Caudales Máximos
Como no se cuenta con datos de caudales, las descargas máximas para el diseño de los canales de coronación serán estimadas en base a las precipitaciones y a las características de las cuencas colectoras, tomando en cuenta el Método Racional.
Este método que empezó a utilizarse alrededor de la mitad del siglo XIX, es probablemente el método más ampliamente utilizado hoy en día para la estimación de caudales máximos en cuencas de poca extensión, en el presente caso se ha aplicado para superficies menores a 3 km2.([1]) A pesar de que han surgido críticas válidas acerca de lo adecuado de este método, se sigue utilizando debido a su simplicidad. La descarga máxima instantánea es determinada sobre la base de la intensidad máxima de precipitación y según la relación:
Las premisas en que se basa este método son las siguientes:
La magnitud de una descarga originada por cualquier intensidad de precipitación alcanza su máximo cuando esta tiene un tiempo de duración igual o mayor que el tiempo de concentración.
La frecuencia de ocurrencia de la descarga máxima es igual a la de la precipitación para el tiempo de concentración dado.
La relación entre la descarga máxima y tamaño de la cuenca es la misma que entre la duración e intensidad de la precipitación.
El coeficiente de escorrentía es el mismo para todas las tormentas que se produzcan en una cuenca dada.
Para efectos de la aplicabilidad de ésta formula el coeficiente de escorrentía "C" y la intensidad de la precipitación varía de acuerdo a las características geomorfológicas de la zona: topografía, naturaleza del suelo y vegetación de la cuenca.
Los coeficientes de escorrentía para su uso en el Método Racional, son los que se muestran en el Cuadro N°10.
La duración de la intensidad de lluvia corresponde a la duración del tiempo de concentración de la cuenca, Tc la cual se determina de acuerdo a la fórmula de Kirpich.
Aplicando el Método Racional, se tienen las descargas descarga máximas, tal como se muestra en el Cuadro N°11. Así mismo las áreas de las cuencas del sector "Deslizamiento Potencial" se muestran en las Laminas Nº 1 y Nº 2 respectivamente.
ANÁLISIS DE EROSIONABILIDAD
La formación de cárcavas es un proceso complejo, unas veces ocurre por la acción del corte vertical y lateral del flujo, ampliando y profundizando el cauce; otras son el resultado de la concentración de la escorrentía de varios cauces formando uno de mayores dimensiones, el que se convierte en cárcava al progresar el proceso hacia aguas abajo y como erosión regresiva hacia aguas arriba del punto de origen. El desarrollo de una cárcava se debe a procesos que ocurren simultáneamente durante un evento de tormenta o en períodos sucesivos.
Dichos procesos incluyen:
Erosión regresiva en la cabecera de la cárcava por la caída de agua.
Erosión por el flujo de agua a lo largo de la cárcava o por salpicadura debido a la acción de las gotas de lluvia que caen en las áreas expuestas de la misma.
Deslizamientos o movimientos masivos de suelo hacia la cárcava.
El riesgo de erosión se define como el efecto combinado de los factores que lo originan (lluvia, escurrimiento, suelo y topografía). La combinación de estos factores se incluyen en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo: USLE (Wischmeier y Smith 1978). Este es un modelo empírico que toma en cuenta: un factor R (potencial erosivo de la lluvia), un factor K (erosionabilidad del suelo), un factor L (longitud de pendiente), un factor S (grado de pendiente), un factor C (cobertura vegetal) y un factor P (prácticas de conservación de suelos). Los cuatro primeros factores de la USLE determinan el riesgo de erosión en un área determinada, la ecuación que estima la pérdida de suelo es la siguiente:
PS = RK LS CP
Indice R de Erosividad de la Lluvia
Como se puede notar, el procedimiento para estimar R requiere de información detallada sobre registros pluviográficos continuos de lluvias diarias sobre períodos de varios años. En la práctica, especialmente en países en desarrollo, dichos registros son escasos, cortos o inexistentes, debido a la falta de presupuestos para la operación de las redes de observación. Cuando no se dispone de registros pluviográficos lo suficientemente detallados como para evaluar el valor medio de R, se suele utilizar la precipitación total anual.
En Venezuela se utilizan los siguientes rangos de valores como órdenes de magnitud para apreciar el poder erosivo de las lluvias (R en t/ha-año) para áreas con las características de precipitación y escorrentía indicadas.
Lluvias de gran intensidad y duración, y abundante escorrentía superficial
R = 750-800.
Lluvias de gran intensidad y duración, y mediano o poco escurrimiento superficial
R = 500 – 650.
Lluvias de mediana intensidad y, abundante escurrimiento superficial,
R = 450-550.
Lluvias de mediana intensidad y, poco escurrimiento superficial
R = 200-350.
Factor K de Erosionabilidad del Suelo
El factor de erosionabilidad del suelo K es una medida de la vulnerabilidad del suelo; es una característica propia que depende de la granulometría, porosidad, contenido de materia orgánica y condiciones hidrológicas. Cuantifica la erosionabilidad de cada suelo mediante una expresión deducida experimentalmente; representa la tasa de erosión del suelo por cada unidad de índice de erosión R para condiciones de relieve y vegetación estándares y valores de L, S, C y P iguales a la unidad.
Wischmeier y Smith (1978) estiman el valor de K en función de la textura, contenido de materia orgánica, estructura y permeabilidad del suelo. Los suelos más erosionables corresponden a las texturas intermedias (fracción de limo más abundante); suelos con más de 30 % de arcilla son poco erosionables. La disminución de la fracción de limo aumenta la resistencia a la erosión, ya sea por el incremento de la cohesión debido al aumento del porcentaje de elementos más finos (arcillas) o por una mejora de la infiltración y la consiguiente disminución de la escorrentía debido al incremento del porcentaje de elementos más gruesos (arenas).
El contenido de materia orgánica proporciona estabilidad a los agregados y mejora su estructura y resistencia a la erosión; constituye el segundo factor más importante después de la textura en relación con la erosionabilidad del suelo. La estructura y permeabilidad también influyen sobre el factor K, conjuntamente con otras características químicas, como el contenido de óxidos de Al y Fe en algunos suelos arcillosos.
Wischmeier y Smith presentan el nomograma dado en la Figura N°2, para calcular el valor de K, adaptado al sistema internacional de medidas por Foster et al., (1981). Sobre la base de las características de textura y contenido de materia orgánica se obtiene un valor de K en primera aproximación utilizando la parte izquierda de la Figura 2. En muchos casos esta primera aproximación se considera suficiente para estimar la pérdida del suelo por erosión. Si se dispone de información sobre textura y permeabilidad, el valor preliminar de K puede corregirse mediante la porción derecha de la Figura N°2.
Fig.N°2: Nomograma para calcular el factor K de erosionabilidad del suelo
Factor Topográfico LS
Tanto la longitud de la ladera L como su pendiente S influyen considerablemente en las tasas de erosión de un suelo, convirtiendo al relieve en uno de los principales factores que determinan la emisión de sedimentos de las cuencas vertientes.
Wischmeier y Smith (1978) definen la longitud de pendiente como la longitud que recorre la escorrentía desde que se forma, en la divisoria, hasta que encuentra un cauce o una zona de sedimentación. La influencia de esta longitud de ladera sobre la erosión se estima en el modelo USLE, mediante la siguiente expresión:
donde L es el factor de longitud de la pendiente, adimensional, definido como el cociente entre la tasa de erosión anual de una parcela con una longitud de pendiente dada l (en m) y la tasa de erosión de esa parcela con las mismas condiciones de clima (R), suelo (K), pendiente (S) y vegetación (C, P) y de longitud de ladera estándar de lS = 22.1 m, donde L es igual a la unidad; m es un exponente que depende de la pendiente de la ladera que oscila entre 0.2 para pendientes suaves y homogéneas inferiores a l %, y 0.5 para pendientes superiores al 5%.
Para pendientes mayores que 4%, asumiendo un valor de m = 0.5, el factor LS se puede estimar como sigue:
Donde L es la longitud en m. desde el punto donde se origina la escorrentía hasta el punto donde se inicia la deposición debido a la disminución de la pendiente o la escorrentía entra a un cauce definido; S es la pendiente media de la ladera en porcentaje sobre la cual ocurre la escorrentía.
Factor de Cobertura Vegetal C
La cobertura vegetal es el elemento natural de protección del suelo contra la fuerza erosiva de la lluvia, controlando no sólo la energía de las gotas, sino la velocidad de la escorrentía superficial. El factor C de USLE da cuenta por esta influencia, incluyendo el tipo de vegetación existente y el manejo y disposición de los residuos vegetales. En el Cuadro N°12. se presentan los valores del factor C para diferentes tipos de uso de las tierras.
Factor de Prácticas de Conservación P
Este último factor recoge la influencia que tienen las prácticas de conservación de suelos sobre las tasas de erosión de una parcela, realizando los trabajos culturales o cultivando en curvas de nivel, en franjas o terrazas para cortar las líneas de escorrentía. En el Cuadro N°13 se dan los valores de P suministrados por Wischmeier y Smith (1978) para diferentes prácticas de conservación. La disposición en terrazas crea escalones donde se diferencian los taludes de la terraza con pendiente similar a la de la ladera pero con una longitud de declive mucho menor y las áreas horizontales o terraza propiamente dicha donde supuestamente la erosión es nula.
Con un diseño correcto de la terraza se consigue una sedimentación mayor que el 80% de los materiales erosionados en los taludes que quedan por encima de cada zona horizontal, de tal forma que sólo se pierde un 20% de la erosión total producida (P = 0.2). No obstante, cuando en las terrazas se acumula más cantidad de agua de la que puede infiltrar y no se ha previsto convenientemente su desagüe, existe el riesgo de que la terraza falle y deje salir el agua por la línea de máxima pendiente, dando origen a surcos o cárcavas que aumentan la pérdida de suelo de forma considerable, en términos incluso superiores a los de las laderas antes de la construcción de las terrazas.
Luego del análisis de las características hidrológicas, topográficas, tipos de suelo, coberturas de suelo y prácticas de conservación de las cárcavas formadas en los sectores involucrados, se presenta en los cuadros N°14 y N°15. Los valores de erosividad y producción de erosión, en la situación actual y considerando: 1º que se va a recuperar la cobertura vegetal y 2º que se van a considerar prácticas de conservación. Lo anotado en dichos cuadros se muestra a continuación:
Cuadro N°14
Erosionabilidad en las condiciones actuales
Cuadro N°15
Erosionabilidad recuperando la cobertura y con prácticas de conservación
Recopilación de información topográfica previa al evento (Seccionamientos, Perfiles Longitudinales)
Anexo 8
Imagen satelital Iconos Agosto 2008 0.35 Ha erosionadas línea amarilla, línea roja área erosionada 0.75 Ha julio 2011.
Levantamiento Topográfico de la zona de acción de la amenaza y generación del riesgo (Seccionamientos, Perfiles Longitudinales). Anexo 9 Ver planos
Análisis detallado amenaza, vulnerabilidad y riesgo. Anexo 10
CALCULO DE LA AMENAZA:
A. Clasificación De Deslizamiento:
a. Por el grado de Actividad.- Inactivo no presenta movimientos actuales.
b. Por la velocidad de Propagación de materiales.- Lento 1.5/año a 1.5 m/mes.
c. Por la profundidad de la superficie de rotura.- Profundo > 10 m.
d. Velocidades:
Velocidad es media v < 2 cm /año = 10 cm/año dándole una velocidad de 2.5
d. Tabla de Intensidades De Deslizamiento.
e. Probabilidad De Ocurrencia.
Frecuencia | Probabilidad | Periodo De Retorno |
Alta | 100 – 80% | 1 – 10 años |
Propuesta de solución
Anexo 11
REPOSICIÓN DE ALIVIADERO
Descripción
Este trabajo consistirá en la construcción de aliviaderos revestidos de concreto ciclópeo (f"c=175 kg/cm2) que presenten falla y que atente contra la seguridad de la estructura de la alcantarilla y por ende del pavimento.
La construcción de la estructura de las alcantarillas será elaborada de acuerdo con las presentes especificaciones y en conformidad con la ubicación y del tramo donde se va a reponer el aliviadero. Las formas y dimensiones, están indicados en el proyecto, salvo que sean determinados por el supervisor.
La partida comprende las siguientes operaciones:
Demolición de estructuras deficientes
Encofrado y desencofrado
Preparación de la superficie de concreto
Colocación del concreto f"c = 175 kg/cm².
Materiales
Se utilizarán concreto ciclópeo, cuya resistencia máxima a la comprensión verificada por la rotura de cilindro (testigo) a los 28 días será de 175 kg/cm² + 30% de piedra mediana. El encofrado se hará con madera aserrada.
El material será suministrado por el contratista, por lo que es su responsabilidad la selección de las fuentes de aprovisionamiento, teniendo en cuenta los requisitos de calidad indicadas en las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000 del MTC
Equipo
El contratista deberá contar con los equipos necesarios para la elaboración y colocación del concreto. Evitando las salpicaduras, segregaciones y choques contra los encofrados y deberá disponer de elementos para su conformación, demolición, carga y transporte de los materiales.
Requerimientos de Construcción
Para cumplir con esta actividad se procederá con la demolición de los aliviaderos que presenten falla estructural previo acuerdo con el Supervisor.
La demolición se efectuará en parte o en toda la sección del aliviadero, trabajo que se ejecutará a mano mediante el uso de herramientas manuales.
En aquellas zonas de demolición parcial, se usará un epóxico universal, como pegamento del nuevo concreto con el antiguo.
El material producto de la demolición no deberá ser colocado sobre terrenos con vegetación o sobre cultivos ni en el cauce externo de la alcantarilla, deben hacerse en lugares seleccionados, hacia el exterior del cauce de la alcantarilla, para que no produzcan daños ambientales, o deberá ser transportado al botadero adecuado, previa aprobación del Supervisor.
Se programará el suministro, colocación y elaboración del aliviadero para una sección trapezoidal de 8.50 x 4.00 x 1.50 y un espesor de 0.25 metros (base mayor, base menor, altura). Los sobrantes no deben ser esparcidos en los lugares cercanos, sino trasladados a lugares donde no produzcan daños ambientales.
El encofrado estará de acuerdo con las dimensiones y tamaños indicados en planta de la estructura a reponer.
El concreto será mezclado, vaciado y curado de acuerdo a las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000 del MTC. El acabado será frotachado (en las áreas no encofradas).
Aceptación de los Trabajos
Se aceptaran los trabajos cuando la calidad del producto terminado cumpla con los requerimientos indicados por el Supervisor. No se aceptarán aliviaderos desalineados, traslapes desiguales o variaciones apreciables en la sección.
En relación con la calidad del cemento, agua, agregados y eventuales aditivos y productos químicos de curado, se aplicarán los criterios expuestos en "Las Especificaciones Técnicas Generales para la Construcción de Carreteras EG – 2000".
Medición
La unidad de medición para todos los tipos de reposición de aliviaderos será en metro cúbico (m³), aprobadas y aceptadas por el Ing. Supervisor
Pago
La cantidad de metro cúbico de los aliviaderos será pagada al precio unitario establecido en el contrato para la presente partida, en el que se incluirán todos los trabajos de eliminación, conformación del material excedente, suministro de materiales hasta el lugar de ubicación de estas estructuras y por toda mano de obra, equipo, herramientas y en general todos los trabajos e insumos requeridos para la ejecución de la partida.
Ítem de Pago | Unidad de Pago | |||||
03.01.04 | Reposición de Aliviadero | Metro cúbico (m³) | ||||
OBRA BIOLOGICA.
Reforestación del área descubierta (deforestada) con bambú, shimbillo. (en las parte baja y rocosas) y bolaina , guaba, en la parte alta. Se Eligio esta especie por ser de rápido crecimiento, por poseer raíces profundas.
OBRAS ESTRUCTURALES.
Obra de conservación de suelos construcción de terrazas en la parte alta.
Esta obra consiste en construir terrazas de banco con muro de tierra siguiendo las curvas a nivel (en la parte alta).
Cálculo preliminar de la amenaza generada (caudales, volúmenes de suelo); derivados de observaciones in situ. Anexo 12
Por el mecanismo de movilización.- Deslizamiento.
a.1. Áreas del terreno
Área del cerro 01 = 2,115.99 m².
Área del cerro 02 = 943.24 m².
a.2. Sub. Áreas de peligro del terreno
Sub área 01 = 1,730.9264 m².
Sub área 02 = 593.0578 m².
a. Volúmenes de la Sub Área De Peligro.
Registros fotográficos de la condición previa y posterior, de la zona de ocurrencia de la amenaza
Anexo 13
Fotografía nº 1 Erosión severa Km año 2009
Fotografía nº 2 Erosión severa con alguna vegetación año 2009
Fotografía nº 3 Erosión severa estructuras de Aliviadero deslizándose hacia parte baja de la zona de estudio año 2009
Fotografía nº 4 Erosión severa por altas pendientes en la zona de estudio año 2009
Fotografía nº 5 Erosión severa formando carcavas en toda el área de estudio año 2009
Fotografía nº 6 Erosión severa formando carcavas en toda el área de estudio, Georeferenciación año 2009
Fotografías de los diferentes trabajos realizados con presencia obligatoria de los alumnos. Mínimo 6. Como única forma de sustentar su presencia en la zona. Anexo 14
Fotografía nº 7 Vista parte alta del Aliviadero año 2011
Fotografía nº 8 Problemas de Riesgo de salud en el aliviadero Julio 2011
Fotografía nº 9 Imagen frontal de la alcantarilla formado parte del aliviadero año 2011
Fotografía nº 10 Erosión severa formando carcavas en toda el área de estudio, deslizamiento progresivo año 2011
Fotografía nº11 Erosión severa formando carcavas en toda el área partes del aliviadero destrozado año 2011
Fotografía nº 12 Deslizamiento frontal del aliviadero sector 0.300 Km en el sector Las Delicias año 2011
Fotografía nº 13 Vista Frontal, visita al lugar de la Erosión severa año 2011
Fotografía nº 14 Vista lateral del deslizamiento Erosión severa año 2011
Fotografía nº 15 Partes desprendidos del aliviadero en diferentes lugares de la zona de estudio año 2011
Fotografía nº 16 Levantamiento topográfico para el análisis de la situación actual Julio año 2011
Fotografía nº 17 Tomando Lecturas en toda la zona de estudio año 2011
Fotografía nº 18 Deslizamiento de las estructuras año 2011
Fotografía nº 19 Erosión severa formando carcavas en la parte central de la zona de estudio, año 2011
Fotografía nº 20 Levantamiento de información en la zona, año 2009
Fotografía nº 21 Parte baja de la zona donde desfoga el aliviadero año 2011
Fotografía nº 22 Sedimentos en el cauce principal o cárcava mayor año 2011
Fotografía nº 23 Tipos de rocas sedimentarias año 2011
Fotografía nº 24 Tipo de estructura y Textura en la zona de estudio año 2011
Fotografía nº 25 Deslizamiento estructuras por diferentes partes de la zona de estudio año 2011
Fotografía nº 26 Erosión severa la cual derrumbo el camino de herradura a las diferentes chacras de la zona año 2011.
Planos de ubicación y localización del área de influencia y zona de trabajo. Ver anexos
Plano Topográfico preliminar en Planta y/o perfil longitudinal, secciones transversales, etc. Ver anexos
Plano de detalles de estructuras previas a la ocurrencia de la amenaza. Ver anexos
Autor:
Gustavo Campero Sánchez
[1]
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