampahuta, Río Verde, Atecate, Quillisani y Paratia, los cuales registran periodos entre 1957 a 1976.
Cuadro 3.2 Precipitación total anual en la Cuenca del Río Coata
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Fuente: SENAMHI – Puno, Ing. Jacinto Churata Salluca
PRECIPITACIÓN
Es el peso de la columna de aire que gravita por una unidad de área. La presión varía con la altitud a razón de aproximadamente 1 mb por cada 10 mb, o más exactamente en la forma:
Donde:
z:= altitud sobre el nivel del mar en m
p:= presión en milibares -mb-
Obteniéndose para el área del proyecto de 3815.0 msnm de:
Presión
unidades
631.2081
mb
63120.8093
Pa
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
El área del proyecto se configura una planicie despejada (no hay bosques), razón por la cual la incidencia del sol es máxima, así como el desplazamiento del aire -viento- es completo (las formaciones montañosas están alejadas), y la perdida de calor es rápida en horas de la noche, atenuándose por la cercanía del Lago Titicaca. Teniendo temperaturas de máximas de hasta 24 °C en época lluviosa -verano- y mínimas de -11 °C en época de estiaje.
TEMPERATURA
MÁXIMAS DESCARGAS

La escorrentía superficial del Río Coata, es medida por el SENAMHI en la estación hidrométrica Puente Maravillas en la vía Juliaca – Ayaviri.

En dicha estación se registraron las descargas medias diarias mediante lecturas de un limnígrafo, existiendo registro de 20 años (1957 – 1976), que han servido para calcular la disponibilidad de agua; así como los eventos extraordinarios con fines de diseño.

Cuadro 3.3 Resumen histórico de máximas avenidas

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Fuente: SENAMHI – Puno, Ing. Jacinto Churata Salluca

La tendencia de la serie se muestra en el gráfico 3.4, donde se nota claramente las variaciones respecto al tiempo.

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De acuerdo a los caudales medios mensuales del río Coata, para 20 años de registros. Las descargas son menores entre los meses de junio a noviembre, y mayores en los meses de diciembre a abril. Estas descargas coinciden con el régimen pluviométrico, que es la mínima media y se presenta en el mes de octubre y es de 3,6851 m3/seg y el caudal máximo medio mensual corresponde al mes de febrero con 148,1079 m3/seg.

Las descargas medias mensuales representan la disponibilidad de agua que en volumen total anual alcanzan 1295,75 MMC, y varían de 9,54 MMC en el mes de octubre a 383,70 MMC en el mes de febrero. De igual forma presentan una distribución muy variable de año en año. En el período de 1957 – 1979, existen períodos de años secos tales como los años hidrológicos 1964 – 65, 1965 – 66, en que las descargas son menores al promedio, bajando hasta 1,67 m3/seg anual el valor mínimo y hasta 60,47 m3/seg el máximo, siendo el promedio anual de 20,53 m3/seg. Sin embargo en esos años no se presentaron las descargas mínimas minimorum, las cuales se presentan en octubre 1973 y alcanzan a 1,17 m3/seg siendo el promedio anual de 73-74 de 59,31 m3/seg que corresponde aparentemente a un año húmedo.

Los tiempos húmedos se presentaron en los años 1961 – 63, 1971 – 72, 1973 – 74, 1975 – 76, que presentan descargas medias extraordinarias de hasta 307,039 m3/seg, en el mes de febrero; en estos años se producen desbordes e inundaciones del río Coata que afectan la agricultura y ganadería de la zona.

ANÁLISIS DE FRECUENCIAS DE VALORES EXTREMOS

Para el diseño de las obras de defensas ribereñas, es necesario estimar la avenida máxima en función de la vida útil y del riesgo; analizándose la serie anual de descargas máximas diarias de 20 años, mediante el ajuste a la función de eventos extremos máximos de Gumbel, a partir del cual se ha estimado las avenidas máximas para una frecuencia de 10, 50, 100, 200, 400 años. El análisis de consistencia muestra que es consistente respecto a la media pero no es significativa respecto a la desviación estándar.

1. Hidráulicamente un río se comporta como un canal especial, de ahí que su estudio empieza por comprender los canales abiertos.
2. GENERALIDADES DE UN RIO
  Los ríos se distinguen uno de otro por la figura que recorren en su trayecto.
  Gráfico 3.5 Morfología del cauce
  LANE, distingue un río entrelazado de otro meándrico por la función de su característica SQ¼ , como indica el gráfico.
  S está en pies/pies, y Q en pies3/s.
  Si: SQ1/4 £ 0.0017, es un meandro, SQ1/4 ³ 0.010 es un río entrelazado.
  Esta cifra sirve para darnos un indicativo, para el proyecto se obtuvo:
  S:=0.0005 m/m = 0.0005 ft/ft
  Q:=340 m3/s (media) = 9888.1066816 ft3/s
  SQ1/4 = 0.005233937, lo que lo sitúa en un río intermedio.
  Un gráfico a mayor escala resuelve que el Río Coata y sus álveos se destacan por ser meándrico en todo su recorrido. Ver gráfico 3.7 adjunto.
  En el tramo del proyecto, se trabajó con un intervalo claramente meándrico, en los 1400 m se halló que los materiales sedimentarios transportados, se depositan en las curvas interiores, y hay una tendencia a la erosión en las curvas externas, como lo indica el gráfico.
  Gráfico 3.8 Erosión y sedimentación en curvas
3. MORFOLOGÍA DEL CAUCE
  La defensa ribereña propuesta se comporta como un potencial erosivo en sus márgenes debido a las elevadas velocidades periódicas que alcanza el río, siendo la norma bajas velocidades que caracterizan a un río meándrico lo que origina una rápida colmatación de los arcos o elongaciones de su recorrido.
  La erosión fluvial es una acción constante que lleva a cabo las aguas de las corrientes sobre la superficie terrestre la erosión fluvial considerando el drenaje socava el valle en forma de "V", sección transversal; causando la profundización del cauce, el ensanchamiento y el alargamiento; según las condiciones propias hará mas o menos intenso el proceso.
  Es interesante la dinámica de la erosión del río, la cual consiste en el transporte de material de los márgenes y del fondo del cauce. La parte externa de las curvas en la que más expuesta está a la erosión debido a que la energía del agua se dirige hacia ellas.
  LA FOTO ILUSTRA SIGNIFICATIVAMENTE LO EXPUESTO.
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  Foto – Erosión en la curva exterior del río
4. DESCRIPCIÓN DE LA EROSIÓN FLUVIAL
  1. Para un estudio adecuado se debe pensar en un río como un ente con propiedades dinámicas cambiantes, casi con vida, teniendo cuidado en modelizarlo estáticamente.
  2. PRINCIPIOS DE ESTUDIO
    Acerca de este concepto, Ven Te Chow, afirma "cuando el agua fluye uniformemente en un canal, se desarrolla una fuerza que actúa sobre el lecho del río en la dirección del flujo. Esta fuerza, que simplemente es el empuje del agua sobre el área mojada, se conoce como fuerza tractiva".
    En un flujo uniforme, la fuerza tractiva en apariencia es igual a la componente efectiva de la fuerza gravitacional que actúa sobre el cuerpo del agua paralela al fondo del canal e igual a g ALS.
    Donde g es el peso específico del agua; A es el área mojada; L es la longitud del tramo del canal y, S es la pendiente.
    Luego, el valor promedio de la fuerza tractiva por unidad de área mojada, conocido como fuerza tractiva unitaria t o, es igual a g ALS/PL = g RS, donde P es el perímetro mojado y R es el radio hidráulico
    t o = g RS
    En general para flujos tridimensionales, que se presentan en la practica, la tensión cortante t o no se distribuye en forma constante debido a la existencia de flujos secundarios, por lo que las características de la distribución real dependen de la sección del canal.
  3. FUERZA TRACTIVA
    Las estimaciones del caudal de transporte de sólidos por los ríos, son de utilidad para estudios de modificación de canales naturales con secciones estables, protección contra la erosión y de la variación del volumen de los embalses. En ese sentido debido a que el cauce de río en estudio ya tiene un ancho definido, el análisis es para cuantificar el gasto sólido con la finalidad de tomar las acciones correspondientes para la prevención y control de la erosión en la cuenca en general.
    Buscando las condiciones o límites para el inicio del movimiento, se encuentran dos formas:
    Una de ellas hace mención a la acción del esfuerzo de corte, o fuerza tractiva. El movimiento de las partículas del fondo, empieza cuando la fuerza tractiva actuante t o es igual a la fuerza tractiva crítica t c , que es propia de cada material constituyente del fondo.
    Otra forma es la determinación de la velocidad crítica Vc. se denomina velocidad crítica de arrastre a la velocidad media de la corriente a la cual empieza el movimiento (el arrastre), de las partículas constituyentes del lecho .
    La determinación del gasto sólido fluvial está, en primer lugar, fuertemente relacionada con las características de erosionabilidad de la cuenca. También está relacionada con las características hidráulicas del río (pendiente, velocidad, tirante, rugosidad, etc.), de la granulometría y de otras propiedades del material sólido, este se transportará como de fondo o de suspención.
  4. TRANSPORTE DE SÓLIDOS DE FONDO
  5. METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE GASTO SÓLIDO DE FONDO
  De acuerdo con Schröder, se tiene que una de las fórmulas aplicables es la de Schoklitsch.
  El cual se expresa en la siguiente ecuación:
  Donde:
  TF = gasto sólido de fondo, en kg/s
  Q = Gasto líquido medio = 340.0 m3/s
  B = ancho medio del río = 45.0 m
  S = pendiente de la línea de energía del río = 0.0005 m/m
  dm = diámetro representativo de las partículas (dm) = 0.001 m
  Reemplazando se obtiene: Tf = 9.33387 kg/s = 294352,94 Tn/año
5. CRITERIOS DE HIDRÁULICA FLUVIAL
6. MEDIDAS DE PREVENCIÓN Y CONTROL DE EROSIÓN FLUVIAL
HIDRÁULICA FLUVIAL

Las medidas para el control de erosión comprenden desde el factor humano hasta las medidas técnicas en categorías:

Factor humano
Medidas estructurales
Medidas forestales

Este punto es casi desatendido por ser considerado superficial, sin embargo considero que no hay efectividad de alguna medida técnica si no se tiene el compromiso y la conciencia de que si se quiere controlar la erosión fluvial, esta debe partir del propio interesado.
FACTOR HUMANO
MEDIDAS ESTRUCTURALES

Se mencionan las siguientes

Diques enrocados.

Conformado en base a materiales de río en forma trapezoidal y revestido con roca pesada en su cara húmeda.

Enrocado con roca al volteo

Revestido con roca pesada directamente volteado por volquetes

Estructuras de concreto

Muros de concreto ciclópeo

Gaviones

Estructuras flexibles construidas con una red de malla galvanizada plastificada hexagonal tejido a doble torsión, debe garantizar una vida útil adecuada del alambre

Otros
- Dados, Tetrapodos y Espigones
- Colchones
- Presas de regulación y terraplenes.
- Caballos – abarcados
- Cestones

MEDIDAS FORESTALES Y OTROS

Son todas aquellas que incluyen cubierta vegetal en todas sus formas.

Además se tienen

Emplazamiento de la población fuera del peligro.
Sistema de emergencia contra inundaciones.
Medidas agronómicas.

Estas medidas son particularmente interesantes y se describen de la siguiente manera.

Zanjas de infiltración, son canales que se construyen transversalmente a la máxima pendiente del terreno, con la finalidad de interceptar la escorrentía, contrarrestando su velocidad y permitiendo una mayor infiltración.
Terrazas de absorción, son una serie sucesiva de plataformas, dispuestas como estrechos andenes, construyéndose a nivel con una ligera inclinación hacia dentro, los bordes interno y externo se encuentran a nivel.
Diques para el control de cárcavas, la cárcava es una zanja notoria causada por la erosión hídrica del suelo; sigue generalmente la máxima pendiente del terreno y constituye un cauce natural en donde se concentra y fluye el agua de las lluvias.

Incluyen practicas de conservación a nivel de laderas – repoblación vegetal – forestal, zanjas de infiltración, terrazas y surcos en contorno -, y prácticas a nivel de cárcavas, que son materiales naturales o artificiales que buscan cortar gradualmente el paso del agua en la cárcava, sean de champas, piedras, ramas, maderos, cubierta vegetal, etc.

1. Este estudio comprende los lechos del río y el terreno. Se ha efectuado un análisis de suelos a cada 500 m debido a la uniformidad del terreno. Los materiales componentes del lecho del río, son casi en su totalidad arena, que se han clasificado según SUCS. Ver Análisis Granulométrico adjunto.
2. ESTUDIO GEOTECNICO
  La exploración se ha realizado en los márgenes y riberas del Río Coata efectuado sondeos, obteniendo muestras de suelos representativos. Se optó por la norma ASTM, por ser la que reúne criterios para la clasificación y construcción de muros de contención,
  1. ENSAYOS DE LABORATORIO
3. EXPLORACIÓN, MUESTREO Y ENSAYOS DE SUELOS
ESTUDIO DE SUELOS Y CANTERA

Se efectuaron los siguientes ensayos estándar de laboratorio, según norma ASTM.

CONTENIDO DE HUMEDAD ASTM D-2216
LIMITES DE CONSISTENCIA LL: ASTM D-423 / LL: ASTM D-424

Determinación con muestras de suelo fino que pasan la malla N-40, de acuerdo a SUCS corresponde a ML.

ANALISIS GRANULOMETRICO ASTM D-422

Efectuado con tamices, las muestras en un porcentaje superior corresponden a retenidos en la malla N-200.

El enrocado requiere de piedra de 80 cm o más, para cubrir el talud húmedo, de alta dureza y resistencia a la erosión, de fragmentación prismática y elevada densidad. Lo cual ha llevado un rastreo de las posibles canteras, ubicándose la Cantera UQUISILLA el cual reúne lo requerido.

GENERALIDADES

CANTERA UQUISILLA Esta cantera se ubica a 6.0 km del proyecto a 500 m de la carretera Coata – Capachica, en el lado izquierdo, es actualmente utilizada para sacar piedra para construcción casera.

Material	: Piedra caliza
Ubicación	: Km 4+000 desde Capachica
Acceso	: Carretera Coata Capachica, d=500 m
Propietario	: Comunidad Lluco – Uquisilla
Tratamiento	: Ninguno
Explotación	: Cargador frontal, manual
Usos	: Concreto cimentaciones, albañilería
Rendimiento	: 80 %

DESCRIPCION DE CANTERA
VALORACIÓN.

ESTUDIO DE CANTERA

Se describe el material in situ como parte de una formación rocosa, de tipo ígneo, que destaca por estar conformada de agregados minerales densos, procediendo a su identificación posterior en razón de su génesis.

Dureza.- La dureza de un mineral es la medida de su capacidad para resistir el desgaste o el ser rayado. Se ha aceptado universalmente una escala sencilla basada en pruebas empíricas para la dureza, si un mineral desconocido raya y a su vez es rayado por un miembro de escala o medio de prueba, los dos son de igual dureza; los patrones de comparación en orden de dureza creciente de 1 a 10 son:

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Fuente: Bureau of Reclamation, Diseño de pequeñas presas, 1982

Crucero.- Se dice que un material tiene crucero, si presenta superficies planas cuando se rompe. El crucero se produce invariablemente en planos paralelos, algunos minerales tienen un crucero; otros, dos, tres, de grado variable de importancia. El número de direcciones de crucero y el ángulo con el que se cortan sirven como medios de identificación del mineral.

Fractura.- A la superficie quebrada de un mineral, en direcciones que nos son los planos de crucero, se le llama fractura. Los tipos comunes de fractura son la concoidea si la fractura tiene superficies curvas concéntricas, como las del interior de una concha; irregular, si la superficie es áspera, y astillosa si tiene la apariencia de astillas de madera.

Lustre.- El lustre de un mineral es la apariencia de su superficie debido ala calidad e intensidad de la luz reflejada. Dos clases principales se reconocen, el metálico y el no metálico. La principal diferencia entre los dos está indicada por el nombre. Además, los minerales metálicos son opacos, o casi opacos, mientras que los minerales no metálicos son transparentes en sus aristas delgadas.

Color.- El color de un mineral, como medio para su identificación debe usarse con la debida precaución, porque algunos muestran una gran variación sin cambio perceptible en su composición.

Raya.- El color de polvo fino de un mineral, obtenido al frotarlo sobre una substancia blanca, como porcelana sin esmalte, se conoce como su raya. La raya de un mineral es bastante constante dentro de una cierta variación, aunque su color puede variar.

IDENTIFICACIÓN.- Después de evaluar las características de las muestras representativas de la cantera, se identifica en un primer momento lo siguiente:

Dureza, la muestra da un rayado a la hoja de una navaja y a la superficie del vidrio mas no así a la superficie de una muestra de cuarzo, sin embargo no es rayado por la navaja ni el vidrio, pero si por el cuarzo, lo cual indica una dureza mayor a 5.5 y menor a 7, optándose por darle una dureza de 6.
Crucero, en la rotura de la muestra de roca, se observa que no se tiene signo de crucero.
Fractura, la superficie de la muestra da como resultado una fractura irregular, al tener una superficie áspera.
Lustre, se tiene un lustre metálico muy divergente, el reflejo de la luz es oscuro, con una difícil determinación del plano de reflejo; no tiene un lustre no metálico
Color, la muestra presenta un tono gris intenso desde todos los ángulos de vista, con tendencia al azul verdoso.
Raya, la muestra no deja un polvo fino al ser frotado en la superficie de una porcelana.

Finalmente se aprecia los siguientes aspectos que logran definirlo relativamente:

Grano fino y uniforme en todo la muestra sin ninguna incrustación cristalina.
No hay reacción con el ácido clorhídrico.
No hay reacción significativa con el agua, la absorción es casi nula.

Todos estos datos de campo lo identifican como roca andesita, que cubren perfectamente los requerimientos de enrocado. Las fotos siguientes muestran aspectos de la cantera.

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Foto -Vista frontal de la cantera rocosa a utilizar

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Foto -Cantera después de la explosión

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Para propósitos de diseño se consideró un caudal máximo extremo cuyo tiempo medio de retorno es de 50 años con una probabilidad del 50% de que se presente esta máxima avenida, para expresar mas seguridad a la realidad de la zona.
Tr
Tiempo de retorno
Q
Máximo m3/seg
10 años
775.0
20 años
915.0
30 años
990.0
40 años
1050.0
50 años
1100.0

CRITERIOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS

Existen varios y diferentes métodos de calculo de la sección estable del lecho del río [31][35], se contempla que las condiciones de los ríos requieren una observación directa; en tal sentido, en base a ensayos en este tipo de obras en los ríos de la costa y algunos practicados en la región se puede establecer una sección representativa para el río. Siendo recomendable en condiciones de valle, caso que se da en la zona de trabajo del Río Coata, verificar el ancho estable como el caso de áreas no determinadas visiblemente, y en base a esto efectuar los cálculos de los otros parámetros.
El cálculo de la sección estable considera la teoría del régimen estable de Blench – Altunin, o de Simons – Henderson.
Cálculo de la sección estable
Para el cálculo de la sección estable se considera la teoría del régimen estable de Blench – Altunin o de Simons – Henderson.
En un primer momento se evalúa según Blench – Altunin.
Los cuales utilizan las siguientes expresiones:
Donde:
Dm = Diámetro mediano de la muestra tomada a la altura Hs
D50 esta dado en mm
B = Ancho medio de la sección
Fb = Factor de fondo = 1.90 Ö d50, [31- pag 58]
para material grueso Fb=1.2, y para gravas Fb = Dm 1/3 [35 – pag 34]
y para gravas Fb=3Ö d50*(1+0.12*0.05)
Fs = Factor de orilla = 0.2 para material ligeramente cohesivo
s = Pendiente hidráulica (%)
Q = Caudal de diseño (m3/s)
g = Gravedad = 9.81 m/s2
K = Factor secundario
H = Profundidad media (m)
C = Concentración de material de fondo en 10 -15
Cuadro 4.1 Valores aproximados de Fs – Factor de orilla
SECCION ESTABLE DEL RIO

Tipo de orilla	Fs
Orilla de barro y arena	0.10
Orilla de barro – arcilla – fangosa	0.20
Orilla de material muy cohesivo	0.30

Según Simon y Henderson:

b=K1(Q)0.5

Cuadro 4.2 Valores de K1 en la Ecuación de Simon y Henderson

Condiciones del fondo del río	K1
Fondo y orillas de arena	5.7
Fondo de arena y orillas de material cohesivo	4.2
Fondo y orillas de material cohesivo	3.6
Fondo y orillas de grava	2.9
Fondo de arena y orillas de material no cohesivo	2.8

Evaluando según Blench – Altunin los datos, para d50 = 0.003 se obtiene el siguiente cuadro de valores para el ancho medio

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(1)Fb

(2)Fb

(3)Fb

Los valores obtenidos van desde los 33.7 m hasta los 72.2 m

El ancho medio del canal, según Simon y Albertson modificados por Henderson – 1966, es según el cuadro de valores procesados

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Los valores van desde los 113.8 m hasta los 139.3 m

Los valores obtenidos según Simon – Albertson – Henderson, superan ampliamente los procesados obtenidos por Blench – Altunin.

Para un Fb=0.14422 y Fs=0.2, se obtiene b= 50.98

Por criterio practico se toma el valor de b=50 m

El cual es además el ancho medio del río.

Cálculo de la altura media.

Viene a ser la profundidad necesaria para la estructura.

Viene de la relación:

Donde:

H: Profundidad de la estructura.

Q: Caudal en m3/s

Fb : Factor de fondo

Fs: Factor de orilla

Después de evaluar los datos se tiene el siguiente cuadro

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Se obtiene valores desde 9.0 m hasta 14.9 m.

Lo que hace que se decida por optar una profundidad de 9.10 m por razones practicas y de consideración real en la construcción.

De acuerdo a los datos hidráulicos que se tienen del Río Coata como: caudal, rugosidad, pendiente, talud y base del río, se ha optado el caudal máximo para un período de retorno de 40 años, que es de 1050 m3/s con 50% de que esta avenida se presente, obtenidos de la curva de caudal de diseño vs vida esperada, para efectos prácticos se trabajó con un caudal de diseño de 1100 m3/s. Para él calculo del tirante medio se aplicará la formula de Manning.

Donde:

Q:	Caudal de avenida del proyecto, m3/seg
A:	Area de la sección, m2
R:	Radio hidráulico
S:	Pendiente del río, m/m
n:	Coeficiente de rugosidad, 0.035

La altura del terraplén o muro de defensa es igual al tirante máximo mas un borde libre, el cual se aproxima a la altura de la energía de la velocidad o carga de la misma, multiplicado por un coeficiente que está en función de la máxima descarga y pendiente del río.

H = y + BL

BL = f V2/2g

Donde:

H	=	Altura del terraplén (m)
,y	=	Tirante de caudal de diseño (m)
BL	=	Borde libre (m)
,v	=	Velocidad media del agua (m/s)
,g	=	Gravedad (m/s2) = 9.81
f	=	Coeficiente

Cuadro 4.3 Valores de f

Caudal máximo m3/s	Coeficiente f
3000 – 4000	2.00
2000 – 3000	1.70
1000 – 2000	1.40
0500 – 1000	1.20
100 – 500	1.10

Fuente: Terán A. Rubén, Diseño y construcciones de defensas ribereñas, 1998

Para el caso, se tiene f = 1.40

Además, el borde libre también se calcula conforme a valores del fetch cuando el río se encuentra estable, según el cuadro 4.4

Cuadro 4.4 Valores del Fetch

Fetch en millas	Velocidad viento km/h	Altura de las olas m	Bordo libre normal m	Bordo libre mínimo m
< 1	< 80.0	< 0.80	1.00	0.50
1.0	80.5	0.82	1.82	1.52
2.5	120.7	0.91	2.43	1.82

Fuente: Bureau of Reclamation, Diseño de Pequeñas Presas, 1982

Se selecciona el bordo libre:

1) BL = f V2/2g

BL1 = 1.40 (2.52/(2*9.81)) = 0.446 m » 0.45 m

2) Para una velocidad del viento promedio de 40 km/h, se tiene

BL2 : mínimo = 0.50 m, normal = 1.00 m.

Se opta por un Bordo Libre de 0.50 m

Cálculo del tirante máximo

Y=(Q/KsbS1/2)3/5

Donde:

Ks : Coeficiente de rugosidad del lecho del río, ver cuadro 4.7

b : Ancho medio de la sección estable del río (m)

S : pendiente media de la rasante del río (m/m)

Cuadro 4.5 Valores para Ks

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Fuente: ACI-UNI, Diseño de obras hidráulicas, 1994

Las características del tramo de trabajo en el Río Coata, hacen que no hubiese diferenciación de una sección de otra, lo cual motivó una sola sección continua.

Se construye una tabla de valores correspondiente a las características del intervalo.

Tabla 4.1 Características hidráulicas

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DISEÑO HIDRÁULICO
Para establecer la profundidad de socavación, es aplicable el método propuesto por LIST VAN LEBEDIEV [1], orientado a cauces naturales definidos. Es necesario evaluar la erosión máxima esperada en una sección, al pasar un gasto de diseño o de interés singular Q, al cual se le atribuye una cierta recurrencia o tiempo de retorno.
En esta teoría, la formula de la velocidad considerada erosiva, que es la velocidad media capaz de degradar el fondo, se expresa por:
Donde:
Ve: velocidad erosiva (m/s)
g : densidad del suelo seco que se encuentra a la profundidad Hs (Tn/m3)
b : Coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia, y cuyo valor se da en la siguiente tabla
ts: tirante que corresponde a la profundidad a la que se desea evaluar Ve.
x: Exponente característico para material no cohesivo, según tabla de valores.
Cuadro 4.6 Coeficiente b para socavación
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Simplificando fórmulas se obtiene:
hs = ts – t
donde:
hs: profundidad de socavación (m)
ts: tirante de socavación
t: tirante normal
Fuente: ACI-UNI, Diseño de obras hidráulicas, 1994
Cuadro 4.7 Valores de "x"
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Fuente: ACI-UNI, Diseño de obras hidráulicas, 1994
Después de evaluar la velocidad erosiva, se determina el caudal estimado correspondiente, el cual se expresa de la siguiente manera:
Donde:
Ks: Coeficiente de rugosidad que depende del lecho natural del río, según cuadro 4.5
bo: Sección estable determinada (m)
t: Tirante normal (m)
s: pendiente (m/m)
Haciendo: q = Ks S1/2, por ser números constantes.
Se tiene: q = 35 * Ö 0.0005 = 0.7826
Luego:
,x = 0.43 para un Dm = 0.05
,ts = ((0.7826*8.115/3)/(0.68*0.50.28*55))1/1+x
ts estimado = 8.42 m
Finalmente la profundidad de socavación es de:
,hs = 8.42 – 8.10 = 0.32 m
PROFUNDIDAD DE SOCAVACION
PROFUNDIDAD DE DESCOLMATACION

Según el análisis granulométrico del lecho del río de clasificación SP arena mal graduada, arena con gravas con poco o nada de finos, y el levantamiento topográfico del río, la profundidad de descolmatación esta en el rango de 0,40 a 2,60 m desde la orilla hasta el eje rasante del río de la sección estable.

Lo cual se ejecutará con maquinaria pesada, tal como se muestra en la foto.

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Foto – Bulldozer KOMATZU DX155AX super3 descolmatando lecho del Río Coata

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Foto – Excavadora CAT 330B descolmatando lecho del Río Coata

DISEÑO HIDRÁULICO Y PROFUNDIDAD DE DESCOLMATACIÓN
MONTAJE DEL SISTEMA DE DEFENSA RIBEREÑA

El levantamiento del sistema de defensa requiere de los siguientes puntos de interés:

En la alineación de los muros se han tomado en cuenta las siguientes consideraciones:

Trazado de ejes para el dique, procediendo a su replanteo en obra.
Delimitación de áreas de corte de tierra para la conformación del dique.

Las dimensiones de los diques se calcularon en función a la altura de la máxima avenida probable, en contraste de la altura del relieve respecto a la rasante del eje del río, de 2.5 a 3.5 m. Así mismo la corona se calculó en función de la estabilidad del talud natural compactado, siendo ésta de 3.50 m con z = 2

El muro enrocado descansará sobre el talud húmedo del dique colocándose con precaución en forma ordenada y sistemática. Este trabajo lo realizará equipo mecánico conveniente para este fin, como una excavadora con un mínimo de precisión para el volteado, acomodado y presionado.
El talud del muro enrocado se establece en z=2
Los muros yacentes serán construidos de material homogéneo compuesto de roca de cantera conformado de tal manera que formen un sólido soporte y engarcen con el menor espacio posible entre ellos, estos espacios serán obturados ajustándose utilizando menos roca menor, este trabajo se realizará con mano de obra.
Gráfico 4.1 Sección típica del dique enrocado.
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El tamaño de las rocas deberá ser tal que no permitirán el arrastre por parte de las aguas en sus máximas avenidas, siendo este volumen de 50 a 100 cm de diámetro promedio.
DESCRIPCIÓN DEL MURO ENROCADO
SECCION DEL MURO DE CONTROL DE INUNDACIONES

Se plantea la construcción de un muro de contención adecuado para el control de inundaciones, utilizando materiales del lugar, arcilla de clasificación ML, enrocado de protección con roca caliza pizarrosa.

Los datos básicos de diseño se definen:

Altura del muro = 9.10 m

Bordo libre = 0.50 m

De la tabla 4.2 se obtiene:

Z0: cara húmeda = de 1.5 a 3 = se optó por 1.5:1

Z1: cara exterior = de 2 a 2.5 = se optó por 2:1

Corona:

C= altura terraplén/5 + 10 . . . . . en pies,

z es la diferencia de cotas entre la rasante y la corona

(9.10 m = 29.86 pies)

C=26.57/5 + 10 = 15.97 pies = 4.87 m

Además, la corona debe tener como mínimo el ancho de acceso utilizable. Esto es para un acceso carrozable, de 3.50 m.

Se opta por una corona = 3.50 m

Finalmente:

Talud terraplén = 1:1.5 cara húmeda y 1:2 cara exterior

Talud enrocado = 1:2

Corona = 3.50 m

Bordo libre = 0.50 m

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1. CONCLUSIONES
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el control, encauzamiento y defensas ribereñas del Río Coata, se llegó a las siguientes conclusiones:

Se logró diseñar una estructura hidráulica (terraplén de tierra) en la cual se ha concentrado estratos de 0.40 m con un grado de compactación al 95%, realizados con maquinaria de 40 Tn de peso. La sección de la estructura es de 3.0 m de corona, talud en la cara húmeda de z=2.5, y en la cara exterior de z=2.0, una altura promedio de 9.0 m a partir de la rasante del eje del río. Siendo el material de fundación terreno natural, el cual es homogéneo en todo el recorrido, constituido por estratos franco arcilloso en el primer estrato de 1 a 1.5 m y de arena arcillo – limosa en el segundo estrato hasta los 3 a 3.5 m en donde se halla el nivel freático.
La variable hidrológica más importante es la precipitación, la cual se evalúo en función de los caudales máximos anuales registrados por el SENAMHI en la estación de aforo del puente Maravillas. La geografía y el relieve de la cuenca y sus álveos proporcionan una rápida carga de los afluentes del Río Coata con elevación del nivel del agua y un rápido descenso o descarga en el Lago Titicaca debido a que es relativamente corta la longitud de descarga del Río Coata en comparación con los afluentes.
De un comparativo de costo social, económico y técnico entre el presente trabajo, consistente en un terraplén de tierra de muro enrocado y otro de concreto ciclópeo reforzado con acero estructural, se concluye que es más costoso este último, en una proporción de 2 contra 1, esto es, con los mismos costos de una defensa de concreto en un medio similar se podría lograr el mismo objetivo dos veces con una defensa de tierra enrocado, esta conclusión se infiere teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

Región con similares características fisiográficas, hidrológicas, población y de recursos económicos.
Caudal máximo de diseño, longitud de construcción de defensas y costo de construcción de las mismas.
Areas afectadas, perdidas económicas por unidad de área, costos de recuperación de áreas dañadas.
Costos de reintegración de la zona a la actividad económica regional.

Además, se ha determinado los siguientes aspectos secundarios que surgieron durante el desarrollo de la estructura de defensa, esta refiere en el sentido social no menos importante:

Población con desconocimiento de criterios de defensas ribereñas.
Falta especificar áreas anegables de mayor o menor grado.
Existe un vacío en el ordenamiento y control de ríos en zonas susceptibles a inundaciones.
No hay un planteo para la forestación de las riberas.

RECOMENDACIONES

Por experiencia de los trabajos realizados en la zona y garantizar la vida útil de la estructura. Y después de evaluar los diferentes resultados, tanto en gabinete como en campo, al diseñar las defensas y trabajar con representantes de las diferentes comunidades campesinas, y al evaluar su manera de ver estos desastres, se ha inferido las siguientes recomendaciones:

Realizar trabajos de limpieza del cause del río para evitar el desgaste y erosión de la estructura, y así asegurar la sostenibilidad de la obra.
Debido a que las defensas existentes no responden a una eventual máxima avenida proyectada, se recomienda ejecutar el diseño del presente trabajo.
Se recomienda que la ejecución de las defensas se realice en épocas de estiaje en los meses de mayo setiembre, evitando los inconvenientes de las crecientes que no se dan en esta época.
Una recomendación final, realizar un estudio profundo y detallado de los costos que implican las defensas ribereñas en diferentes regiones con características fisiográficas, sociales, culturales y económicas determinadas, comparando los diferentes costos para encontrar una mayor eficiencia en las obras para el control de inundaciones.

RECOMENDACIONES COMPLEMENTARIAS

El objetivo esencial de toda defensa ribereña es proteger áreas terrestres de interés humano de las inundaciones perjudiciales provenientes de las máximas descargas del río, mas no así de un auto mantenimiento, o de ser auto sostenible, por lo cual se agregan recomendaciones para una mejor eficiencia de la estructura, las cuales son:

Capacitación de los pobladores en la manutención de diques y defensas ribereñas, llevada a cabo por personal de la Administración Técnica de Aguas de la zona.

Regular el movimiento del ganado bovino, ovino y porcino, llevados por los mismos pobladores afectados para acceder a las aguas del río, que deterioran y destruyen las construcciones que se tienen. El ganado porcino traído por los pobladores para su alimentación en la base del terraplén, destruye directamente los terraplenes al horadar las paredes del terraplén, así mismo aves con las mismas costumbres producen igual efecto, disminuyendo la vida útil de las defensas ribereñas.

Construcción de espigones en tramos absolutamente necesarios, aguas arriba del área del proyecto, para evitar los desbordes en las curvas cerradas de los meandros.
Plan de forestación

Construir un esquema para la forestación, dando un apoyo para poblar de árboles y vegetación acorde a las defensas ribereñas.
Preservar la escasa vegetación de la zona que es mas útil para la conservación de la estructura, la cual es utilizada para alimento del ganado.

Se recomienda un manejo de cuencas orientado a la conservación del suelo, con la finalidad de eliminar o minimizar las perdidas de suelos.

Plantear un programa de ordenamiento y control de ríos en zonas susceptibles a inundaciones. Practicando lo establecido en el Decreto Ley Nº 17752, Capitulo III, en los artículos 94° al 102°.
Hacer alcance a las poblaciones afectadas de un manual o sistema de defensas contra inundaciones, y un programa para ayudar a los damnificados de forma directa e inmediata en caso de enfrentar estas catástrofes.

Actualización e identificación de áreas inundables.

Las zonas identificadas no son de común acuerdo con la población, existen áreas en las cuales se hace un mejoramiento e incremento de tierras agrícolas y su inmediata explotación, que anteriormente no fueron evaluadas, produciéndose un desequilibrio al ejecutar un plan de defensa.

BIBLIOGRAFIA

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Harvey Condori Luque

Ingeniero Agrícola

El autor es especialista en Manejo de Recursos Naturales, experto en Administración de Cuencas Hidrográficas y Conservación de Suelos, con amplia experiencia de campo en zonas altoandinas.

Tr Tiempo de retorno	Q Máximo m3/seg
10 años	775.0
20 años	915.0
30 años	990.0
40 años	1050.0
50 años	1100.0

Presión	unidades
631.2081	mb
63120.8093	Pa