tesis marcelo goycochea ricci

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

“MODELACIÓN GEO-ESPACIAL PARA EL DISEÑO DE DEFENSASRIBEREÑAS EN LA FAJA MARGINAL DEL RÍO CHANCAY HUARAL,

UTILIZANDO SIG Y HEC RAS”

PRESENTADO POR:

MARCELO DAVID GOYCOCHEA RICCI

TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO AGRICOLA

Lima-Perú

2014

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

DEPARTAMENTO DE RECURSOS HIDRICOS

“MODELACIÓN GEO-ESPACIAL PARA EL DISEÑO DE DEFENSASRIBEREÑAS EN LA FAJA MARGINAL DEL RÍO CHANCAY HUARAL,

UTILIZANDO SIG Y HEC RAS”

TESIS PRESENTADA POR:

MARCELO DAVID GOYCOCHEA RICCI

PARA OPTAR EL TITULO DE

INGENIERO AGRICOLA

Sustentado y aprobado por el siguiente jurado:

………………………………………………… ..………………………………………………….

Dr. Néstor Montalvo Arquiñigo Ing. Mg. Gonzalo Fano MirandaPATROCINADOR PRESIDENTE

………………………………… …………………………………..

Ing. Hermes Valdivia Aspilcueta Ing. Mg. Ricardo Apaclla NalvarteMIENBRO MIENBRO COMPLEMENTARIO

A mis queridos padres

y a mi hermano Roberto, de antemano a Dios.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a las siguientes personas:

Al Doctor Néstor Montalvo Arquiñigo, por brindarme sus valiosos comentarios, sugerencias

y apoyo de manera desinteresada en la realización del presente trabajo.

A Ingeniero Hermes Valdivia Aspilcueta, por sus valiosos comentarios, sugerencias y

correcciones al presente trabajo.

Al Ingeniero Mg. Ernesto Fonseca Salazar, por su orientación profesional en la realización

del presente trabajo y ayuda desinteresada.

Al Ingeniero Gonzalo Fano Miranda, por su orientación profesional en la realización del

presente trabajo.

Al ingeniero Ricardo Apaclla, por los consejos que me dio para poder orientarme mejor en

el trabajopara poder realizar mi trabajo de investigación.

A mi madrina y a mi tía Soledad que siempre se preocupa por nosotros.

A mi tía Diana, que gracias a ella pude sustentar la tesis y por las veces que ayudó.

A mis abuelas, que siempre preguntan como estoy y me bendicen.

A mis primos John y Deysi, que cuento siempre con sus consejos y que quienes más confío.

A mis amigos con quienes siempre me apoyaron y se acordaron de mí, especialmente a

Miguel, Julissa y el profesor Paz.

Al señor José Montoya y Juan Arce, que gracias a ellos pude tener ese impulso de

afrontar los problemas del mundanal ruido.

Se agradece a las siguientes instituciones:

La Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM), mi alma matter donde me brindó la

oportunidad de formarme profesionalmente y a sus profesores en especial a los de la

Facultad de Ingeniería Agrícola.

A la Autoridad Nacional del Agua (ANA), por brindarme el material bibliográfico

especializado.

Al programa sub-sectorial de Irrigación, por brindarme el material bibliográfico

especializado.

Al Dojo de Aikido de la UNALM, que día a día aprendo a ser más humano.

A la biblioteca de la Facultad de Ingeniería Agrícola, por brindarme el material

bibliográfico especializado.

ÍNDICEINTRODUCCIÓN................................................................................................................. 1

I.ASPECTOS GENERALES DEL PROYECTO.................................................................. 4

1.1Generalidades ................................................................................................................... 4

1.2Objetivos........................................................................................................................... 6

1.2.1 Objetivo general .............................................................................................. 6

1.2.2 Objetivo especifico .......................................................................................... 6

1.3Metodología...................................................................................................................... 6

1.3.1 Ubicación política y geográfica....................................................................... 6

1.3.2 Aspectos físicos del proyecto .......................................................................... 7

1.3.3 Aspecto socio-económico.............................................................................. 14

II.REVISION BIBLIOGRAFICA....................................................................................... 17

2.1 Hidrología ............................................................................................................. 17

2.2 Análisis de frecuencias ......................................................................................... 17

2.2.1 Distribución de probabilidad. ........................................................................ 18

2.2.2 Parámetros estadísticos.................................................................................. 19

2.2.3 Análisis de frecuencia de avenidas................................................................ 20

2.2.4 Pruebas de bondad de ajuste.......................................................................... 21

2.2.5 Sistema de información geográfica (sig) ....................................................... 23

2.2.6 Software hec-ras ............................................................................................ 25

2.2.7 Clasificación de ríos ...................................................................................... 26

2.2.8 Socavación..................................................................................................... 28

2.2.9 Faja marginal ................................................................................................. 29

2.3 Obras de defensa ribereñas ........................................................................................... 33

2.3.1 Diseño hidráulico de cauces estables con arrastre......................................... 33

2.3.2 Medidas estructurales .................................................................................... 34

2.3.3 Tipos de obras de defensa ribereña................................................................ 34

2.3.4 Limpieza de cauce ......................................................................................... 36

III.DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ............................................................................... 37

3.1 Generalidades........................................................................................................ 37

3.2 Descripción del río chancay-huaral ...................................................................... 39

3.2.1 Descripción de la faja marginal del río chancay-huaral ................................ 41

3.3 Descargas del río chancay huaral.......................................................................... 42

3.3.1 Características de las descargas de la faja marginal del río chancay huaral. 42

3.3.2 Magnitud y recurrencia de las crecidas del río chancay huaral ..................... 43

3.4 Factores que ocasionan los desbordes en la faja del río chancay huaral. ............. 44

3.4.1 Factores naturales .......................................................................................... 44

3.4.2 Factores antrópicos ........................................................................................ 45

3.5 Causas y consecuencias ........................................................................................ 45

3.5.1 Causas............................................................................................................ 45

3.5.2 Consecuencias de los desbordes e inundaciones del rio chancay-huaral ...... 46

3.6 Obras ejecutadas en la faja marginal del rio chancay huaraL............................... 47

3.6.1 Estructuras de enrocados ............................................................................... 47

3.6.2 Muros de defensa de concreto ....................................................................... 48

3.6.3 Estructuras longitudinales de gaviones ......................................................... 48

3.6.4 Estructuras longitudinales de espigones ........................................................ 48

3.6.5 Encauzamiento o rectificaciones del curso de agua del río ........................... 48

3.7 Estado situacional del cauce y las defensas ribereñas construidas en la faja del ríochancay huaral. ................................................................................................................ 49

3.7.1 Estado actual del cauce.................................................................................. 49

3.7.2 Estado situacional de las zonas marginales ................................................... 50

3.7.3 Situación actual de las obras de defensas ribereñas ...................................... 51

3.7.4 Necesidad de modelar geo-espacialmente para el diseño de defensasribereñas………………………………………………………………………………52

IV.ANÁLISIS HIDROLÓGICO......................................................................................... 53

4.1 Generalidades........................................................................................................ 53

4.2 Metodología y materiales...................................................................................... 54

4.2.1 Materiales para el análisis hidrológico .......................................................... 54

4.2.2 Metodología................................................................................................... 54

4.3 Medición de las descargas de la faja del rio chancay-huaral ................................ 56

4.4 Régimen hidrológico............................................................................................. 57

4.5 Registro de caudales máximos anuales del río chancay-huaral ............................ 58

4.6 ..Relación de los caudales máximos y las anomalías del fenomeno del niño…….....59

4.7 Análisis de frecuencias de crecidas....................................................................... 59

4.8 Parámetros en las funciones probabilísticas ......................................................... 61

4.8.1 Funciones probabilísticas utilizadas .............................................................. 61

4.8.2 Prueba de bondad de ajuste de smirnov-kolmogorov.................................... 61

4.8.3 Distribución log-normal ................................................................................ 62

4.9 Criterio de selección de la distribución probabilística.......................................... 67

4.10 Cálculo de los caudales de máximas avenidas y periodo de retorno ................ 67

4.10.1 Periodo de retorno (t) y caudal de diseño (Q) ............................................... 67

V. MODELACIÓN GEO-ESPACIAL.......................................................................... 68

5.1 Generalidades........................................................................................................ 68

5.2 Metodología .......................................................................................................... 70

5.2.1 Concepción de la metodología ...................................................................... 70

5.2.2 Recopilación de la información..................................................................... 70

5.2.3 Análisis de la información............................................................................. 70

5.2.4 Ingreso de la información .............................................................................. 71

5.2.5 Procesamiento de la información .................................................................. 71

5.2.6 Aplicación del modelo hidráulico unidimensional ........................................ 72

5.2.7 Resumen de los pasos a realizar .................................................................... 73

5.3 Creación de un archivo arcgis............................................................................... 74

5.4 Utilización de la extensión hec-georas ................................................................. 81

5.5 Definición de las características geométricas del rio............................................ 84

5.6 Creación de las secciones transversales ................................................................ 97

5.7 Exportación de archivos al hec-ras…………………………………….............104

5.8 Importación desde el hec-ras .............................................................................. 105

5.9 Creación de los mapas de inundación................................................................. 112

5.10 Calculo de la cantidad de áreas afectadas en hectáreas................................... 116

5.11 Encauzamiento ................................................................................................ 120

5.12 Áreas inundadas .............................................................................................. 123

VI. DISEÑO DE DEFENSAS RIBEREÑAS ................................................................... 124

6.1 Generalidades...................................................................................................... 124

6.2 Medidas agronómicas ......................................................................................... 124

6.2.1 Defensas vivas naturales.............................................................................. 124

6.2.2 Defensas vivas forestadas............................................................................ 125

6.3 Medidas estructurales ......................................................................................... 125

6.4 Materiales y métodos .......................................................................................... 126

6.4.1 Materiales .................................................................................................... 126

6.4.2 Metodología................................................................................................. 126

6.5 Características hidráulicas en la faja del rio chancay-huaral .............................. 128

6.5.1 Características generales.............................................................................. 128

6.5.2 Detalles hidráulicos ..................................................................................... 129

6.5.3 Selección del método para el cálculo del ancho de encauzamiento ............ 130

6.6 Selección de defensas ribereñas.......................................................................... 134

6.6.1 Objetivos...................................................................................................... 134

6.6.2 Selección de defensas ribereñas .................................................................. 135

6.6.3 Estructura de enrocado ................................................................................ 136

6.6.4 Estructura longitudinal de gaviones ............................................................ 140

6.7 Análisis hidroeconomico .................................................................................... 146

VII.RESULTADOS Y DISCUSIONES............................................................................ 150

7.1 Aplicación de las funciones de distribución probabilísticas ............................... 150

7.2 Prueba de bondad de ajuste Smirnov-Kolmogorov ............................................ 151

7.3 Análisis de resultados de la modelación geo-espacial……………………............152

7.4 Tramos críticos de la faja marginal del rio Chancay-Huaral……………………..155

7.5 Identificación de tramos de encauzamiento........................................................ 156

7.6 Ancho de encauzamiento .................................................................................... 157

7.7 Cálculo de la velocidad media. ........................................................................... 158

7.8 Calculo de tirante y borde libre…………………………………………………..159

7.9 Profundidad de socavación ................................................................................. 161

7.10 Cálculos estructurales en enrocados................................................................ 162

7.11 Calculo de análisis de estabilidad en gaviones................................................ 165

7.12 Análisis de costos y cálculo de caudal de diseño ............................................ 170

VIII.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 173

8.1 CONCLUSIONES .............................................................................................. 173

8.2 RECOMENDACIONES..................................................................................... 176

IX.BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................... 177

X.ANEXOS…...…………………………………………………...…….………….……181

INDICE DE FIGURASFigura 1 Estado actual del cauce debido a la presencia de maquinaria que removió

material para aplanar el cauce. ............................................................................................ 50

Figura 2 Comportamiento anual de las descargas del río Chancay-Huaral Estación SantoDomingo…………………………………………………………………………………...57

Figura 3 Función de densidad de probabilidad para diferentes valores β y α……………. 63

Figura 4 Creación de un archivo ArcMap………………………………………………... 75

Figura 5 Descargar imagen jpg............................................................................................ 75

Figura 6 Georeferenciación ................................................................................................. 76

Figura 7 Ajustar georeferenciación ..................................................................................... 76

Figura 8 Creación de los shapefile y carpeta de guardado a través del ArcCatalog............ 77

Figura 9 Ubicación de los shapefile y carpeta para su posterior uso................................... 78

Figura 10 Activar el comando Editor para digitalizar la faja marginal ............................... 78

Figura 11 Activación del Editor y selección del shapefile para comenzar la digitalización79

Figura 12 Digitalización de las curvas de nivel................................................................... 79

Figura 13 Digitalización del eje geométrico del río ............................................................ 80

Figura 14 Digitalización de las parcelas y terrenos colindantes de la faja del río............... 80

Figura 15 Digitalización de la faja del río Chancay Huaral ............................................... 81

Figura 16 Se realiza toda la digitalización de toda la faja marginal.................................... 81

Figura 17 Activación de la extensión HEC-GeoRAS ......................................................... 82

Figura 18 Creación del archivo TIN.................................................................................... 83

Figura 19 Ajuste y selección de los shapefile para la creación del TIN.............................. 83

Figura 20 Guardado del TIN en una carpeta ....................................................................... 84

Figura 21 Delimitación del TIN en las áreas de estudio requeridas .................................... 84

Figura 22 Creación de la capa del centro geométrico del rio .............................................. 85

Figura 23 Nombramiento del eje del rio.............................................................................. 85

Figura 24 Creación de las líneas de borde izquierdo y derecho .......................................... 86

Figura 25 Definición del nombre de las líneas de borde ..................................................... 86

Figura 26 Configuración de las capas en el HEC-GeoRAS ................................................ 87

Figura 27 Especificación de la rutas de guardado de la data............................................... 87

Figura 28 Límites de la faja marginal.................................................................................. 88

Figura 29 Nombramiento del centro de flujo del río ........................................................... 88

Figura 30 Creación de las líneas de corte del río (secciones transversales) ........................ 89

Figura 31 Nombramiento de las líneas de corte (sección transversal) ................................ 89

Figura 32 Click en start editing ........................................................................................... 90

Figura 33 Definición del centro geométrico de la faja marginal ......................................... 90

Figura 34 Click en sketch tool............................................................................................. 91

Figura 35 Definición del eje geométrico del rio.................................................................. 91

Figura 36 Continuación de la figura 34…. .......................................................................... 92

Figura 37 Asignar nombre y código de las capas del TIN .................................................. 92

Figura 38 Continuación de la figura 36… ........................................................................... 93

Figura 39 Selección del target BORDES ........................................................................... 93

Figura 40 Definición de los bordes libres........................................................................... 94

Figura 41 Definición del borde izquierdo........................................................................... 94

Figura 42 Delimitación de la faja marginal (márgenes) ..................................................... 95

Figura 43 Digitalización de la margen izquierda ............................................................... 95

Figura 44 Click en Select flowpath and Asign Line Type Atributes .................................. 96

Figura 45 Asignación de la margen derecha ....................................................................... 96

Figura 46 Asignación de la margen izquierda ..................................................................... 97

Figura 47 Ajustar para crear las secciones transversales..................................................... 98

Figura 48 Nombramos las líneas de corte (sección transversal) ......................................... 98

Figura 49 Uso de la herramienta Construct XS Lines ......................................................... 98

Figura 50 Ajuste de las secciones transversales .................................................................. 99

Figura 51 Ajuste de las líneas de corte (sección transversal) ............................................ 100

Figura 52 Atributos para la topología del terreno.............................................................. 100

Figura 53 Creación de la topología del terreno ................................................................. 100

Figura 54 Ajustamos las longitudes de las líneas de las estaciones .................................. 101

Figura 55 Atributos para las elevaciones del terreno ........................................................ 101

Figura 56 Atributos para las secciones transversales ........................................................ 102

Figura 57 Atributos para las líneas de corte (progresivas) ................................................ 102

Figura 58 Le damos OK para la creación de las progresivas ............................................ 103

Figura 59 Continuación de la figura 57 ............................................................................. 103

Figura 60 Exportación de los archivos HEC-GeoRAS al HEC-RAS ............................... 104

Figura 61 Especificación de la ruta de los archivos procesados del HEC-GeoRAS para

exportarlo al HEC-RAS..................................................................................................... 104

Figura 62 Importación de la data procesada desde el HEC-RAS...................................... 105

Figura 63 Abrir el archivo importado desde el ARC-GIS................................................. 105

Figura 64 Ajuste del sistema de unidades ......................................................................... 106

Figura 65 Continuación de la figura 63… ......................................................................... 106

Figura 66 Secciones transversales ..................................................................................... 107

Figura 67 Click en steady flow data .................................................................................. 107

Figura 68 Ajuste del número de perfiles ........................................................................... 108

Figura 69 Especificar el valor de la pendiente .................................................................. 108

Figura 70 Ajuste de la pendiente aguas arriba y aguas abajo ............................................ 109

Figura 71 Selección del valor del coeficiente de Maning ................................................. 109

Figura 72 Guardado de la data geométrica........................................................................ 110

Figura 73 Procesamiento de la simulación de inundación ................................................ 110

Figura 74 Procesamiento de la simulación de los periodos de retorno ............................. 111

Figura 75 Simulación de inundación ................................................................................. 111

Figura 76 Importación de la data procesada desde el HEC-RAS...................................... 112

Figura 77 Selección del valor del coeficiente de Maning ................................................. 112

Figura 78 Abrir archivo HEC-RAS procesado.................................................................. 113

Figura 79 Ajuste para la creación de los mapas de inundación......................................... 113

Figura 80 Generación de la superficie de agua.................................................................. 114

Figura 81 Selección del perfil de tiempo de retorno ......................................................... 114

Figura 82 Mapa de inundación .......................................................................................... 115

Figura 83 Mapas de inundación en cada periodo de retorno............................................. 115

Figura 84 Importación de los shapefiles de los predios aledaños...................................... 116

Figura 85 Ubicación de las parcelas .................................................................................. 116

Figura 86 Shapefile de los predios en el ArcMap ............................................................. 117

Figura 87 Identificación de las zonas afectadas por cada tiempo de retorno .................... 117

Figura 88 Proceso de intersección entre las parcelas y la superficie de agua ................... 118

Figura 89 Creación de la tabla de atributos para calcular el área afectada por la inundación

........................................................................................................................................... 118

Figura 90 Proceso de cálculo de áreas afectadas............................................................... 119

Figura 91 Conversión de metros cuadrados a hectáreas.................................................... 119

Figura 92 Celdas de áreas afectadas en hectáreas ............................................................. 120

Figura 93 Número de hectáreas totales afectadas.............................................................. 120

Figura 94 Cálculo del ancho de encauzamiento ................................................................ 121

Figura 95 Proceso de intercepción entre las parcelas y la superficie de agua ................... 121

Figura 96 Procesamiento de datos implementando el ancho de encauzamiento............... 122

Figura 97 Continuación de la figura 95… ......................................................................... 122

Figura 98 Simulación de inundación con ancho de encauzamiento .................................. 123

Figura 99 Esquema de cargas dique enrocados. ................................................................ 136

Figura 100 Esquema de cargas muro de gaviones............................................................. 146

Figura 101 Probabilidad de excedencia anual, daños para eventos con diferentes periodos

de retorno........................................................................................................................... 147

Figura 102 Periodo de retorno de diseño (años), ° Costo de riesgo, □ Costo de capital, ▲

Costo total.......................................................................................................................... 147

Figura 103 Distribución de caudales máximos (Distribución Log-Normal, Gumbel, Log-

Pearson 3) .......................................................................................................................... 151

Figura 104 Cuadro de ancho máximo y ancho promedio natural del Rio Chancay-Huaral.

........................................................................................................................................... 153

Figura 105 Resultados del total de áreas afectadas en hectáreas con su periodo de retorno

respectivo........................................................................................................................... 154

Figura 106 Resultados del total de parcelas afectadas con su periodo de retorno respectivo.

........................................................................................................................................... 154

Figura 107 Tramo progresiva 12+856-13+759 ................................................................. 155

Figura 108 Tramo progresiva 15+081-17+450 ................................................................. 156

Figura 109 Tramo progresiva 22+960-23+400…………………………………………..156

Figura 110 Ancho de encauzamiento B aplicado por el método de Altunin. .................... 158

Figura 111 Cuadro de velocidad media en m/s ................................................................. 159

Figura 112 Cálculo de tirante hidráulico en metros, teniendo como valor de la pendiente Sequivalente a 0.01. ............................................................................................................. 160

Figura 113 Cálculo de borde libre en metros. .................................................................. 160

Figura 114 Cálculo de la altura de muro en metros.......................................................... 161

Figura 115 Profundidad de socavación (ts - t) en metros .................................................. 162

Figura 116 Cálculo de fuerza de empuje, volumen de roca y volumen de roca real........ 163

Figura 117 Cálculo de coeficiente empuje activo, empuje activo y peso del enrocado. .. 164

Figura 118 Cálculo de la altura de gavión en metros…………………………………….166

Figura 119 Cálculo del momento al volteo del terreno. .................................................... 169

Figura 120 Costo por metro lineal en gaviones y enrocados............................................ 171

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Distribuciones usadas en hidrología……………………………………..………..27

Tabla 2 Caudales máximos medios diarios del río Chancay-Huaral Estación Santo

Domingo (Periodo 1922-2010).......................................................................................... 150

Tabla 3 Resultados de la prueba de bondad de ajusto Smirnov-Kolmogorov................... 152

Tabla 4 Resultados del total de áreas afectadas en hectáreas, con su número respectivo. 157

Tabla 5 Calculo de la fuerza opositora al deslizamiento, factor de seguridad y conclusión

del cálculo del factor de seguridad (estiaje) ...................................................................... 165

Tabla 6 Calculo del coeficiente de volteo. ........................................................................ 167

Tabla 7 Calculo de factor de seguridad al deslizamiento (FSD) ....................................... 168

Tabla 8 Calculo del momento al volteo total, momento desde la base y el factor de

seguridad al desplazamiento. ............................................................................................. 169

Tabla 9 Factor de desplazamiento ..................................................................................... 170

INDICE DE ANEXOS

ANEXO 1: Mapa de ubicación geográfica del proyecto. .... ¡Error! Marcador no definido.81

ANEXO 2: Fotos tomadas a la altura del centro poblado de Palpa, ubicado a la altura de la

progresiva 20 +400 metros, donde la intervención de maquinaria ha alterado el cauce. .. 183

ANEXO 3: Datos hidrométricos de la estación de Santo Domingo, obtenidos entre los años

1922-2010............................................................................ 18¡Error! Marcador no definido.

ANEXO 4: Calculo de los factores de frecuencia. .............. 18¡Error! Marcador no definido.

ANEXO 5: Análisis de distribución probabilística ............. 18¡Error! Marcador no definido.

ANEXO 6: Calculo de los valores D máximo en cada función probabilística.................. 191

ANEXO 7: Tabla de valores teóricos D de la prueba de bondad de ajuste teórica de

Kolmogorov………………………………………………………………………………197

ANEXO 8 Resumen de los valores D máximos de la prueba de bondad de ajuste de

Kolmogorov………………………………………………………………………………197

ANEXO 9: Áreas afectadas en hectáreas y numero de parceles afectadas por cada tiempo

de retorno…………………………………………………………………………………198

ANEXO 10: Mapas De Inundación……………………………………………… ……..199

ANEXO 11: Secciones transversales naturales………………………………………......236

ANEXO 12: Secciones transversales con ancho de encauzamiento………………….….261

ANEXO 13: Tabla de resultados del HEC-RAS (perfil natural)………………..………286

ANEXO 14: Tabla de resultados del HEC-RAS (perfil encauzado)……………..………299

ANEXO 15: Cálculo del ancho de encauzamiento mediante el método empírico de

Altunin…………………………………………………………………………….……...312

ANEXO 16: Cálculos hidráulicos………………………………………………….…….312

ANEXO 17: Cálculos hidráulicos (Borde libre)…………………………………..……..313

ANEXO 18: Profundidad de socavación…………………………………………..…….313

ANEXO 19: Ancho de la uña de la base……………………………………….….….….314

ANEXO 20: Cálculos estructurales en enrocados…………………………………….….314

ANEXO 21: Cálculos estructurales enrocados (peso de enrocado)…………….….…….315

ANEXO 22: Cálculos de factor de seguridad al deslizamiento………………….………315

ANEXO 23: Cálculos estructurales en gaviones…………………………………...……316

ANEXO 24: Cálculos estructurales en gaviones…………………………………………316

ANEXO 25: Cálculos estructurales en gaviones (altura del gavión)…………….……....316

ANEXO 26: Cálculos estructurales en gaviones (Coeficiente de volteo)……...…..…….317

ANEXO 27: Cálculo de la excentricidad…………………………………………..….…319

ANEXO 28: Cálculo de las tensiones en el suelo …………………………………….320

ANEXO 29: Cálculo de los factores de seguridad (con fuerzas actuantes del agua)…….321

ANEXO 30: Cálculo de momentos …………………………………………………….321

ANEXO 31: Coeficiente de volteo……………………………………………….….…...324

ANEXO 32: Calculo de la excentricidad…………………………………………...……324

ANEXO 33: Cálculos de costos en soles (total y unitario)………………………………325

ANEXO 34: Curva costo beneficio en gaviones……………………………………...…326

ANEXO 35: Curva costo beneficio en enrocados………………………………….…….327

RESUMEN

Con el objetivo de estudiar e identificar las áreas vulnerables a las inundaciones, específicamente

en la zona de la faja marginal del rio Chancay-Huaral, se aplicó el modelamiento geo-espacial para

el diseño de defensas ribereñas en la faja marginal del rio Chancay-Huaral utilizando SIG y HEC-

RAS, lo que permitirá apreciar los daños ocasionados por las inundaciones por una crecida

extraordinaria.

Se procesaron los datos hidrométricos provenientes de la estación hidrométrica de Santo

Domingo, cuyos años de registro abarcan desde el año 1922 hasta el año 2010 con las

distribuciones probabilísticas de Log-Normal, Log-Pearson III y Gumbel. Al unísono se determinó

la geometría del rio a través del SIG, con digitalización de los planos topográficos de curvas de

nivel de 1 metro de separación a escala 1/2500, definición de la geometría del rio a través del

HEC-GeoRAS y definición de las características hidráulicas del rio a través del HEC-RAS,

posteriormente se procedió a aplicar el método Altunin para encauzamiento, teniendo en cuenta la

pendiente del rio. Después se realizaron los cálculos hidráulicos y estructurales, selección de la

defensa ribereña, uso del análisis hidroeconomico para definir como mejor alternativa.

Los resultados indican que el método Log-Normal es el más adecuado según la prueba de Smirnov-

Kolmogorov cuyo Dmax es 0.0717, las parcelas afectadas abarcan desde 117 hectáreas hasta 206

hectáreas con tiempo de retorno de 5 hasta 1000 años, seguidamente se encontraron los tramos

críticos cuyas progresivas son 12+856-13+759, 15+081-17+450 y 22+960-23+400.

El método de encauzamiento de Altunin determinó un ancho de 35 metros con tiempo de retorno de

5 años hasta 68 metros con tiempo de retorno de 1000 años, la altura de muro dio como resultados

de 1.45 metros con tiempo de retorno de 5 años hasta 2.5 metros con tiempo de retorno de 1000

años, finalmente el análisis hidroeconomico se eligió como alternativa los gaviones debido a que el

costo del enrocado es 2.5 veces del costo del gavión por metro lineal.

Palabras clave: Dmax; diferencia máxima entre la frecuencia observada y la tabulada.

1

I. INTRODUCCIÓN

Un rio es un sistema bifásico dinámico de flujo de agua y sedimento que transita

por un cauce como resultado de los diferentes procesos físicos que tiene lugar dentro de la

cuenca. En nuestro país es notorio la presencia de periodos estacionales de estiaje y

crecidas marcadamente diferenciadas, el primero de comportamiento estable que se traduce

en el movimiento de agua y pequeñas cantidades de sedimento en equilibrio; y en el

segundo en un incremento súbito de la intensidad de las descargas que de la mano de un

proceso intenso de erosión, transporte y deposición de sedimentos.

Por lo tanto la variabilidad de las descargas de los ríos costeros, están

relacionados con el comportamiento hidrológico de la cuenca, en donde está definido por

dos periodos estacionales, la época húmeda donde las precipitación es intensa donde se

registran desbordes e inundaciones en donde se dan fenómenos catastróficos con grandes

pérdidas económicas incluyendo también la pérdida de vidas humanas y el segundo

periodo seco se registran escasa precipitación hasta llegar a ser nula.

Las inundaciones en el Perú son un problema recurrente cada año, debido a la

estacionalidad de las precipitaciones en la región andina, esta ultima de diciembre a marzo,

sumado a los años de presencia del fenómeno del niño hacen que los caudales de los ríos

que bajan de la región andina a la costa aumenten varias veces su magnitud, desbordándose

y ocasionando daños en ciudades de la costa específicamente en la región norte del país,

como: Tumbes, Piura, y Lambayeque. Algunas veces estas inundaciones han llegado a la

ciudad de Lima con los desbordes de los ríos Chillón y Rímac.

Igualmente inundaciones de gran importancia se han dado en la costa sur del país,

en ciudades como Ica, y Pisco las cuales han dejado cuantiosos daños materiales.

Para minimizar las cuantiosas pérdidas económicas que ocasionan las crecidas

ordinarias y extraordinarias de los ríos se requiere de un adecuado manejo integral de

cuencas hidrográficas, que implique entre otros aspectos, la construcción de embalses de

regulación estacional o regulación de excedentes de agua que se producen durante los

periodos lluviosos, la recuperación y reforestación de los suelos degradados en la parte alta

y media de la cuenca, la recuperación de las condiciones hidráulicas de drenaje de los ríos,

2

la recuperación y tratamiento de las riberas o márgenes de los ríos, medidas que podrían

contribuir con estabilizar sus cauces y por lo tanto reducir los riesgos de desastres naturales

que ocasionan las crecidas tanto ordinarias como extraordinarias.

Como parte a las soluciones preventivas, se sugiere la participación y realización

de un trabajo en conjunto de todas las juntas de usuarios situados en la cuenca y que estén

involucrados al problema. Se ha hecho esfuerzos en el pasado, pero si un adecuado estudio

técnico no llegó a la meta requerida.

La investigación se realizó dentro del área de la Cuenca del Río Chancay Huaral,

área cuya Faja Marginal es afectada todos los años cuando ocurre crecida y es susceptible a

los desastres naturales, presenta un relieve muy accidentado con fuertes pendientes en la

parte alta de la cuenca, poco pronunciada en la parte media de la cuenca y casi plana en la

parte baja de la cuenca. Por este último discurre casi la totalidad del agua que se produce

en la zona húmeda de la cuenca, por lo tanto es un sistema inestable en relación al sistema

de transito del rio, empeorando más debido a la acción humana, que ha aumentado el

deterioro del propio cauce y zonas de protección natural, originando la incapacidad para

drenar rápidamente los excesos de agua, que finalmente se traducen en desbordes y

consiguientes inundaciones, poniendo de manifiesto su alta vulnerabilidad a dicho

fenómeno natural.

Los desbordes de la Cuenca del Rio Chancay Huaral son principalmente

ocasionados debido al incremento de sus descargas e influenciados por el deterioro de su

sistema de evacuación, que gracias a los mismos constituyen los desbordes e inundaciones

en problema recurrente de consecuencias desastrosas para la agricultura por las pérdidas

económicas que representa debido a las inundaciones y destrucción de las áreas de

cultivos, obras hidráulicas y de comunicación.

Es por eso que se las autoridades competentes están en la implementación de

planes de prevención de desastres, de esta manera el maneja de cuencas debe tener un

enfoque fundamental la reducción de esta vulnerabilidad, principalmente asociada a

fenómenos hidro-climáticos (inundaciones, deslizamientos, avalanchas, sequías, etc.).

3

Las acciones correctivas se pueden diseñar evaluando la zona afectada mediante

la aplicación del HEC-RAS. Así mismo este programa permite la aplicación de medidas

preventivas como la delimitación de las planicies de inundación.

El estudio se organizó en una serie de fases en las que se realizaron varias

actividades preparatorias para la recopilación, análisis e interpretación de la información,

entre ellas la determinación de la vulnerabilidad global tanto para deslizamientos como

para inundaciones, mediante la realización de talleres y dinámica participativa, encuestas,

que ayudaron a identificar los indicadores biofísicos y socioeconómicos. Definición de

áreas críticas tanto para deslizamientos como para inundaciones (modelación hidrológica e

hidráulica utilizando para ello los programas HEC-HMS y HEC-RAS). Identificación

participativa de las amenazas a través del mapeo comunitario. Definición del riesgo a

inundaciones y deslizamientos en la Faja Marginal a través de la integración de la

vulnerabilidad global a las áreas críticas, utilizando para ello sistemas de información

geográfica (SIG) como una herramienta de análisis. Priorización de las zonas con mayor

riesgo (inundaciones y deslizamientos) y propuesta de lineamientos y acciones concretas

para la prevención de desastres.

4

I. ASPECTOS GENERALES DEL PROYECTO

1.1 GENERALIDADES

Como ocurre en todas partes del mundo, los ríos están relacionados al desarrollo

social y económico de los pueblos, así como, a los desastres catastróficos ocasionados por

desbordes e inundaciones que ocurren como resultado del incremento de sus descargas

originadas por precipitaciones estacionales e influenciadas por el deterioro y manipulación

de sus sistemas de drenaje.

Se sabe muy bien qué tanto que los fenómenos climatológicos, hidrológicos y

sumando al deterioro de los cauces son los principales generadores de las inundaciones

fluviales, sin embargo, no pueden ser considerados como las únicas causas, existen razones

múltiples que influyen en estos procesos políticos, económicos, sociales y naturales que

inducido por un evento natural se convierte en una catástrofe.

En general a lo largo de la Costa Peruana, los ríos han sido afectados de manera

significativa por la acción del ser humano, que en su afán de usar el recurso hídrico,

manipula el cauce del rio para poder abastecer de agua principalmente en sus cultivos y

sobre todo la ocupación de áreas en donde el cauce principal que en caso de avenidas son

afectadas debido al incremento del volumen de agua del rio, esto sumado a los eventos

naturales provocan eventos de magnitudes catastróficas.

Se sabe muy bien que en otras partes del mundo como en Centroamérica y Europa

que en las últimas décadas, se hicieron trabajos de investigación relacionados con la

problemáticas de las inundaciones ocasionado por los incrementos de los caudales que se

incrementa conforme el de retorno sea mayor como en el que se manifiesta en la Quebrada

Seca en el Cantón de Belén para lo cual se han utilizado inicialmente el HEC-1 y HEC-2,

el primero para la relación de precipitación- escorrentía y el ultimo para la modelación

hidráulica de ríos, ambos programas son los precursores para la creación del HEC-HMS y

HEC-RAS respectivamente (Segura L., 2004).

Es debido que en este contexto es importante conocer el sistema fluvial, para poder

identificar e interpretar las posibles causas de los desbordes e inundaciones en la Faja

Marginal del Rio Chancay Huaral, para esto se requiere la ayuda del sistema SIG

5

(Sistema de Información Geográfica) que es la integración del hardware, software y datos

geográficos, que en conjunto sea capaz de integrar, almacenar, editar, analizar, compartir y

mostrar la información geográficamente referenciada, es decir que permitan crear consultas

interactivas, analizar la información espacial, editar datos, mapas y presentar los resultados

de todas estas operaciones, con ayuda de estos elementos podremos identificar las zonas de

inundación expresado en mapas . Pero para poder examinar dichos riesgos en la actualidad

se dispone de modelos matemáticos capaces de simular las inundaciones en caso de un

evento extremo (desbordes, inundaciones, etc.) que en un tiempo real tomaría tiempo en

evaluar los daños y con ayuda de la modelación hidráulica nos permitirá ver los posibles

daños en cuestión de segundos, uno de estos software que se usan hoy en día es el HEC-

RAS, que creado en el año 2003 desarrollado por el HYDROLOGIC ENGINEERING

CENTER (HEC) del United States Army Corps of Engineers, incorpora entre sus

capacidades un módulo que permite la simulación de inundación en ríos.

La aparición de esta nueva herramienta es especialmente interesante por diferentes

motivos:

1. El uso de HEC-RAS en España está muy extendido y existen numerosos ríos

simulados con éste, por tanto existe la posibilidad de incluir la simulación en caso de

inundación.

2. Funciona en el entorno de Windows y es mucho más sencillo de manipular por el

usuario comparando con el entorno DAMBRK.

3. Es un software libre que puede obtenerse de la página web del UNITED STATES

ARMY CORPS OF ENGINEERS (cuerpo de ingenieros del ejército de Estados

Unidos).

Otro aspecto importante a tener en cuenta es la interacción de los modelos capaces

de simular las inundaciones en un evento extremo con modelos digitales del terreno. La

posibilidad de combinar los resultados de una simulación hidráulica con la información

disponible en un modelo digital del terreno mediante herramientas GIS abre un campo de

posibilidades que todavía se encuentra en fase embrionaria en nuestro país.

Para trabajar con HEC-RAS existe una aplicación, HEC-GeoRAS, que trabaja en

entorno GIS (ArcInfo, ArcView o ArcGIS). A partir de un modelo digital del terreno puede

crearse un archivo para importar a HEC-RAS la información geométrica necesaria para

6

llevar a cabo una simulación (cauce, secciones, etc.). De la misma forma después de haber

realizado una simulación con HECRAS se pueden pasar los resultados al entorno GIS para

realizar mapas de inundación y riesgo. La interacción de DAMBRK-FLDWAV con

herramientas GIS está en desarrollo pero en la actualidad se encuentra en fase de pruebas.

Las simulaciones que se llevan a cabo para evaluar los efectos de la inundación son

una pieza importante, pero ni mucho menos la única, de cara a poder planificar como

actuar en caso de rotura de una presa. Existen numerosas actuaciones paralelas:

coordinación de equipos de emergencia, defensa civil, identificación de los servicios

básico para la población, etc.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GENERAL

Ubicar geo-espacialmente, las zonas vulnerables a las inundaciones aplicando la

tecnología del Sistema de Información Geográfica (SIG) para el diseño de defensas

ribereñas en la faja marginal del río Chancay-Huaral.

1.2.2 OBJETIVO ESPECIFICO

Analizar y determinar el comportamiento de descargas máximas para diferentes

tiempos de retorno.

Determinar las características geomorfológicas del cauce principal del Rio

Chancay-Huaral y establecer su base de datos geo-espacial.

Modelar las características hidráulicas del Río Chancay Huaral utilizando HEC-

RAS.

Delimitar la posible faja vulnerable del Río Chancay-Huaral mediante el uso del

SIG (Sistema de Información Geográfica).

Ubicar geo-espacialmente, las zonas críticas vulnerables a la inundación aplicando

la tecnología del Sistema de Información Geográfica (SIG).

Estimar el caudal de diseño mediante la curva del costo-beneficio.

1.3 METODOLOGÍA

1.3.1 UBICACIÓN POLÍTICA Y GEOGRÁFICA

7

El tramo en estudio seleccionado del río Chancay Huaral, está ubicado dentro las

coordenadas UTM: 255212 E, 8715533 N hasta 278740 E, 8742612 N, comprendido entre

las progresivas 00+040 a 39+000.

Políticamente, en los distritos de Huaral y Aucallama de la provincia de Huaral,

departamento de Lima, en cuyo recorrido están comprendidos los sectores denominados

Cuyo desde la parte Alta hasta el sector de Las Salinas.

Hidrográficamente, se encuentra localizada en la cuenca del río Chancay Huaral, la

cual se extiende desde el nivel del mar hasta la línea de cumbre de la Cordillera Occidental

de los Andes; limita por el Norte con la cuenca del río Huaura, por el Este con la cuenca

del rio Mantaro, por el sur con la cuenca del rio Chillón y por el Oeste con el Océano

Pacifico (DGAS-INRENA, 2001).

1.3.2 ASPECTOS FÍSICOS DEL PROYECTO

a. Geomorfología.

En el Estudios Hidrológico realizado en la cuenca Chancay-Huaral, (2001), expone

las características geomorfológicas de la cuenca del Rio Chancay Huaral, está dominada

por la presencia de un valle juvenil, con una sección transversal estrecha de relieve muy

agreste. Las marcadas variaciones de pendiente se relacionan con los cambios en las

condiciones geológicas y tectónicas que generan una morfología muy dinámica que se va

modificando rápidamente, sobre todo a lo largo del curso principal y en los cauces de los

torrentes activos que afluyen en la zona media de la cuenca.

El mismo estudio menciona que, en el relieve de la cuenca Chancay-Huaral es

característico de la mayoría de los ríos de la vertiente del Pacifico; la parte alta y media de

la cuenca presenta una hoya hidrográfica alargada, fondo profundo y fuertes pendientes:

delimitada por una cadena de picos montañosos con un descenso sostenido y rápido del

nivel de cumbres. La parte costera presenta secciones de distinta topografía, con sectores

muy llanos de menos de 1% de pendiente hasta secciones ligeramente inclinadas,

onduladas de hasta 15% de pendiente, que incluyen frecuentes accidentes topográficos.

Esta variedad se debe a la aparición del substrato rocoso tanto por causas tectónicas como

principalmente por acciones erosivas cuaternarias de distinta índole, como erosión eólica,

escorrentías esporádicas, erosión fluvial, entre otros.

8

Los sectores más llanos corresponden a la llanura aluvial reciente del Río Chancay-

Huaral, donde las acumulaciones aluviales modernas han cubierto prácticamente todas las

irregularidades topográficas salvo algunas lomadas y colinas que aparecen sobre el llano a

modo de “montes relictos”. En la forma más localizada, algunos sectores de llanura

interior, alejados del curso fluvial, tienen también muy poca pendiente, debido a la parte de

la actividad eólica y aluvial de los últimos milenios que contribuyó a rellenar las

depresiones regularizando las superficies. Pero de manera dominante, las llanuras

interiores tienen numerosos accidentes topográficos, como disecciones, ondulaciones,

exposiciones del sustrato rocoso y dunas, que se deben a las acciones eólicas y eventuales

lluvias en los últimos miles de años.Los relieves de colinas y montañas que enmarcan las

llanuras costeras, son el resultado de la orogenia y elevación pleistocénica de los Andes, a

consecuencia de la cual, se encajonaron los curos de agua dando lugar a la configuración

montañosa actual de la cordillera andina. En la costa, las colinas y montañas corresponden

de manera general a las estribaciones occidentales finales de la Cordillera Occidental y

conjuntamente con las planicies, conforman los grandes conjuntos morfológicos

fisiográficos de la costa.De acuerdo a esta configuración, el curso del Río Chancay Huaral,

es bastante sinuoso adopta en general una dirección predominante NE-SO. En la parte

inferior del valle y como resultado de la disminución de la pendiente se ha formado un

pequeño cono de deyección producto de la deposición de los materiales transportados tanto

en suspensión como por arrastre del Río. Asimismo, se ha observado los procesos

geodinámicos externos, siendo los más importantes para nuestro interés los huaycos,

aluviones e inundaciones.

Aluviones: En el cauce del río Chancay Huaral, hay evidencia de ocurrencias de

avenidas con características tipo aluvión, los cuales pueden haberse originado por

represamientos temporales, probablemente ocasionados por derrumbes o huaycos en

tramos angostos del cauce de los ríos o desembocaduras de quebradas, localizadas en la

cuenca alta y media del Río Chancay Huaral; no descartándose la posibilidad de que los

aluviones puedan ocasionarse por desembalse de lagunas glaciares en la cabecera de

cuenca. El riesgo de este tipo de procesos es relativamente bajo en cuanto a ocurrencias;

sin embargo, no debe ser descartado para efectos de diseño de obras en pleno cauce.

Inundaciones: Estos riesgos están localizados sobre los cursos bajos y medios del

rio Chancay-Huaral, comprendiendo las áreas marginales del cauce, que se encuentran

expuesto a los efectos de erosión e inundación por escorrentías de avenidas extraordinarias.

9

Los lugares más afectados por estos fenómenos son los sectores de La Esperanza, Huando,

San José, Chancay, Chancayllo hasta el sector Cuyo.

b. Fisiografía

En el estudio Hidrológico realizado en la cuenca del Río Chancay Huaral (2001),

menciona que la cuenca tiene una forma alargada, las influencias climáticas han

determinado una fisiografía propia de zonas áridas, donde destacan los siguientes paisajes.

Paisaje montañoso: Se distribuyen en las zonas de altitudes comprendidas entre

los 2000 m.s.n.m. a 4800 m.s.n.m., en las postrimerías del Divortium Acuorium,

presentando un relieve moderado a escarpado y formado por estrechas y profundas

quebradas, donde se ubican un conjunto de nevados, lagunas y áreas de planicie de origen

glacial.

Paisaje de Valle Encajonado: Se desarrollan descendiendo por las montañas

hacia el valle, desde la hacienda Huataya hasta la hacienda Huaycán, cubre el área

dominado por las haciendas Quispe, San Miguel, Santo Domingo y Cuyo, donde se

identifican unidades fisiográficas de playones de rio y las terrazas aluviales.

Paisajes de abanicos aluviales: Comprende las áreas situadas en los flancos de

los cerros o montañas que rodean a la Llanura Aluvial, formados por la deposición de los

materiales de acarreo y por la acción del escurrimiento de las aguas al descender por las

laderas y transportar el material a la planicie aluvial. Los abanicos Aluviales se

caracterizan por su moderada inclinación y por estar constituidos de material de textura

media, también se observan conos deyectivos con pendientes inclinadas y con material de

sedimentación de gruesos.

Paisaje de Llanura aluvial: Corresponde al valle Chancay-Huaral propiamente

dicho, este paisaje conforma una llanura aluvial originada por la deposición de los

materiales de acarreo del Río. Es de gran importancia en la cuenca por la calidad de las

tierras y donde se desarrollan las mayores actividades agrícolas de la Faja Marginal. Se

componen de terrazas conformados de gravas y material fino, y playones de río, algunas

áreas hidromórficas o de mal drenaje. La pendiente promedio de la Faja Marginal del Río

Chancay-Huaral es de 1.15% aprox.

10

Paisaje de llanura Eólica: Formado por la acción eólica, presentándose en los

abanicos con coberturas de arena eólica, localizados en Chancayllo, Aucayama y las

haciendas Boza y Miraflores.

Paisaje de llanura marina: Corresponde a la franja del litoral Marino, donde se

identifican las playas de arena de altitud de 1.5m. Sobre la playa, playas de mal drenaje y

depósitos salinos.

c. Sistema Hidrográfico

El rio Chancay-Huaral, tiene su origen en los ríos Vichaycocha, Chirín y

Quieragrampi, los que a su vez se alimentan en tres sistemas de lagunas y glaciares

conocidos como los sistemas de lagunas y glaciares de Puajanca, Alcoy y Tuyun

localizados en la vertiente Occidental de los Andes y los aporta de las precipitaciones que

ocurre en las zonas alta y media.

Hidrográficamente, el primer aporte es de la subcuenca del Río Baños, luego

recibir los aportes de las Sub-cuencas de los ríos Carac, Añasmayo, Huayta y Orcon,

además reciben también el aporte de pequeñas microcuencas repartidas en la Sub-cuenca

Media y Baja.

El rio Chancay-Huaral se forma por la confluencia de los ríos Vichaycocha y

Baños, tomando su nombre en la localidad del Puente Tingo, a una altitud aproximada de

2750 m.s.n.m., efectúa su recorrido en dirección NE-SO hasta desembocar en el Océano

Pacífico, al Sur de la localidad de la ciudad de Chancay.

La pendiente generalmente decrece considerablemente, a partir de la estación de

aforo dando lugar a la deposición de materiales y elementos en suspensión y arrastre que

lleva el río. En este sector del valle se ensancha notablemente extendiéndose hasta los

cerros Hatillo y Pasamayo, que viene a constituir sus límites norte sur respectivamente.

c.1 Sub-cuenca Vichaycocha.

11

La sub-cuenca Vichaycocha, se localiza al Nor-Oeste de la Cuenca Chancay-

Huaral aproximadamente entre las Pampas de Antajirca y Cordillera de Puajanca que

corresponden a la costa de 5000 m.s.n.m. hasta la localidad de Tingo situado a un nivel de

3000 m.n.s.m. Está conformada por las microcuencas cada una de las cuales se originan en

el sistema de lagunas de la Cordillera de Puajanca. La cuenca del rio Chancay-Huaral está

comprendida por las siguientes sub-cuencas.

Micro-cuenca del Rio Vichaycocha.

Esta microcuenca tiene sus orígenes en el sistema de lagunas Rahuite Grande,

Rahuite Chico, Chalhuacocha Grande, Chalhuacocha Chico, Azulcocha y Verdecocha; que

son alimentadas por la precipitación y deshielo de la cordillera Puajanca.

Micro-cuenca Rio Chicrín

Esta microcuenca tiene sus orígenes en el sistema de lagunas de Marca, Pampa,

Cacray, Soco y Yuncan; que son alimentadas por la precipitación y deshielo de la

cordillera de Puajanca. Asimismo recibe el aporte de pequeñas quebradas tributarias hasta

su desembocadura en la localidad de Tingo.

c.2 Sub-cuenca Baños.

La sub-cuenca Baños, se localiza al Nor-Este de la cuenca del Rio Chancay-

Huaral, extendiéndose desde la Cordillera de los Nevados Puajanca y Alcay situados a un

nivel de 5000 m.s.n.m., hasta la localidad de Tingo situado a 3000 m.s.n.m. Está subcuenca

conformado por dos microcuencas cada una de estas tienen sus sistema de lagunas que

recibe el aporte de agua de los nevados Puajanca y Alcay.

Micro-cuenca del Río Baños.

Tienen su origen en el sistema de lagunas Huantush, Yanacocha, Ocruyoc,

Vilcacocha y Hahuashuaman (Capilla), que son alimentadas por las precipitaciones y

deshielos de los nevados Puajanca y Alcay. Asimismo, está sub-cuenca recibe el aporte

importante de aguas que son trasvasadas mediante un túnel, que es trasvasado desde el

sistema de lagunas Puajanca constituida por las lagunas Loma, Cochaumán (Pujanca Alta),

12

Verdecocha, Barrosococha, Minachacan y Pucacocha (Pujanca Baja) ubicadas en la cuenca

alta del Rio Mantaro, hacia la laguna Vilcacocha.

Micro-cuenca del Rio Quiles

Tiene su origen en el sistema de lagunas Parcash Alto, Parcash Bajo, Uchu

Machay, Yanauyac, Quisha, Lichicocha, etc., que son alimentadas por las precipitaciones,

las aguas de deshielo del nevado de Alcay y de otras pequeñas quebradas tributarias de la

micro-cuenca.

Los cursos de agua de estas dos micro-cuencas se unen en la localidad del Quiles,

donde el Río Baños alcanza su máximo caudal, aguas abajo recibe el aporte de otras

quebradas de menor orden, hasta su desembocadura en el Rio Chancay-Huaral en la

localidad de Tingo.

c.3 Sub-cuenca Carac.

Esta sub-cuenca, se localiza aproximadamente entre las cotas altitudinales de

4800 y 1600 m.s.n.m. en el ámbito de la comunidad de Acos. La conforman las micro-

cuencas del Río Carac y Coto, las que llegan a confluir en la parte baja de las comunidades

de Carac y Coto, siendo el aporte aproximado al Rio Chancay- Huaral de 1.2 m³/s en época

de estiaje.

c.4 Sub-cuenca Añasmayo.

Se localiza aproximadamente entre las cotas de 4800 m.s.n.m. y 1200 m.s.n.m.

que corresponde a las nacientes del Río Añasmayo y la Quebrada Honda hasta la localidad

de Añasmayo respectivamente. Esta sub-cuenca confluyen aguas abajo de la comunidad de

San Agustín. Para luego seguir recibiendo aportes de quebradas hasta desembocar al río

Chancay-Huaral en la sub-cuenca media con un aporte de 0.005 m³/s en épocas de estiaje,

siendo la precipitación pluvial el principal aporte con el que cuentan.

c.5 Sub-cuenca Huataya

Se localiza aproximadamente entre las cotas de 4800 y 900 m.s.n.m. que

corresponde su naciente en los bofedales denominado Paccha Puquio hasta la localidad

13

Chala Alta. Esta sub-cuenca recibe el aporte de manantiales y la precipitación pluvial como

los principales aportes con el que cuentan.

c.6 Sub-cuenca Orcón

Está conformada por las microcuencas del rio Seco y la quebrada Orcon, siendo la

precipitación pluvial el principal aporte con el que cuentan. Descarga sus aguas debajo de

la estación hidrométrica de Santo Domingo.

c.7 Sub-cuenca Media

Se localiza entre los 3000 y 600 m.s.n.m. que corresponde aproximadamente a las

localidades de Tingo y Quipullin respectivamente. Está conformada por el río principal de

la cuenca Chancay-Huaral, desde la confluencia de Vichaycocha con Baños hasta la

estación de Santo Domingo. Está conformado por varias microcuencas estando entre las

más importantes Chilamayo, Chuncurmayo, Mihua, Lampián y Callantama.

c.8 Sub-cuenca Baja

Conforma el río principal de la cuenca Chancay-Huaral desde la estación de Santo

Domingo hasta su desembocadura en el Océano Pacifico. Es una zona de escasa

precipitación pluvial, conformado por algunas microcuencas a lo largo de su recorrido

entre las que destaca es la Quebrada de Lumbra y Pisquillo.

d. Hidrología

La hidrología de la cuenca del Rio Chancay Huaral, se caracteriza por presentar

dos épocas marcadamente diferenciadas. La primera húmeda de corta duración (enero a

abril), en la que discurre aproximadamente el 80% de la masa hídrica que se produce en la

cuenca, y la segunda etapa seca de escasa a nula precipitación que corresponde a los meses

de mayo a noviembre.

Las lluvias, varía desde los 900 m.s.n.m. en la parte alta, hasta su completa

ausencia en la costa árida próxima al litoral peruano. Además de la precipitación estacional

sus recursos hídricos actuales comprenden los aportes del deshielo de los nevados situados

14

principalmente sobre la divisoria continental y los de la derivación transandina de una

pequeña parte de la vecina cuenca del Rio Mantaro.

Las lluvias extraordinarias que se producen provocan las crecidas o caudales

extremos, que al desbordar su cauce habitualmente provocan inundaciones de terreno,

afectando personas y bienes; la gran desproporción entre los caudales ordinarios y

extraordinarios hace que las inundaciones revista un interés especial para su tratamiento.

La cuenca hidrográfica del Río Chancay-Huaral, cuenta con una estación

hidrométrica conocida con el nombre de “Santo Domingo”, la misma que registra en forma

diaria los caudales de agua que se produce en su cuenca húmeda y cuentan con registros

históricos que datan en 1921. Asimismo, la cuenca cuenta con información de

precipitación registrada en seis estaciones.

El rio Chancay-Huaral es de régimen irregular de carácter torrentoso con

marcadas diferencias entre sus parámetros extremos, las descargas máximas registrada es

de 484 m³/seg y la mínima de 2 m³/seg., el rendimiento promedio anual resulta ser de

303609 m³/km² de cuenca húmeda.

Para el análisis de las máximas avenidas del Río Chancay-Huaral, se ha utilizado

las descargas máximas diarias dado que cuenta con un registro histórico bastante extenso.

1.3.3 ASPECTO SOCIO-ECONÓMICO

a. Población

La población de Huaral, es una de las nueve provincias que conforman la Región

Lima. Tiene una población estimada de 164.660 habitantes según el Censo Nacional 2007,

en el cual el valle es siempre afectado por los desbordes e inundaciones, lo que repercute

en forma directa a los centros poblados aledaños. En esta provincia aproximadamente el

89.6% de la población Económicamente Activa (PEA), se dedica a las actividades

mencionadas, además un 6% se dedica a actividades de servicios. Por ser zona agrícola

destaca la producción de algodón, maíz amarillo duro, frutales, pastos, etc.

Por las características geográficas, topográficas y el deterioro de las zonas de protección

del rio Chancay-Huaral, el valle siempre se ve afectado por los desbordes e inundaciones a

15

grandes extensiones de terreno, lo que repercute prioritariamente en los cultivos antes

mencionados. (INEI, 2007)

b. Vías de comunicación

La cuenca del Río Chancay-Huaral, cuenta con una de las principales redes viales

de comunicación terrestre del país que es la panamericana Norte, la cual atraviesa por la

parta baja en forma transversal a la cuenca y paralela al Océano Pacifico. La vía conocida

como “La Panamericana Norte” comunica a todas las ciudades de costa norte del país,

siendo el recorrido entre la ciudad de Chancay y la ciudad de Lima de aproximadamente

67 km. (Aldrín Contreras, 2008)

Las dos vías secundarias se encuentran asfaltadas ambas se inician en la

Panamericana Norte. La primera parte cerca del poblado de Boza y termina en la ciudad de

Huaral. La segunda parte del poblado de Chancay pasa por la ciudad de Huaral y finaliza

su recorrido en la localidad de Huando con un recorrido aproximado de 13.5 km. (Aldrín

Contreras, 2008)

Las vías terciarias están conformadas por las trochas carrozables que unen los

centros poblados entre sí con la ciudad de Huaral. Su recorrido se inicia en la localidad de

Huando y continúa hacia el interior de la cuenca recorriendo longitudinalmente a lo largo

del rio hasta conectarse con la carretera Cerro de Pasco-Canta cerca de la cordillera de

Puajanca. De esta vía también se desprenden otras vías carrozables que sirve de

comunicación con las poblaciones ubicadas en los afluentes de la cuenca. Cabe indicar que

la vía de penetración permite llegar al sistema de lagunas controladas en la cuenca.

En general, la cuenca del río Chancay-Huaral disponen de importantes vías de

comunicación que interconectan las zonas rurales con la zona urbana, asimismo forma

parte de la red, los caminos carrozables y peatonales (caminos de vigilancia), de las

estructuras hidráulicas existentes en el valle, a través de las cuales se puede acceder al área

del proyecto.

c. Infraestructura urbana y rural existente

16

En el ámbito de influencia del proyecto se encuentran importantes centros de

infraestructura urbana (centros poblados, postas médicas, colegios, etc.) y rural (vías de

comunicación, infraestructura de riego y drenaje, predios agrícolas, etc.) del valle

Chancay- Huaral.

La infraestructura de riego existente muy próximas al curso de agua como:

bocatomas, canales de riego, caminos, puentes, entre otros.; han sido reemplazadas en más

de una oportunidad en forma parcial o total dependiendo de su estado, debido a los daños

ocasionados por los desbordes e inundaciones del rio Chancay-Huaral. (Aldrín Contreras,

2008)

d. Actividades económicas

d.1 Agricultura

La actividad agrícola es la más importante de la provincia de Huaral, juega un

papel importante dentro de su desarrollo de su economía, constituyendo fuente de riqueza

en su desarrollo económico. Es uno de los principales abastecedores de productos

alimenticios del país, incluyendo en fruticultura y los productos agroindustriales.

La agricultura en Huaral, está orientada al mercado y esto refleja en la cartera de

productos existente. Entre los cultivos transitorios de los llamados industriales (algodón,

maíz amarillo duro, marigold) son los que más destacan, cubriendo cerca del 50 por ciento

del total del área. Los cultivos que les siguen en importancia son las hortalizas, los cereales

y los tubérculos.

Entre los cultivos permanentes destacan sobremanera los frutales, entre ellos el

manzano, la mandarina, el palto, el mango y el naranjo. (Aldrín Contreras, 2008)

d.2 Turismo

La provincia de Huaral fue una de las que pertenecía a la cultura Chancay-Huaral

y antiguo asentamiento de importantes señoríos y reinos prehispánicos. Durante la colonia,

los españoles formaron en este territorio la reducción indígena de San Juan Bautista de

Huaral (1551).

17

II. REVISION BIBLIOGRAFICA

2.1 HIDROLOGÍA

Es la ciencia dedicada al estudio del agua que trata en la tierra, su ocurrencia,

circulación y distribución, sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio

ambiente, incluyendo su relación con los seres vivos. El dominio de la hidrología abarca

toda la historia de la vida del agua en la tierra (Delgado, 1992).

Esta relación del agua sobre los seres vivos incluye el movimiento sobre y debajo

de la superficie de la tierra, incluyendo sus procesos químicos, físicos y biológicos que

tiene lugar a lo largo de su trayectoria (Chow, 1994).

2.2 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS

Los sistemas hidrológicos son afectados algunas veces por eventos extremos, tales

como tormentas severas, crecientes y sequias. La magnitud de un evento extremo está

inversamente relacionada con su frecuencia de ocurrencia, es decir, eventos muy severos

ocurren con menor frecuencia que eventos más moderados. El objetivo del análisis de

frecuencia de información hidrológica es relacionar la magnitud de los eventos extremos

con su frecuencia de ocurrencia mediante el uso de distribución de probabilidad. Se

supone que la información hidrológica analizada es independiente y está idénticamente

distribuida, y el sistema que lo produce (por ejemplo un sistema de máximas avenidas) se

considera independiente del espacio y tiempo.

En la práctica, usualmente esto se lleva a cabo seleccionando el máximo anual de

la variable que está siendo analizada (como por ejemplo el caudal máximo anual, que es el

flujo pico instantáneo máximo que ocurre en cualquier momento durante el año, sobre todo

en época de crecida) con la expectativa de que observaciones sucesivas de esta variable de

un año a otro sean independientes (Delgado, 1992).

Los resultados del análisis de frecuencia de flujo de crecientes pueden utilizarse

para muchos propósitos en ingeniería: para el diseño de presas, puentes culverts y

estructuras de control de inundaciones (defensas ribereñas); para determinar el beneficio

18

económico de proyectos de control de crecientes; y para delinear planicies de inundación y

determinar el efecto de invasiones o construcciones de áreas.

Como lo mencionado anteriormente el análisis puede ser matemático y también

gráfico, ya que se pueden observar los datos históricos de las variables de interés

ordenados tanto de forma ascendente o descendente, y se traza un gráfico de las

magnitudes de los eventos en función a su frecuencia de excedencia. El enfoque grafico

responde al equivalente matemático, los análisis de frecuencia consiste en determinar los

parámetros de las distribuciones de probabilidad y determinar con el factor de frecuencia la

magnitud del evento para un periodo de retorno dado. (Delgado, 1992).

2.2.1 DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD.

El comportamiento de las variables aleatorias discretas o continuas se describe

con la ayuda de distribuciones de probabilidad. El comportamiento de las variables

aleatorias discretas o continuas se describe con la ayuda de distribuciones de probabilidad.

Las distribuciones de probabilidades se usan en una amplia unidad de estudios

hidrológicos, por ejemplo, los estudios del recurso hídrico de caudales extremos alto y bajo

en sequias, volúmenes de embalses, cantidad de lluvia y modelos de series cronológicas,

las distribuciones que se usa en hidrología se consideran en la siguiente tabla 1, siendo las

mencionadas las más usadas (Chow, 1994).

Tabla 2 Distribuciones usadas en hidrología

Nombre Acrónimo Referencia

Normal N Gauss

Log-Normal LN Hazen, 1914

Pearson de III tipos P3 Foster, 1924

Gamma G Moran, 1957

Log-Pearson tipo III LP3 U.S. Water resources

Gumbel G Emil Julius Gumbel

19

2.2.2 PARÁMETROS ESTADÍSTICOS.

Los estadísticos son valores que tienen una cantidad numérica calculada sobre una

base de datos o muestra que resume su información sobre algún aspecto.

- Si un estadístico se usa para aproximar un parámetro también se le puede llamar

“estimador”. (Chow 1994).

- Normalmente nos interesa conocer un parámetro pero por dificultad que conlleva

estudiar a toda la población, calculamos un estimador sobre una muestra y

confiamos que sean próximos.

Media µ:

Es la media aritmética de los valores de una variable. Suma de los valores divididos

por el tamaño de la muestra, conveniente cuando se concentran simétricamente y muy

sensibles a valores extremos.

Varianza S²:

Mide el promedio de desviaciones (al cuadrado) de las observaciones con respecto

a la media.

El valor estimado de la varianza a partir de la muestra es:

Coeficiente de asimetría γ:

Mide el grado de asimetría de la distribución con respecto a la media. Un valor

positivo de este indicador significa que la distribución se encuentra sesgada hacia la

izquierda (orientación positiva). Un resultado negativo significa que la distribución se

sesga a la derecha.

19









Media µ:




Varianza S²:


a la media.






sesga a la derecha.

19









Media µ:




Varianza S²:


a la media.






sesga a la derecha.

20

Donde:

= media aritmética.

Md = Mediana.

s = desviación típica o estándar.

Nota:

El Coeficiente de Pearson varía entre -3 y 3

Si As < 0, la distribución será asimétrica negativa.

Si As = 0, la distribución será simétrica.

Si As > 0, la distribución será asimétrica positiva.

2.2.3 ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE AVENIDAS

a. Estimación de la magnitud de las crecidas

El objetivo del análisis de las crecidas es relacionar la magnitud y su frecuencia o

probabilidad de ocurrencia futura. La hipótesis fundamental que permita la interpretación

de las frecuencias como probabilidades es independencia temporal de los elementos de la

muestra analizada y la homogeneidad de la muestra.

La estimación de la magnitud de las crecidas, se realiza habitualmente empleando

diversas técnicas hidrológicas que pueden ser englobadas en dos conjuntos:

Análisis estadístico de caudales de crecida y calculo hidrometeoro lógico de

caudales. Ambos métodos precisan como datos de partida series de datos de caudales

registrados en estaciones de aforo y de precipitaciones máximas recogidas en estaciones

meteorológicas, respectivamente. Estos datos son tratados estadísticamente para obtener

20

Donde:


Md = Mediana.


Nota:

















20

Donde:


Md = Mediana.


Nota:

















21

las funciones de distribución de frecuencias que mejor modelan la probabilidad real de

ocurrencia de una caudal o precipitación. (Chow, 1994)

b. Estimación del periodo de retorno

Cada espacio muestral tiene su propia función de distribución o de densidad de

probabilidad, que normalmente no se conoce como a priori. Cuando de ese espacio se

extrae un grupo de datos (muestra) al azar, es razonable esperar que su función de

distribución de distribución de probabilidad sea similar a la del espacio completo, en

particular si la muestra es grande. Además, lo más razonable que se puede suponer en

cuanto a la frecuencia de cada dato del grupo es que ésta, dentro del espacio muestral, igual

a la observada (Ven te Chow, 1994).La ecuación más usada en hidrología, el periodo de

retorno del m-ésimo evento de los años n registrada es entonces, de acuerdo con la

siguiente ecuación, la ecuación en donde participan estas variables se llama la ecuación de

Weibull.

Los términos de periodo de retorno o intervalo de ocurrencia se usan para

representar el número de años que transcurre en promedio para que un evento sea igualado

o excedido. El periodo de retorno para lo cual se debe dimensionar una obra varía en

función de la importancia de la obra, de la existencia de otras vías alternativas capaces de

reemplazarla y de los daños que implicaría su ruptura, pérdida de vidas humanas, costo y

duración de la reconstrucción, costo del no funcionamiento de la obra, etc.

En hidrología, normalmente se prefiere trabajar con periodos de retorno en lugar

de probabilidades, pues es un concepto que resulta más claro y que tiene las mismas

unidades (tiempo) que la vida útil de las obras y puede compararse con ésta. (Delgado,

1992).

2.2.4 PRUEBAS DE BONDAD DE AJUSTE

Para determinar qué tan adecuado es el ajuste de los datos a una distribución de

probabilidades se han propuesto una serie de pruebas estadísticas que determinan si es

adecuado al ajuste. Estos son análisis estadísticos y como tal se deben entender, es decir,

no se puede ignorar el significado físico de los ajustes.

T = n +1/m

22

Las pruebas de bondad de ajuste consisten en comparar gráficamente y

estadísticamente, si la frecuencia empírica de la serie analizada se ajusta a una determinada

función de probabilidad teórica seleccionada a priori, con los parámetros estimados sobre

la base de los valores muestrales.

Las pruebas de ajuste, tienen por objeto medir la incertidumbre que se obtiene al hacer

una hipótesis estadística sobre una población, es decir, calificar el hecho de suponer que

una variable aleatoria se distribuya según cierta función. Las pruebas de bondad de ajuste

más utilizadas son de ajuste gráfico y ajuste estadístico (Chi-cuadrado, Smirnov-

Kolmogorov, Error cuadrático mínimo), aquí mencionaremos la prueba de Smirnov-

Kolmogorov. (Delgado, 1992).

a. Prueba Smirnov-Kolmogorov

El estadístico Smirnov-Kolmogorov, considera la desviación de la función de

distribución de probabilidades de la muestra P(x) de la función de probabilidades teórica,

escogida Po(x) tal que:

Dn=max (P(x)-Po(x))

Donde:

- Dn= Es la mayor diferencia absoluta observada entre P(x) y Po(x), obtenida a partirde la distribución de probabilidad que se especifica como hipótesis nula.

- P(x)= Frecuencia acumulada observada.

- P(o)= Frecuencia acumulada teórica.

La prueba requiere que el valor Dn calculado con la expresión anterior sea menor

que el valor tabulado Dα para un nivel de probabilidad requerido. (Delgado Aparicio,

1992).

Esta prueba comprende las siguientes etapas:

- El estadístico Dn es la máxima diferencia entre la función de distribución

acumulada de la muestra y la función de distribución acumulada teórica escogida.

- Se fija el nivel de probabilidad α, valores de 0.05 y 0.01 son los más usuales.

- El valor critico Dα de la prueba deber ser obtenido de tablas en función de α y n.

- Si el valor calculado Dn es mayor que el Dα, la distribución escogida se debe

rechazar. (Chow, 1994)

23

2.2.5 SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)

a. Concepto de SIG

El termino SIG se establece de la palabra en inglés Geographic Information

System (GIS). Se le define como una herramienta de software que nos permite almacenar,

recuperar, analizar y desplegar información geográfica.

Este tiene la capacidad de efectuar una gestión completa de datos referenciados

geográficamente. Por datos referenciados se indica a los datos geográficos o mapas que

constan de coordenadas geográficas reales asociadas, así como de datos alfanuméricos o

descriptivos que se asocien a esos mapas para formar a una base de datos integrada con

este concepto de SIG. Por ejemplo, un objeto del modelo del mundo real es una

construcción cuyos datos descriptivos son los siguientes: el número de propiedad, su

ubicación y sus medidas, etc. Además de ello una construcción tiene asociada su

descripción geométrica. (Marín, 2006).

b. Elementos de un Sistema de Información Geográfica (SIG)

Un SIG está formado por cinco componentes o elementos y cada uno de esos

componentes cumplen con una función para que existan entre ellos una interacción. Es

decir, estos conforman la información para que sea procesada o se realice un tratamiento,

los recursos técnicos, humanos y las metodologías que se adopten en la organización de la

empresa.

A continuación se describen esos componentes:

Hardware: Es el equipo de cómputo con el que opera un SIG. Actualmente el

software de estos sistemas se ha adaptado a diversos tipos de hardware desde

arquitecturas clientes-servidor hasta computadoras de escritorio aisladas.

Software: Proporciona las herramientas y funciones necesarias para almacenar,

analizar y desplegar la información geográfica, para ello se necesitan de

elementos principales de software los cuales son:

24

- Herramientas para la entrada y manipulación de información geográfica.

- Un sistema de administración de base de datos (DBMS Data Base

Management System).

- Herramientas que soportan consultas, análisis y visualización de

elementos geográficos.

c. Aplicaciones

Aquí mencionamos algunos ejemplos de aplicaciones que los SIG han mostrado

beneficio y utilidad y son los siguientes:

- Aplicación forestal, que sirve para determinar la magnitud de la tala y conocer la

vía o el acceso a esa tala.

- Bases de datos ambientales, con estos datos se realizan planes convenientes a

evitar deterioros naturales en una región.

- Censos, con los datos obtenidos conocer los usos de los servicios que se ofrecen

en un área como la distribución de agua potable y transporte.

- Grandes bases cartográficas, con estas bases de datos se adquiere más fácilmente

el mantenimiento de inventario con referencias espaciales de los bienes inmuebles

así como la valoración y para preparar una gestión contribuyente en la

administración pública.

- Planeación urbana, la elaboración de planes generales y normas subsidiarias, entre

otros están los planes parciales, proyectos de urbanización, proyectos de

compensación y reparcelaciones, evaluación de impacto ambiental, planes

especiales y catálogos.

- Sistemas de empresas y servicios, para los servicios de transporte que controlan

sus equipos con un rastreo satelital.

- Sistemas para el control y modernización de cambios ambientales: estos ofrecen

una inspección para zonas de riesgos por factores naturales y análisis para planes

de conservación.

Un SIG tiene la finalidad de mostrar principalmente lo que sucederá o simular un

acontecimiento que definirá a una situación considerable que será escogida para una

25

acertada decisión, así como se mencionó en las aplicaciones donde un SIG actúa

satisfactoriamente. (Marín, 2006).

d. Extensión HEC-GEORAS

Es una extensión para usar con ARC GIS específicamente diseñada para procesar

datos georeferenciados para usar posteriormente con HEC-RAS.

HEC-GEORAS crea un archivo para importar a HEC-RAS datos de geometría del terreno

incluyendo cauce del rio, secciones transversales, etc. Información sobre estructuras

hidráulicas- puentes, etc., no puede importarse desde ARC GIS mediante HEC-GEORAS y

debe añadirse a la simulación desde HEC-RAS. Posteriormente los resultados obtenidos de

calados y v elocidades se exportan desde HEC-RAS a ARCGIS y pueden ser procesados

para obtener mapas de inundación y riesgos.

Para usar ésta extensión se debe incorporar la extensión 3D Analyst 1.0, aunque no es

estrictamente necesaria, la extensión Spatial Analyst hace más rápidas las operaciones de

post-proceso de datos. (Marín, 2006).

2.2.6 SOFTWARE HEC-RAS

Modelo de dominio público desarrollado del Centro de Ingeniería Hidrológica

(Hydrologic Engineering Center) del cuerpo del Ejército de EEUU, surge como evolución

del conocido y ampliamente utilizado HEC-2, con varias mejores con respecto a éste, entre

las que destaca la interfase grafica de usuario que facilita las labores de pre-proceso y post-

proceso, así como la posibilidad de intercambio de datos con el sistema de información

geográfica ARC GIS mediante HEC-GEORAS. El modelo numérico incluido en este

programa permite realizar el análisis de flujo permanente unidimensional gradualmente

variado en lámina libre. (Marín, 2006).

a. Características técnicas

- Calculo hidráulico de estructuras (puentes, aliviaderos, alcantarillas, muros de

contención, etc.).

- Visualización gráfica de secciones.

- Ejecutable en entorno Microsoft Windows.

26

Las aplicaciones son para la modelación hidráulica en régimen permanente de

cauces abiertos, ríos canales y canales artificiales.

2.2.7 CLASIFICACIÓN DE RÍOS

Jesús Horacio y Alfredo Ollero (2010), los ríos se encuentran clasificados de la

siguiente manera.

Ríos en equilibrio:

Se caracterizan porque la pendiente es constante y representa el estado hacia el cual

tienden todos los ríos en el curso de los siglos.

Ríos en estado aluvional:

Son aquellos en los que el río tiende a aumentar su pendiente a partir de un punto

fijo, situado aguas abajo, como podría ser el correspondiente a la desembocadura. Al

respecto señala Meyer-Peter que la expresión “punto fijo” debe interpretarse correctamente

por cuanto se trata en realidad de un punto que se está desplazando hacia aguas abajo,

como consecuencia del avance que se produce en la desembocadura.

Ríos en estado de erosión:

Se caracteriza porque el aporte de material solido es menor que el correspondiente a

la capacidad de transporte. En este caso el rio profundizará su lecho hacia aguas arriba, a

partir de un punto fijo.

Rio en estado de erosión latente:

En estado representa, en principio las mismas que la anterior, pero en este caso se

dice que hay erosión latente por cuento el fondo no puede ser erosionado. Tal podría ser el

caso de un fondo por piedras muy grandes. Este es el caso más frecuente en los torrentes o

en los ríos que corren sobre un terreno en que las partículas son muy grandes para ser

transportadas.

a. Obras de defensa Ribereñas

27

El encauzamiento es la imposición de estas variables. Si el encauzamiento es muy

estrecho se puede producir erosión (degradación del cauce). Por el contrario, si el ancho es

grande puede dar lugar a que el río divague (forme meandro) dentro del gran cauce que

tiene a su disposición y ataque durante una súbita crecida a los diques de encauzamiento.

En estos casos la corriente no es paralela a los diques, sino que forman un ángulo que, en el

caso extremo puede ser 90º.

El encauzamiento fluvial representa el proceso largo y paulatino, hecho por el

hombre para adecuar la naturaleza a sus necesidades. Un encausamiento se hace se hace

para proteger un área o simplemente para crear las condiciones favorables para una

estructura por ejemplo, una presa derivadora.

b. Diseño hidráulico de cauces estables con arrastre

Cuando se estudia la estabilidad de un cauce es indispensable fijar un gasto que

represente el hidrograma anual. Este gasto asociado con la estabilidad del cauce se

denomina gasto formativo. Existen varios criterios para determinarlos entre ellos:

Gasto dominante, como el gasto que permanece constante a lo largo del año, se

debe aplicar tomando en cuenta los días en que la corriente es capaz de arrastrar

sedimento de fondo por lo que en ocasiones no se toma en cuenta la época de

estiaje. Lo anterior es correcto, y que si no hay arrastre, la corriente no está

trabajando para formar un cauce.

Para algunos autores el gasto formativo es el que tiene un periodo de retorno de

1.4 años. Si hay una estación de aforo cercana, se puede obtener analizando los

gastos máximos con los criterios de Nash o Gumbel.

Por último, algunos consideran el gasto formativo (en ríos de planicie), el gasto

máximo que es capaz de pasar por el cauce principal sin que se desborde hacia la

planicie. En la mayoría de los problemas estudiados este criterio ha conducido a

resultados congruentes.

Para lograr que el tramo en estudio sea estable se utilizan diferentes métodos entre

ellos el de Altunin, Maza-Cruickshank y Blench. El primero se desarrolló para cauces

formados con material grueso como arena grava y boleo, el segundo únicamente se puede

aplicar a cauces arenosos y el tercero es de mayor utilidad para cauces con material

cohesivo.

28

c. Medidas estructurales

Son aquellas medidas que controlan la erosión producto de la escorrentía

superficial. Consisten en estructuras diseñadas sobre la base de los principios de la

ingeniería. En el aspecto del diseño se toma en cuenta la hidrología e hidráulica fluvial.

En la hidrología, es necesario considerar los registros hidrológicos (descargas de

los ríos) y la frecuencia con las que estas se producen. Por lo general se recomienda 25

años de registro, anteriores al año de ejecución, para determinar el periodo de retorno y la

descarga máxima de diseño.

En hidráulica, se debe recabar datos en lo concerniente a pendiente, sección

estable, tirante, sedimentación, socavación, etc.; elementos básicos para realizar el diseño

de la estructura.

2.2.8 Socavación

Es un fenómeno natural que se debe exclusivamente a la capacidad de transporte

del material sólido que tiene una corriente. Esta capacidad de transporte está en función de

la velocidad del a corriente. Un obstáculo colocado en el cauce modifica las condiciones de

escurrimiento y por tanto la socavación (Contreras, 2008).

La socavación total es producida por la acción de las siguientes socavaciones que

para su estudio se considera independiente aunque al final se relacione entre sí.

- Socavación general.

- Socavación cuerva.

- Socavación transversal.

- Socavación local al pie de la estructura interpuesta a la corriente.

- Socavación aguas debajo de los grandes embalses.

- Socavación al pie de las obras de descarga.

La socavación general y en curvas existe en la naturaleza independiente de las

obras del hombre puede construir en los cauces de los ríos. Las restantes socavaciones

29

ocurren por la construcción de algunas obras que afecta el equilibrio del cauce (Contreras,

2008).

2.2.9 Faja marginal

Faja de terreno inmediato y contiguo a la ribera de los cuerpos de agua naturales o

artificiales, que permite el uso primario de las aguas, la protección, operación,

rehabilitación, mantenimiento, vigilancia y libre acceso a muchos cuerpos de agua. Esta

zona es reconocida como un área de interacción física, biológica y química, entre el

ecosistema acuático y el terrestre; consecuentemente, posee una inusual biodiversidad y es

el medio donde se presenta una gran diversidad de procesos ambientales.

Entre las múltiples funciones ecológicas de las fajas marginales se incluye el

mantenimiento de la estructura física de las corrientes de agua, la estabilidad de las

márgenes y del cauce, el sombreado de la corriente, la interceptación de sedimentos, lo

corredores de la vida silvestre, etc.

Si bien no existe consenso respecto al ancho de la faja marginal, se acepta que

esta posee una fragilidad biológica y física que atenúa los impactos generados por las

actividades en las laderas y por el propio comportamiento del cuerpo de agua.

Cada cuerpo de agua es diferente y como tal, requiere de una conocimiento

específico del área que ocupan para la determinación de su faja marginal, así por ejemplo,

tierras altas con valles angostos tienen generalmente fajas marginales angostas pero por su

cauce posee una mayor energía, por lo que requieren intensivas prácticas de manejo; lo

contrario ocurre con tierras bajas en valles amplios con cauces de poca energía

generalmente meandros, donde las prácticas de manejo pueden ser menos intensivas.

Entre las diversas funciones específicas que se reconocen a las fajas marginales se

pueden citar las siguientes:

Mantenimiento de la integridad hidrológica, hidráulica y ecológica del

cauce, el suelo y la vegetación asociada, reduciendo la erosión,

estabilizando las márgenes, regulando las avenidas, contribuyendo al

mantenimiento de un caudal base y manteniendo la calidad de las aguas.

30

Protección de la flora y fauna acuática y ribereña de potenciales fuentes de

contaminación provenientes de las tierras altas, atrapando y filtrando

sedimentos, nutrientes y/o químicos remanentes de actividades antrópicas.

Intercepción y retención de sedimentos que son acarreados por la

escorrentía de los cuerpos de agua.

Intercepción y retención de sedimentos que son acarreados por la

escorrentía de los cuerpos de agua.

Atrapan o reducen el aporte de fosforo, nitrógeno y otros nutrientes que

pueden causar eutrofización de los sistemas acuáticos.

Atrapan o remueven contaminantes químicos como los pesticidas.

Protegen el habitad de los peces y organismos acuáticos moderando los

cambios de temperatura mediante la sombre, proporcionando abrigo,

protección térmica y alimento a través de restos leñosos.

Mejora el paisaje de los cauces ofreciendo áreas para la recreación.

Permite el libre ejercicio del uso primario de las aguas, el libre tránsito

alrededor de los cauces y la pesca en cauces con fauna ictiológica.

Brinda acceso y espacio para la ejecución de trabajos de protección,

remediación y mantenimiento de los cauces y los bienes asociados a las

aguas.

a. Criterios para la determinación del ancho de la faja

Existen dos criterios básicos para la determinación del ancho de la faja marginal,

estos son:

De ancho fijo: Consiste en fijar un ancho uniforme y constante para la faja

marginal, independientemente de las características del cauce, de su

entorno o de los usos del agua, tiene como principal ventaja, la facilidad

de su aplicación de su aplicación y monitoreo, sin requerir de un

conocimiento del ecosistema adyacente al cuerpo de agua ni asistencia

técnica para su determinación, pero puede resultar en una protección

excesiva donde no sea necesario o inversamente en una protección

deficiente en áreas con mayor fragilidad o inversamente en un protección

deficiente en áreas con mayor fragilidad a la degradación, además este

criterio es objetable generalmente por los propietarios de terrenos

ribereños en la medida que impone restricciones en el aprovechamiento

31

económico de las tierras ribereñas, más allá de las necesidades reales de

protección de los cuerpos de agua.

De ancho variable: Consiste en la determinación de un ancho de faja

marginal variable, acorde a las características del cuerpo de agua y su

cauce, como son: la composición, edad y condición de la vegetación

ribereña, la geomorfología del tramo del cauce, las especies de animales y

plantas presentes en el tramo, la hidrología de la cuenca, los usos de las

tierras adyacentes y la fragilidad del ecosistema que se trata de proteger.

Ancho mínimo de faja marginal: Considerando la necesidad de establecer

un ancho que represente en lo esencial las diversas situaciones que pueden

presentarse en los cauces del territorio nacional, se establece como ancho

mínimo de faja marginal, una longitud de 25 metros, concordante con los

criterios predominantes en la mayoría de países cuya normatividad ha sido

revisada para la elaboración del presente estudio.

Criterios hidráulicos-hidrológicos

Desde el punto de vista de protección de las márgenes que confinan los

cuerpos de agua con el fin de evitar daños a los bienes asociados, estructuras

aledañas o población ribereña, se debe mantener una faja marginal que

permita atenuar los efectos de eventos hidrometeorológicos extraordinarios,

para lo cual la ubicación y/o el ancho de faja marginal se ajustará a los

siguientes criterios:

Ancho mínimo establecido de 25 metros, hasta un periodo de retorno

de 1000 años.

Si el ancho de la estructura de encauzamiento en la dirección

transversal al eje del cauce, resultara mayor que el ancho mínimo

establecido para la faja marginal, se adoptará como ancho de la faja, el

correspondiente al ancho de la estructura de encauzamiento existente,

con el fin de garantizar su mantenimiento y conservación.

En tramos de los cauces donde se proyecten o existan obras de

encauzamiento y estabilización de cauce, cuyas características

hidráulicas morfológicas y geológicas demuestren que se trata de un

cauce hidráulicamente estable, según los criterios establecidos, el

ancho de la faja marginal podrá limitarse al ancho que ocupa la obra de

encauzamiento, el cual ningún caso podrá ser menor que 5 metros.

32

Criterios ambientales

Los vínculos entre el agua fresca, los peces y la faja ribereña son diversos e

importantes. La faja ribereña es la interface entre el ecosistema terrestre y

acuático; puede regular la transferencia de energía y material entre ambos

sistemas y regula la transmisión de energía solar en el sistema acuático,

influyendo en la cantidad de luz y sombra en el cauce y generando el habitad

propicio para las especies animales y vegetales que existen en las riberas.

Además, la protección de los cuerpos de agua prevista por la ley, implica entre

otros aspectos, la protección de la calidad de las aguas y la biodiversidad

existente en dichos cuerpos de agua y en las propias áreas ribereñas, de allí que

los criterios para el establecimiento de una faja marginal como herramienta de

protección, también contempla la necesidad de mantener la calidad de agua, la

biodiversidad y el balance entre materia y energía existente entre el medio

acuático y el terrestre.

Siendo el aprovechamiento de las aguas y los cauces, de necesidad vital para la

sociedad en conjunto, es inevitable la generación de impactos ambientales en

los cuerpos de agua, por lo que cabe adoptar criterios básicos que reduzcan el

riesgo de impactos negativos sobre los cuerpos de agua.

Criterios legales

Actualmente existen áreas colindante con los cauces ocupados por cuerpos de

agua, que cuentan con títulos reconocidos y registrados, siendo estas

propiedades individuales o comunales.

Sin embargo, la necesidad de establecer una faja marginal de ancho mínimo

para los fines que establece la ley de recursos hídricos, obliga a restringir el uso

de áreas donde se emplaza y/o emplazara la faja marginal, sin perjuicio del

derecho de propiedad, restricciones que se enmarcan en los siguientes criterios.

No se desarrollaran áreas agrícolas.

Se conservara el ecosistema natural existente.

Se permitirá el ejercicio de las funciones y/o asignados a la faja

marginal según lo establecido en el artículo 74 de la ley de recursos

hídricos.

33

En situaciones específicas no previstas, correspondientes al ANA, previa

opinión de la AAA y/o ALA, establecer el ancho de la faja marginal, tomando en

cuenta las funciones que la ley establece para ella.

La delimitación de las fajas marginales, serán ajustadas de acuerdo al sistema

de coordenadas UTM referidas al DATUM horizontal WGA 84.

2.3 OBRAS DE DEFENSA RIBEREÑAS

El encauzamiento es la imposición de estas variables. Si el encauzamiento es muy

estrecho se puede producir erosión (degradación del cauce). Por el contrario, si el ancho es

grande puede dar lugar a que el río divague (forme meandro) dentro del gran cauce que

tiene a su disposición y ataque durante una súbita crecida a los diques de encauzamiento.

En estos casos la corriente no es paralela a los diques, sino que forman un ángulo que, en el

caso extremo puede ser 90º.

El encauzamiento fluvial representa el proceso largo y paulatino, hecho por el

hombre para adecuar la naturaleza a sus necesidades. Un encausamiento se hace se hace

para proteger un área o simplemente para crear las condiciones favorables para una

estructura por ejemplo, una presa derivadora.

2.3.1 DISEÑO HIDRÁULICO DE CAUCES ESTABLES CON ARRASTRE

Cuando se estudia la estabilidad de un cauce es indispensable fijar un gasto que

represente el hidrograma anual. Este gasto asociado con la estabilidad del cauce se

denomina gasto formativo. Existen varios criterios para determinarlos entre ellos:

Gasto dominante, como el gasto que permanece constante a lo largo del año, se

debe aplicar tomando en cuenta los días en que la corriente es capaz de arrastrar

sedimento de fondo por lo que en ocasiones no se toma en cuenta la época de

estiaje. Lo anterior es correcto, y que si no hay arrastre, la corriente no está

trabajando para formar un cauce.

Para algunos autores el gasto formativo es el que tiene un periodo de retorno de 1.4

años. Si hay una estación de aforo cercana, se puede obtener analizando los gastos

máximos con los criterios de Nash o Gumbel.

Por último, algunos consideran el gasto formativo (en ríos de planicie), el gasto

máximo que es capaz de pasar por el cauce principal sin que se desborde hacia la

34

planicie. En la mayoría de los problemas estudiados este criterio a conducido a

resultados congruentes.

Para lograr que el tramo en estudio sea estable se utilizan diferentes métodos entre

ellos el de Altunin, Maza-Cruickshank y Blench. El primero se desarrolló para cauces

formados con material grueso como arena grava y boleo, el segundo únicamente se puede

aplicar a cauces arenosos y el tercero es de mayor utilidad para cauces con material

cohesivo.

2.3.2 MEDIDAS ESTRUCTURALES

Son aquellas medidas que controlan la erosión producto de la escorrentía

superficial. Consisten en estructuras diseñadas sobre la base de los principios de la

ingeniería. En el aspecto del diseño se toma en cuenta la hidrología e hidráulica fluvial.

En la hidrología, es necesario considerar los registros hidrológicos (descargas de

los ríos) y la frecuencia con las que estas se producen. Por lo general se recomienda 25

años de registro, anteriores al año de ejecución, para determinar el periodo de retorno y la

descarga máxima de diseño.

En hidráulica, se debe recabar datos en lo concerniente a pendiente, sección

estable, tirante, sedimentación, socavación, etc.; elementos básicos para realizar el diseño

de la estructura.

2.3.3 TIPOS DE OBRAS DE DEFENSA RIBEREÑA

a. Diques enrocados

Son aquellas estructuras que se construyen a base de material de rio dispuesto en

forma trapezoidal y revestido con roca pesada en su cara húmeda; puede ser continuo o

tramos priorizados donde se presenten flujos de agua que actúan con gran poder erosivo.

(Vásquez, 2000)

b. Gaviones

Son estructuras flexibles construidas por una pared de malla hexagonal tejida a

doble torsión. El alambre galvanizado tiene un recubrimiento plastificado que debe

garantizar una vida útil adecuada al alambre.

35

El llenado de las cajas del gavión se hace normalmente sobre la base de catos

rodados, que se encuentran en los cauces de los ríos. Estas estructuras son apropiadas en

zonas donde el rio presenta pendiente suave y media. (Vásquez, 2000).

La utilización de los diques longitudinales de gaviones tiene mejor

comportamiento tomando en cuenta las siguientes características.

- Es muy recomendable en tramos rectos y entramos tangente largos o también en

curvas amplias.

- Es indispensable para este caso la disponibilidad de mano de obra y el canto

rodado del lecho del rio.

- Es necesario evaluar el comportamiento la factibilidad con respecto a las obras de

enrocado y gaviones tratados anteriormente.

- Como alternativa cuando no se realizan trabajos de limpieza de cauce.

- En el caso de cauces con gran cantidad de arrastre o cantos rodados deberá

orientarse por el empleo de muros de gaviones con base antisocavante, cuyo

diseño se ubica como alternativa técnica.

- Son apropiados en zonas donde los ríos se presentan pendientes suaves y media.

Las ventajas de los diques gaviones son:

- Flexibilidad: El gavión una vez relleno con piedra sufre deformaciones, y aun así

continúa sin perder eficiencia en el caso de presentarse una falla en el suelo.

- Permeabilidad: El gavión relleno, no contiene aglutinantes ni cementantes, por lo

que quedan huecos o intersticios; disipa la energía del agua, disminuye los

empujes hidrostáticos y permite tener saneados los terrenos aledaños a las

estructuras.

- Resistencia: Proporciona dominio en todos los esfuerzos de comprensión, tensión

y torsión.

- Durabilidad: La materia prima del gavión, está provista de un recubrimiento que

logra retrasar los efectos del medio ambiente sobre el acero. Por su triple torsión

no se desarma en caso de ruptura accidental o intencional. Resiste la corrosión.

- Instalación fácil y económica: No requiere mano de obra especializada, uso de

herramienta básica.

36

2.3.4 LIMPIEZA DE CAUCE

Es un factor indispensable que acompaña a toda obra de protección, consiste en

realizar la limpieza y darle uniformidad al cauce del rio para lo cual utilizamos maquinaria

pesada, con la finalidad de recuperar la pendiente y obtener una sección estable en el tramo

crítico.

La profundidad de corte de la parte central es en promedio 1.5 metros con

respecto al nivel de las formaciones de la terraza última o nivel de terreno a proteger,

estableciendo un ancho mínimo estable de 30 metros, lo cual permite en la primeras

avenidas definir un cauce no erosivo.

37

III. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

3.1 GENERALIDADES

Actualmente los fenómenos naturales como las inundaciones se sitúan como la

segunda causa natural más destructiva después de los terremotos, puesto que las mismas

pueden llegar a convertirse en un momento determinado en catástrofes naturales de

extraordinaria magnitud. Las inundaciones fluviales, es uno de los eventos naturales que

más generan catástrofes humanas y que mayor número de víctimas producen en el mundo.

Según un estudio del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD, 2006).

Se ha calculado y señalado que en el siglo XX unas 3,2 millones de personas han muerto

por este motivo, lo que es más de la mitad de los fallecidos por otros desastres de origen

natural en el planeta en el mismo periodo. El agua es decisiva, si hay poca, la vida y la

tierra se mueren, si hay demasiada, los efectos originados por ellas es devastador.

El hombre desestabiliza el medio ambiente de muchas maneras y específicamente

en Latinoamérica, las actividades antrópicas (anexo II) han contribuido potencialmente al

crecimiento acelerado de centros poblados no controlados, donde la falta de tierras

cultivables, aunado a la escasez de viviendas asequibles, hacen posible que los efectos

demoledores originados por estos fenómenos naturales se conviertan en grandes catástrofes

humanas. Evidentemente, es la falta de conocimientos y sentido común de no tener en

cuenta el riesgo que se corre a la hora de escoger sitios para la construcción de viviendas.

No se puede hablar a la ligera de instauración de poblados, ya que el desarrollo de los

mismos es un proceso que debe ser planificado atendiendo a las condiciones de la

población y a las características físico-naturales del sector, tomando en cuenta una serie de

características propias del terreno a ocupar.

En el Perú, las características climáticas y geomorfológicas de las cuencas tienen

mucho que ver con la distribución espacial y temporal de los desbordes e inundaciones

fluviales. Como es de conocimiento este tipo de eventos ocurren en las partes bajas o

zonas de planicie de las cuencas (zona costera) y están relacionadas principalmente al

incremento de los caudales por efecto de las precipitaciones estacionales que ocurren en la

zona húmeda en las cuencas; y que en la mayoría de los casos estos eventos están

asociados a las condiciones de deterioro y degradación de sus sistemas de drenaje,

condición que hace imposible evacuar de manera adecuada cualquier caudal excedente

producido por la cuenca.

38

En muchos ríos costeros los problemas de degradación y deterioro se da por los

factores de tipo antrópicos como por ejemplo la creciente erosión del suelo tanto en la

parte media y alta de las cuencas que son atribuidas a las malas prácticas del uso del suelo,

la destrucción de las áreas forestales y arbustivas de las cuencas, la constante explosión

demográfica de las zonas costeras hacia las zonas de los ríos, el mal uso del suelo en zonas

marginales, las obras de encauzamiento de los ríos, todo esto a la falta de planificación y

previsión.

El 55% de registros de gran impacto está asociado a esta categoría de eventos, en

particular a inundaciones y huaycos, que concentran el mayor porcentaje de las viviendas

afectadas (81%) y hectáreas de cultivos y bosques afectadas (79%). En distribución

temporal se muestran picos en los años 1972, 1982-1983, 1994, 1996, 1998 y 2001,

coincidiendo tres de con el fenómeno del Niño. En 1994 y 2001 se presentaron

inundaciones con grandes impactos en distintas partes del territorio en especial en la región

del Altiplano.

Los huaycos con el 17% de los registros generaron el 61% de los muertos de los

cuales la mayor cantidad está asociada con el desbordamiento en 1971 de una quebrada en

el asiento minero de Yungar, localizada en el valle interandino de la provincia de Huaral.

Las inundaciones, por su parte, concentran la mayor cantidad de viviendas afectadas

(92%), viviendas destruidas (72%) y hectáreas de cultivos y bosques afectadas (76%). De

estas, se destacan por la magnitud de las pérdidas, las inundaciones ocurridas en Ica en

1972 y 1998 y Datem del Marañón (Loreto) en 1993. También, se pueden destacar algunos

departamentos con mayor recurrencia en la afectación como Loreto y Ucayali de la región

Amazónica, así como Tumbes, Lambayeque, Piura y Ancash (en particular Chimbote),

localizados en la región costera, por eventos asociados principalmente con los episodios

del El Niño en 1972, 1983 y 1997-1998.

El impacto negativo de este tipo de eventos en la economía del país, suelen se

significativos, dado que los daños ocasionados constituyen un porcentaje importante del

PBI del país, y los tiempos de recuperación de los mismos también suelen se mucho

mayores. Según la Organización Panamericana de la Salud (OPS), en las inundaciones del

Fenómeno del Niño de 1997, se estima que en la zona norte se registraron 831 915

damnificados y en la zona sur 435 815, haciendo un total de 1 267 730 personas afectadas

de ellas, 587 120 quedaron sin vivienda.

Las pérdidas causadas por ENOS se estimaron en $1.000 millones, de los cuales

800 corresponden al Norte, como consecuencia de las lluvias excesivas y 200 millones a la

Sierra Sur, por efectos de la sequía (INEI 2007).

39

El impacto económico de este desastre se reflejó en la disminución significativa

del producto bruto interno (PBI) del Perú, que descendió hasta en un 12% y que,

relacionado con el incremento de la población, originó una notable caída del PBI per cápita

del 14.3 %. Esto significó un franco retroceso para las expectativas de desarrollo del país

(Contreras, 2008).

En este trabajo de tesis, es importante mencionar la problemática que ocasionan las

inundaciones en el rio Chancay-Huaral, como el estado actual del sistema fluvial, así como

las principales causas naturales y antrópicas que con el paso de los años haya alterado el

cauce de la faja marginal, el comportamiento de los caudales extraordinarios y su relación

con los eventos del fenómeno de El Niño.

Aspectos que considero importantes ya que al hacer el modelamiento respectivo los

resultados obtenidos dependerán mucho de los antecedentes ya mencionados y que

influirán en el trabajo respectivo.

3.2 DESCRIPCIÓN DEL RÍO CHANCAY-HUARAL

El río Chancay Huaral, es un río de curso aluvial cuyo lecho está constituido por

material granular prácticamente suelto. Este rio al igual que la mayoría de los ríos costeros

del país, presenta un régimen de descargar irregulares, dominado principalmente por la

precipitaciones estacionales que ocurren en la cuenca húmeda, concentrando las máximas

descargas durante los meses de enero a abril, periodo durante el cual se estima que discurre

aproximadamente el 79% del volumen anual de agua que se produce en la cuenca húmeda;

y las mínimas durante los meses de mayo a diciembre periodo durante el cual discurre el

21% del volumen restante).

El rio Chancay-Huaral, fisiográficamente presenta un relieve geográfico

accidentado con fuertes pendientes en la parte alta, poco pronunciada en la parte media y

casi plana en la parte de la cuenca que corresponde a su tramo en la franja costera. Desde

el punto de vista hidrológico, la parte media y alta de su cuenca denominada como cuenca

húmeda produce la totalidad del agua que discurre por la cuenca baja.

El curso del agua en la cuenca alta, se caracteriza por ser un cauce más estrecho en

todo su recorrido, el caudal se incrementa a medida que va descendiendo, la pendiente es la

mayor, por lo que, en general las aguas discurren con mucha rapidez y se puede observar

pequeñas caídas de agua. También, es característico que en dichas zonas predominen los

40

procesos de erosión y transporte sobre la sedimentación, observándole grandes rocas en el

medio del cauce y mucha de las cuales con aristas muy vivas.

El curso de agua en la cuenca medio, se caracteriza porque el cauce se ensancha

notablemente y el caudal se incremente paulatinamente. Es la parte más larga del curso del

rio. La pendiente se reduce progresivamente, observándose una sucesión de rápidas y

aguas tranquilas. También se observa cascadas, pero estas rupturas de pendiente responden

más a las características del relieve que a las del rio. Predominan los procesos de

transporte, especialmente durante las crecidas o avenidas. La erosión y la acumulación que

ocurren esta supeditadas a los procesos de transporte. En su lecho se puede mostrar rocas

desde medianas a muy pequeñas, arenas y limos. Las rocas presentan formas redondeadas,

aunque la disimetría entre el eje mayor y el menor puede ser muy grande.

El curso de agua en la cuenca baja, se caracteriza porque el cauce alcanza la

máxima anchura y el caudal sus mayores valores, la pendiente es la más baja del rio. En

este último tramo del río durante las épocas de crecidas predominan los procesos de

erosión lateral, así como, los procesos de acumulación sobre los de transporte. No obstante,

estos procesos se concentran, mayoritariamente, en movilizar y desplazar partes del

material ya depositado. Predominan los lechos de tipo aluvial recubiertos de arenas,

gravas, gravillas y con piedras muy redondeadas con diámetros inferiores a 70 cm.

Adicionalmente, se ha observado que su curso de agua en la cuenca baja que

corresponde a la zona costera, presenta problemas de inestabilidad por influencia de

factores antrópicos (anexo 2) , que traen consigo procesos de erosión muy intensos que

generan cambios en la configuración del fondo, deposición de sedimentos y cambios en la

dirección de los cursos de agua con la formación de pequeños brazos; que pueden llegar a

producir modificaciones importantes en el régimen de flujo durante los periodos críticos de

crecientes.

Por lo tanto, se puede prescindir que la forma que adopta el rio Chancay-Huaral a

lo largo de su recorrido, está principalmente relacionada con los fenómenos hidro-

meteorológicos, geomorfológicos y los procesos antrópicos, es decir, la pendiente que su

curso adopta en cado de los relieves por donde atraviesan, la dinámica de las aguas que

discurren por su cauce, los procesos de meteorización, transporte y acumulación de

sedimentos que ocurre a lo largo de su recorrido y la influencia de los proceso antrópicos

que ha influido en su estabilidad del cauce es particular en su tramo costero. (DGAS-

INRENA, 2001).

41

3.2.1 DESCRIPCIÓN DE LA FAJA MARGINAL DEL RÍO CHANCAY-

HUARAL

La faja marginal del río Chancay Huaral posee uno de los tramos más críticos, su

cauce se caracteriza por presentar un lecho constituido íntegramente por material aluvial,

por el cual discurre la totalidad de las crecidas durante los periodos húmedos, la pendiente

que presenta es igual a 0.015, predomina los procesos de sedimentación que origina

cambios de dirección de flujo, y como resultado de los procesos de erosión, transporte y

deposición del material erosionado y transportado, ocurre en lugares muy próximos lugar

de origen de la erosión, pudiendo provocar tanto o más daño que la erosión misma.

El fenómeno principal que se presenta en estos tramos es la degradación del cauce

ocasionada por los procesos de degaste, transporte y deposición de las partículas del

suelo que ocurre de forma naturalmente, pero en este tramo es magnificado por las

acciones antrópicas.

En la faja del rio Chancay-Huaral presenta alta vulnerabilidad y degradación debido

alto grado de alteración por parte de la intervención humana (anexo 2) debido

principalmente a la destrucción de la vegetación de la superficie en las zonas ribereñas y

ocupación de dichos suelos para uso agrícola, el cual ha intensificado los procesos

erosivos. Se ha observado que en dicho tramo predomina la erosión lateral sobre la erosión

de fondo y la acumulación sobre los sedimentos de transporte, que dicho sea de paso no

están del todo ausentes. Además el material que se deposita el fondo del cauce y disminuye

su capacidad a cauce lleno, dando lugar a cambios en la dirección del flujo, configuración

del fondo y la formación de nuevos cauces.

La erosión del fondo también es otro problema existente, ya que está relacionado al

uso excesivo de maquinaria pesada en los trabajos de encauzamiento o rectificación del

curso del rio y la extracción de materiales para la construcción de obras civiles, por lo

general este tipo de acciones antrópicas, alteran la estructura del cauce, provocando

procesos erosivos en el lecho del rio seguido por procesos de deposición de sedimentos,

dando lugar a cambios en la dirección del flujo y la formación de nuevos cauces.

Por otra parte la construcción de canalizaciones de los ríos o su rectificación,

tienden a disminuir su sinuosidad natural y crean problemas de erosión de fondo que se

transmitan hacia sus orillas. Esto provoca la inestabilidad de márgenes y el progresivo

42

ensanchamiento del cauce, en estos casos, el nuevo aporte local de sedimentos supera la

capacidad de transporte de los caudales, provocando la deposición de los mismos en

secciones más o menos próximas de su lugar de procedencia, con los consecuentes

embanques, cambio de dirección de la corriente hacia las márgenes y nuevos procesos de

erosión lateral.

En general, las causas de la degradación del río Chancay-Huaral en su tramo

costero y en especial en el tramo de evaluación, se deben a la destrucción y uso inadecuado

de los suelos de las zonas ribereñas o zonas de protección natural, al uso del cauce como

depósitos de residuos sólidos urbanos y los trabajos de encauzamiento o ratificación

utilizando maquinaria pesada, entre otros aspectos, las cuales han originado procesos

erosivos laterales y de fondo y consecuentemente inestabilidad en el sistema de

evacuación, no solamente a las crecidas extraordinarias, sino también a las crecidas

ordinarias que suelen presentarse periódicamente dada cuenta que existen sectores donde

es imposible evacuar crecidas importantes.

Esta situación de inestabilidad da por manifiesto la incapacidad del cauce para drenar

rápidamente cualquier incremento de nivel de agua que pueda producirse, y al mismo

tiempo manifiesta la necesidad de implementar programas o proyectos de restauración, que

le permita al rio recuperar paulatinamente su estabilidad y de esta manera minimizar o

neutralizar los efectos de los desbordes e inundaciones que año tras año genera pérdidas

económicas y de vidas humanas (Contreras, 2008).

3.3 DESCARGAS DEL RÍO CHANCAY HUARAL.

3.3.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS DESCARGAS DE LA FAJA MARGINAL

DEL RÍO CHANCAY HUARAL

Los cursos de agua que desembocan en el Océano Pacifico, tienen dos

características: Nacen a grandes altitudes entre 2000 y 6000 m.s.n.m. y cuentan con un

recorrido extremadamente corto con un promedio de 100 a 200 km. hasta su

desembocadura. Estas características se traducen en una fuerte inclinación o pendiente del

terreno lo que los hace torrentosos y no navegables. También son muy irregulares en su

43

caudal con crecidas significativas durante los periodos lluviosos que coincide con los

meses de verano, y llegan a disminuir notablemente su caudal en los meses de estiaje.

El río Chancay Huaral, al igual que los otros ríos que desembocan en el Océano

Pacifico, se caracteriza por ser un rio de régimen irregular y carácter torrentoso, dominado

principalmente por la precipitación estacional que ocurre en la cuenca húmeda,

concentrando sus mayores descargas entre los meses de Diciembre a Marzo y abril,

periodo durante el cual se estima que discurre aproximadamente más del 80% del volumen

anual de agua que produce en la cuenca del referido río.

La dinámica del río Chancay-Huaral, en el tramo de estudio, es el resultado de las

condiciones topográficas, hidráulicas, climáticas, geológicas y geomorfológicas y

geomorfológicas imperantes. Dinámica que también está influenciada por fenómenos

localizados de socavación y erosión que ocurren con mucha intensidad en el referido cauce

aluvial, debido a las condiciones de degradación y precariedad del lecho y sus márgenes,

que hace que dicho tramo sea vulnerable a frecuentes desbordes del río.

3.3.2 MAGNITUD Y RECURRENCIA DE LAS CRECIDAS DEL RÍO

CHANCAY HUARAL

De los registros históricos de caudales del río Chancay-Huaral (anexo 3) ,

registrados en la estación hidrométrica de Santo Domingo desde el año 2002 hasta el año

2010, se puede deducir que las mayores crecidas de los caudales ocurrieron en los meses

de marzo, asimismo, se deduce que durante los años de 1967 y 1972, se registraron dos

crecidas extraordinarias de mayor magnitud, cuyos caudales alcanzaron los valores de 460

m³/s y 480 m³/s, superiores a las crecidas de 120 m³/s y 101.89 m³/s ocurridos durante los

eventos del Fenómeno El Niño del 82/83 y 97/98 respectivamente.

También de la serie histórica de caudales, se deduce que se registraron 12 crecidas

extraordinarias entre caudales de 480 m³/s y 150 m³/s, 24 crecidas extraordinarias entre

caudales de 150 m³/s y 100 m³/s , 28 crecidas ordinarias entre caudales de 100 m³/s y 50

m³/s y 11 crecidas ordinarias entre caudales de 50 m³/s y 22.10 m³/s, años entre 1922 y

2010 se registraron 12 eventos extraordinarios del Fenómeno El Niño los mismos han

ocurrido durante los periodos 23/24, 29/30, 40/41, 41/42, 51/52, 53/54, 62/63, 64/65,

73/74, 82/83, 86/87, y 97/98, solamente coincidiendo con la ocurrencia de dichos eventos

las crecidas extraordinarias del río Chancay-Huaral ocurridos durante los periodos 40/41,

64/65 y 82/83.

44

De acuerdo a las evaluaciones realizadas por diferentes instituciones nacionales e

internacionales, en el Perú el Fenómeno El Niño de 97/98 alcanzó una gran intensidad

comparable a la alcanzada por el mismo fenómeno del 82/83, sin embargo, la ocurrencia de

los eventos extraordinarios, no guarda relación directa con las crecidas extraordinarias del

río Chancay-Huaral, comportamiento relativamente contrario a los eventos extraordinarios

de los ríos de la costa norte que sí guardan una relación directa con la ocurrencia con

dichos eventos.

3.4 FACTORES QUE OCASIONAN LOS DESBORDES EN LA FAJA DEL

RÍO CHANCAY HUARAL.

Los factores que condicionan los desbordes e inundaciones en la Faja del Río

Chancay-Huaral, se dan debido a la presencia de precipitaciones estacionales que ocurren

en su cuenca húmeda, así como influenciados por otros factores naturales y antrópicos que

tiene lugar a lo largo del recorrido.

3.4.1 FACTORES NATURALES

Entre los factores naturales que condicionan los desbordes del río Chancay-

Huaral, se encuentran la distribución espacial e intensidad de las precipitaciones, la

fragilidad de los suelos y la geografía accidentada de su superficie de la zona húmeda de la

cuenca, las características propias de las áreas y de los sistemas de drenaje del río, las

formas y longitudes de los cauces, la pendiente del terreno, la cobertura vegetal y de otras

rutas del flujo.

Las lluvias extraordinarias que se producen en la cuenca húmeda del río Chancay-

Huaral, provocan caudales extremos habitualmente denominados crecidas o avenidas que

al desbordar su cauce habitual provocan inundación en zonas donde hay actividad humana

como la parte del valle, convirtiéndose en un problema con amplias repercusiones

socioeconómicas.

La presencia del fenómeno El Niño, es otro de los factores naturales del tipo

extraordinario, que influye directamente en el incremento súbito de los caudales del río y la

activación de muchos de sus afluentes con magnitudes y consecuencias desastrosas y que

ocasionan cuantiosas pérdidas económicas al país, se tiene registrado que desde diciembre

45

de 1982 hasta junio de 1983 en la costa norte del país llovió intensamente y esto

incrementó el caudal de los principales ríos de la costa causando desbordes así como la

reactivación y formación de muchas quebradas.

3.4.2 FACTORES ANTRÓPICOS

Los efectos antrópicos en la cuenca constituyen un factor de intensificación de las

crecidas e inestabilidad del cauce.

La deforestación, sobrepastoreo y uso de suelos no aptos para la agricultura han

originado pérdidas de la cubierta vegetal en la cabecera de la cuenca baja y cuenca media,

acciones que condicionan un incremento de la escorrentía superficial, dado que estas

cubiertas tenían el efecto de atenuar las crecidas pequeñas y mediana y a su vez eran

extremadamente beneficioso en la reducción del caudal.

En las zonas de inundación, las alteraciones del ambiente por acciones humanas

también han comprometido los patrones normales de drenaje y por consiguiente,

predisponer algunas áreas a las inundaciones. Las acciones antrópicas (anexo 2) que

influyen en los desbordes de río y consiguiente inundaciones de áreas de cultivo son: la

destrucción de la flora arbustiva y leñosa de las riveras y la ocupación forzosa de las zonas

de protección natural para usos agrícolas en su tramo costero, la precaria construcción de

los sistemas de protección de las zonas ribereñas, el uso del cauce como depósitos de

desmonte y basuras de los centros poblados adyacentes, entre otros factores.

En el tramo seleccionado, como consecuencia de las actividades antrópicas, los

procesos de erosión se han intensificado y activan de acuerdo con las magnitudes de las

velocidades del agua que se producen durante los periodos de estiaje y descargas medias

predominan los fenómenos de depósito porque las velocidades son relativamente bajas y

la capacidad de transporte de sedimentos es reducida cuando llegan las crecidas aumentan

las velocidades del flujo y por tanto se incrementan los procesos erosivos y los ataques

contras las márgenes.

3.5 CAUSAS Y CONSECUENCIAS

3.5.1 CAUSAS

46

Las inundaciones en la Faja del rio Chancay-Huaral, son producidas por el

incremento súbito de los caudales a causa de las intensas precipitaciones que ocurren en las

zonas húmedas de las cuencas durante las temporadas de lluvia, cuya magnitud está

asociada a las siguientes causas:

- Degradación y erosión del lecho natural del cauce.

- Erosión y alteración del cauce natural.

- Destrucción de las áreas de protección natural.

- Canalización de ríos.

- Acumulación de residuos en los cursos de agua.

- Falta de infraestructura de regulación.

- Falta de planificación para un manejo adecuado de la cuenca en estudio.

3.5.2 CONSECUENCIAS DE LOS DESBORDES E INUNDACIONES DEL RIO

CHANCAY-HUARAL

a. Consecuencias económicas

Perdidas de áreas de cultivo, destrucción de infraestructuras y superficie agrícola,

perdidas de viviendas, disminución del turismo, etc.

b. Consecuencias sociales

Pérdidas humanas, ocupación de espacios en donde el río ocupa en caso ocurra

una crecida extraordinaria, proliferación de focos infecciosos, creación de espacios

improvisados para refugio de gente, etc.

c. Consecuencias ecológicas

Aumento de la erosión, degradación del suelo, desaparición in situ de especies

endémicas, alteración de la cobertura vegetal, contaminación de los cuerpos de agua, etc.

47

3.6 OBRAS EJECUTADAS EN LA FAJA MARGINAL DEL RIO CHANCAY

HUARAL.

De acuerdo con trabajos anteriores de campo y revisión de la documentación

existente se deduce que casi la totalidad de las obras de encauzamiento y defensas

ribereñas del río Chancay-Huaral, ejecutadas en las últimas dos o tres décadas se localizan

dentro del tramo que cruza la faja costera, algunas de estas son las siguientes.

3.6.1 ESTRUCTURAS DE ENROCADOS

Este tipo de obra de protección se utiliza en la mayoría de los casos, para prevenir

y controlar la erosión de las márgenes de los cauces fluviales y protección de la

infraestructura rural urbana. Entre la infraestructura de enrocados identificadas en el tramo

costero mencionamos algunas (Vásquez, 2000):

- La estructura de 800 metros ubicado en Palpa.

- La estructura de 15 metros de longitud ubicada a la altura del desfogue del Canal

Esperanza.

- La estructura de 300 metros ubicada agua debajo de la bocatoma de captación del

canal Chancay en la margen derecha del río Chancay-Huaral.

Asimismo el Ministerio de Agricultura a través del programa de Encauzamiento

de Ríos y Protección de Estructuras de Captación (PERPEC), entre los años 1999 hasta el

año 2008, se ejecutaron las siguientes obras.

- Se construyó 300 metros Pasamano, en Huayan, 300 en el sector de Palpa, 100

metros en sector Chancay Alto y 200 metros en el sector de Caqui.

- Se construyó 370 metros en el sector de Cuyo-Locumba, 110 metros en el sector

Santo Domingo, 550 metros en el sector San José.

- Se construyó 260 metros en el sector de Caqui, 50 metros en Chancay Alto y 60

metros en el sector de Huando.

- Se construyeron 1200 metros de enrocados en los sectores la Salina y Monte

Chico.

- 1200 metros de estructuras en los sectores La Salina y Monte Chico.

48

3.6.2 MUROS DE DEFENSA DE CONCRETO

Los muros longitudinales de concreto, han sido construidos para evitar por

completo el corrimiento lateral de las márgenes tanto en tramos rectos como en tramos

rectos como en tramos curvos más forzados o se fijan completamente en las márgenes.

Entre las estructuras longitudinales tenemos las siguientes.

- 2000 metros, donde se inicia aguas abajo del puente Palpa hasta la bocatoma de

captación del canal Chancay-Huaral.

- El muro de 800 metros aguas debajo de la bocatoma del río Chancay-Huaral.

- El muro de 1000 metros localizada en el puente Chancay-Huaral.

3.6.3 ESTRUCTURAS LONGITUDINALES DE GAVIONES

Son obras construidas para evitar la erosión de las riveras, existen en diferentes

tramos del río Chancay-Huaral, muchas de estas obras de defensa ribereña se localizan en

lugares muy próximos a las estructuras hidráulicas. Las observadas son bastantes antiguas

y muchas de las cuales han sido destruidas por personas dedicadas a la comercialización

del material de construcción (Vásquez, 2000).

3.6.4 ESTRUCTURAS LONGITUDINALES DE ESPIGONES

Son obras transversales que avanzan desde la orilla existente hasta la nueva línea

de orilla, construidas para deducir la anchura excesiva del lecho, provocando la

sedimentación de las zonas limitadas por ellos. Sirven para alejar las líneas de corriente de

la orilla, provocando la sedimentación de la zona limitada por ellos (Vásquez, 2000).

En el río Chancay-Huaral, son muy escasas las estructuras longitudinales de

espigones y las ejecutadas se encuentran protegiendo muros longitudinales de concreto y

estructuras hidráulicas.

3.6.5 ENCAUZAMIENTO O RECTIFICACIONES DEL CURSO DE AGUA DEL

RÍO

49

Tienen por finalidad direccional las líneas del flujo hacia el eje del río zonas

menos riesgosas. Los trabajos de encauzamiento o rectificación de los cursos de agua del

río Chancay-Huaral, se realizan en forma anual, generalmente algunos meses antes o

durante las crecidas del río, ya sea por la Junta de Usuarios del Valle Chancay-Huaral y/o

Ministerio de Agricultura.

Los trabajos de encauzamiento o descolmatación del cauce del río Chancay

Huaral, lejos de estabilizar y minimizar los riesgos de desbordes e inundaciones,

contrariamente ha desestabilizado su sistema de evacuación e incrementado su

vulnerabilidad como resultado de los procesos activos de erosión y socavación originados

generalmente por la destrucción de la coraza natural del cauce a través del uso de

maquinaria pesada.

3.7 ESTADO SITUACIONAL DEL CAUCE Y LAS DEFENSAS RIBEREÑAS

CONSTRUIDAS EN LA FAJA DEL RÍO CHANCAY HUARAL.

La improvisación de las obras de encauzamiento resulta costosa, inservible y hasta

peligrosa. Se ha podido observar que la ejecución de las obras empieza a días que

comiencen las inundaciones.

El desarrollo situacional del sistema de evacuación del río, están directamente

ligados por factores naturales y antrópicos ocurridos a lo largo de su desarrollo. El primero

está relacionado con las características pluviométricas, la recurrencia de eventos

extraordinarios, la geomorfología de la cuenca, el material aluvial sobre el cual recorre, la

dinámica de los cauces, entre otros aspectos. El segundo está relacionado con la

intervención del hombre principalmente debido a la deforestación, sobre pastoreo y las

malas prácticas de la tierra en la parte alta y media de la cuenca, así como la destrucción de

la vegetación de las márgenes, la ocupación de las áreas marginales, la extracción de

materiales de forma indiscriminada, depósito de materiales sólidos y trabajos de limpieza

mal concebidos.

3.7.1 ESTADO ACTUAL DEL CAUCE

De acuerdo a las evaluaciones realizadas en la faja del río Chancay-Huaral,

poseen tramos muy críticos, que debido a las bajas pendientes y los procesos muy intensos

50

donde predomina la erosión lateral sobre la erosión de fondo y la acumulación sobre los

materiales de transporte, generando sedimentos o deposición de los mismos en secciones

más o menos próximas, ocasionando que el cauce del río sea alterado su curso y luego

provoque un desborde.

Figura 1 Estado actual del cauce debido a la presencia de maquinaria que removiómaterial para aplanar el cauce.

En la foto 1 (Puente Palpa – Huaral), se puede apreciar que por efecto de la

intervención humana, que a través del uso de máquinas para supuestamente facilitar el

cauce en su tránsito normal, han alterado este mismo provocando que algunas zonas

marginales se vean afectadas debido a las inundaciones que estás ocurren en forma

estacional.

3.7.2 ESTADO SITUACIONAL DE LAS ZONAS MARGINALES

La erosión en los ríos aluviales, es una cadena de procesos que involucra la acción

combinada de desgaste cíclico, erosión fluvial del lecho en proximidades en la margen,

erosión fluvial en la margen y colapso por la inestabilidad geotécnica relacionada a las

actividades antrópicas. Estas zonas de protección natural han, sido sometidas a continuas

modificaciones y como resultado de la deforestación y posterior ocupación de dichos

50










estacional.







50










estacional.







51

suelos por pequeños agricultores y personas dedicadas a la comercialización de materiales

de construcción y quienes no solamente se apoderaron de estas áreas, sino que modificaron

de manera negativa las condiciones de equilibrio natural que había alcanzado durante

cientos o miles de años. Con este resultado se ha observado a lo largo de la faja marginal,

zonas muy degradadas y erosionadas, y por ende cauces con secciones transversales muy

anchas.

Debido a estos cambios, se da origen a los cambios de dirección de las corrientes

del agua, condición que le convierte en inestables y muy vulnerables a las crecidas, no

solamente extraordinarias sino también a las ordinarias. Normalmente las márgenes son las

que sufren en forma directa los procesos de erosión lateral de los ríos, dejando expuestos

los sedimentos que las conforman. En este caso se observan importantes procesos de

erosión lateral en ambas márgenes. Entonces la conclusión que tenemos es que la

deforestación y luego la ocupación de la zonas marginales han dado lugar, de cómo ha

afectado de manera negativa la estabilidad del cauce del rio Chancay-Huaral, y dando

como consecuencia los desbordes que cada temporada de crecida ocurren cada año.

3.7.3 SITUACIÓN ACTUAL DE LAS OBRAS DE DEFENSAS RIBEREÑAS

La situación actual de las obras de la faja del rio Chancay-Huaral, puede ser

descrita como critica, debido a que parte de estas estructuras se encuentra desprotegidas y

por otra parte, la infraestructura existente se encuentra colapsada como resultado de las

crecidas que ocurren de forma estacional, añadiendo los procesos de erosión y transporte

de sedimentos.

Los procesos erosivos y transporte de sedimentos, se hacen más intensos debido a

la canalización de los ríos que tiene como único fin en direccionar las líneas de corriente y

disminuir su sinuosidad natural, originando problemas de erosión de fondo que se

transmiten en sus orillas, provocando la deposición de sedimentos próximas a las orillas

muy cercanas al lugar de donde procedieron.

Otra causa del deterioro de las defensas ribereñas, es el tipo de estructuras

seleccionadas y los criterios no adecuados al ser seleccionadas, algunas de estas estructuras

son rígidas y han colapsado debido a la erosión de pie, para que una estructura de defensa

52

ribereña sea estable se debe contar la selección del tipo de estructura y una política de

mantenimiento en el transcurso del tiempo.

Asimismo se debe contar de un estudio de factibilidad económica, de manera que

pueda cuantificar los daños versus los costos de estructura, evitando un

sobredimensionamiento de estas y evitar pérdidas innecesarias.

3.7.4 NECESIDAD DE MODELAR GEO-ESPACIALMENTE PARA EL

DISEÑO DE DEFENSAS RIBEREÑAS

La necesidad de plantear un plan de construcción de defensas ribereñas, se

requiere de modelos matemáticos capaces de simular las inundaciones en caso de eventos

extremos como las inundaciones y sin necesidad de tomar largos periodos de tiempo, para

saber los daños ocasionados en cuestión de segundos y a través de mapas de inundación,

ubicar las zonas vulnerables a inundación aledañas a la faja marginal del rio Chancay-

Huaral, para luego crear un plan de construcción de defensas ribereñas, considerando los

aspectos geomorfológicos, hidrológicos, hidráulicos, geológicos, etc. La inadecuada

estrategia de planes de control puede incidir en una alta probabilidad de recurrencia de

inundaciones que en suma arrojan perdidas acumulativas y superiores al impacto del

Fenómeno del Niño, para ello se requieren de las siguientes medidas.

- Ubicar a través del SIG, las zonas vulnerables a las inundaciones en la faja

marginal del rio Chancay-Huaral.

- Simular los niveles de agua en caso de crecidas extremas del rio Chancay-Huaral.

- Proteger las márgenes del rio, evitando así la destrucción de las áreas aledañas del

cauce.

- Proteger las áreas agrícolas, de infraestructura rural y urbana de las inundaciones.

- Recuperar las tierras agrícolas degradadas con fines de reforestación y protección.

- Fijar un cauce estable, para que en un futuro discurra por un cauce estable.

Para conocer el estado situacional del rio, fue necesario hacer un reconocimiento

in-situ y obtener un modelo topográfico confiable, para luego procesarlo en el SIG, poseer

un registro histórico de caudales del rio para determinar los hidrogramas asociados a

distintos periodos de retorno simulando tanto en los cauces como en las zonas donde haya

inundación, así como los niveles de agua en cada sitio de interés del nivel de agua.

53

IV. ANÁLISIS HIDROLÓGICO

4.1 GENERALIDADES

Los fines de planeación y el manejo de los recursos hídricos pueden clasificarse

en dos categorías. Una es el control del agua, tal como el drenaje, el control de crecientes,

la disminución de contaminación, el control de sedimentos, sin embargo es importante

conocer el comportamiento y la magnitud del evento o nivel máximo en este caso de

inundaciones y también la frecuencia con que se puede esperar la frecuencia de dicho

evento en el futuro.

A pesar de los esfuerzos de mitigar los daños ocasionados por las inundaciones, los

problemas son frecuentes que se tienen para conocer la magnitud del evento o nivel

máximo del curso fluvial del rio, debido a la escasa o casi nula información de caudales o

de lluvia de la zona, lo cual ha llevado a métodos empíricos que nos den un aproximado de

cómo se comporta el nivel de agua del rio, lo cual ha dado resultados no muy convincentes.

(Chow, 1994).

Asimismo para determinar el nivel de agua en el rio, ha sido un motivo de

controversia, debido a los métodos empleados para analizar y determinar la magnitud de

las crecidas, lo cual son necesarias para crear una proyección a futuro, aplicando teoría de

probabilidades con cierto grado de incertidumbre. Estos métodos se basan en el estudio de

los registros históricos de caudales máximos para estimar las probabilidades futuras de

ocurrencia de las crecidas.

Se sabe muy bien que no se tiene registros tan largos y es necesario adoptar una

función de frecuencia teórica a la muestra con el fin de efectuar extrapolación hasta

conseguir el nivel deseado.

El periodo de retorno del evento hidrológico y correspondiente riesgo de fracaso

de las estructuras hidráulicas generalmente está asociado durante el proceso de estudio y

diseño del proyecto. Para eventos hidrológicos pequeños como inundaciones anuales

independientes, el periodo de retorno y el riesgo de fracaso se pueden calcular

prontamente, pero ningún modelo aplicable están disponibles para la estimación de

54

periodos de retorno, riesgos de fracaso y la certeza del servicio en casos de eventos

hidrológicos más complejos tales como las avenidas y sequias anuales dependientes.

El análisis hidrológico, desde un punto de vista probabilístico, determina la

magnitud y frecuencia de ocurrencia de las variables hidrológicas, la magnitud y riesgo

hidrológico asignado para una crecida de diseño, el periodo de retorno del evento

hidrológico entre otros aspectos; consecuentemente su conocimiento es necesario para

dimensionar las diversas obras de ingeniería estructural y no estructural. (Delgado, 1992).

En el caso del rio Chancay Huaral, los registros históricos de caudales registrados

en la entrada del valle, posee un periodo muy amplio, ya se puede contar con la

información histórica de descargas medias diarias registradas en el periodo 1922-2010.

4.2 METODOLOGÍA Y MATERIALES

4.2.1 MATERIALES PARA EL ANÁLISIS HIDROLÓGICO

- Software Excel 2007.

- Data de caudales medios diarios de la estación hidrométrica de Santo Domingo.

- Computadora.

- Tablas de Smirrnov Kolmogorov.

4.2.2 METODOLOGÍA

De forma resumida se exponen a continuación los aspectos relacionados con la

metodología empleada en esta investigación; cuya finalidad fundamental, fue alcanzar los

objetivos propuestos en el proyecto.

a. Obtención de la data hidrológica

La estación hidrométrica de Santo Domingo que está ubicada en la cabecera del

valle en las coordenadas geográficas 77º03’ Oeste y 11º23’ latitud sur a una altitud de 697

msnm (anexo 1) , es la fuente de información hidrométrica disponible, cuyos datos se

toma mediciones en los horarios 7.00, 14.00 y 19.00 horas, que viene operada por un

personal de la Junta de Usuarios del Valle Chancay-Huaral, para lo cual se hace uso de un

correntómetro universal modelo C-31 marca A.OTT y una regla limnimétricas, los datos

recolectados tienen desde inicio en el año 1922, por lo cual es información suficiente para

55

poder determinar los caudales de máximas avenidas con sus respectivos periodos de

retorno. Los datos de la estación se encuentran conforme están en sus años respectivos y

ordenados de mayor a menor. Los datos de caudales se encuentran ubicados en el anexo 3.

b. Procesamiento de los datos hidrológicos obtenidos

Con ayuda de la información hidrológica obtenida, se procede a ordenar de mayor

a menor los valores de los caudales máximos diarios, debido a que se requerirá los datos de

frecuencia empírica, que simplemente nos servirá para determinar con qué frecuencia se va

a presentar un caudal de cierta magnitud para lo cual nos permitirá la ocurrencia en un

periodo de tiempo mucho más largo, los datos a la vez de ordenados fueron procesados en

forma logarítmica en caso se necesiten, véase anexo 4.

Después de ser ordenados, los datos de caudales serán procesados para determinar

los caudales de máximas avenidas utilizando las funciones de distribución probabilística,

las cuales fueron seleccionadas de acuerdo que tienen mayor uso y confiabilidad en la

estadística hidrológica, estas son:

- Método log-Normal.

- Método log-Pearson tipo 3.

- Método Gumbel.

Previamente a la aplicación de estas funciones, se requiere los estadísticos tal

como la media aritmética, la desviación estándar y el coeficiente de asimetría de Pearson,

cuyos valores se requerirán para determinar el caudal de tiempo de retorno que abarca

desde los 5 hasta los 1000 años (Anexo 5).

c. Pruebas de bondad de ajuste

Luego de calcular los caudales de periodo de retorno gracias a la ayuda de los

datos hidrométricos de la estación de Santo Domingo, se procedió a elegir la función

probabilística más confiable, para ello se requirió la prueba de bondad de ajuste de

Smirnov – Kolmogorov (anexo 6, 7 y 8), que permitirá observar a través de la frecuencia,

la distribución normal estándar, y el periodo de retorno, nos permitirá encontrar la

concordancia entre una distribución de conjunto de datos junto con una distribución

teórica, cuyo valor D tiene que ser menor al valor Do, demostrando así que es confiable,

56

las función probabilística cuto valor D sea el menor de las demás, será la que se usará la

simulación hidráulica en el Rio Chancay-Huaral.

4.3 MEDICIÓN DE LAS DESCARGAS DE LA FAJA DEL RIO CHANCAY-

HUARAL

Los caudales del rio Chancay-Huaral son registrados en la estación hidrométrica

de Santo Domingo. Corresponden a caudales nativos de la cuenca, sumados por aportes y

regulados de lagunas del sistema de cabecera y trasvases desde el sistema Puajanca. Por

esta razón, se denominan “Aportes Totales”.

Los caudales medios en la sección de aforo de Santo Domingo han sido

registrados desde 1922. La estación Santo Domingo constituya una estación de aforo

“Hidrométrica Convencional” donde el caudal se determina indirectamente de la curva de

aforo de la sección, previamente establecida y por el nivel del agua registrado en una regla

graduada, como registro puntual y en un limnigrafo como registro continuo. Esta sección

se calibra con determinada periodicidad, con el objeto de construir la curva de aforo, desde

que la configuración del cauce cambia continuamente como consecuencia de la variación

de los caudales y la naturaleza misma del lecho.

Controla la escorrentía total aportada por la cuenca húmeda de 1,850.31 km²

prácticamente corresponde a la totalidad del caudal drenado por la cuenca del río Chancay-

Huaral, (Contreras, 2008).

Pero lamentablemente la estación hidrométrica, temporalmente deja de operar

debido a la destrucción de la infraestructura implementada de estación de aforo de Santo

Domingo como consecuencia de las precipitaciones intensas, la erosión y sedimentación

producidos por las avenidas extraordinarias ocurridas asociadas al fenómeno del Niño del

año 1998, quedando la caseta aisladas del nuevo cauce del rio Chancay-Huaral. (DGAS-

INRENA, 2001).

En el presento trabajo de tesis, se ha tomado para la modelación geoespacial para

el diseño de defensas ribereñas del rio Chancay-Huaral, la información de caudales diarios

medios, la cual ha sido tomada en los diferentes estudios realizados por la dirección de

aguas, del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI, 1922-2010).

57

4.4 RÉGIMEN HIDROLÓGICO

Los caudales registrados en la estación hidrométrica de Santo Domingo no

corresponden al régimen de la cuenca debido a la regulación de ocho (8) lagunas de las 14

lagunas de cabecera de cuenca, las que se encuentran ubicadas en las nacientes de las

Subcuencas de Vichaycocha y Baños y al trasvase de aguas desde la cuenca del Mantaro.

(Evaluación y ordenamiento de Recursos Hídricos de la Cuenca Chancay-Huaral, 2001).

Como se sabe muy bien el régimen presenta de forma irregular, que dependen

mucho de las precipitaciones estacionales, en donde se concentran durante los meses de

diciembre a abril en donde se estima que discurre aproximadamente el 75% del volumen

total de agua que produce la cuenca. En ese sentido, el régimen hídrico puede dividirse en

tres periodos característicos de eventos extremos, de transición y estiaje.

Figura 2 Comportamiento anual de las descargas del río Chancay-Huaral EstaciónSanto Domingo (1922-2008)

De acuerdo al registro de caudales observados durante el periodo (1922-2010),

obtenidos en la estación de aforo de Santo Domingo (Gráfico 1), deducimos que la

descarga multianual cuyo valor es 25.61 m³/s. y las máximas descargas en su régimen

hidrológico son las descargas medias diarias ocurridas el 21 de marzo de 1967 y el 19 de

marzo de 1972 con 400.6 m³/s y 484.19 m³/s respectivamente y las descargas mínimas

ocurridas el primero de agosto de 1990 y 25 de agosto de 1998 cuyos valores son de 1.20

m³/s y 2 m³/s respectivamente, deduciendo que las máximas descargas ocurren en el mes

de marzo y las mínimas en el mes de agosto.

0.0

25.0

50.0

75.0

ENE FEBMARCau

dal M

edio

Men

sual

57





















FEBMARABRMAYJUN JUL AGO SET OCTNOV DIC

Meses

57





















58

4.5 REGISTRO DE CAUDALES MÁXIMOS ANUALES DEL RÍO

CHANCAY-HUARAL

El caudal medio es el promedio de los caudales instantáneos medidos a lo largo

del día, la sección de control es del tipo limnimétrico, para obtener los resultados se

realizan tres lecturas diarias de caudal y nivel de agua, cada 8 horas. El caudal máximo

mensual es el caudal de mayor valor en cada mes y el caudal máximo medio anual es la

media de los caudales máximos medios anuales.

De acuerdo a los registros históricos de caudales medios mensuales, se deduce

que, durante el periodo de registro de 1922 a 2010 se registraron 12 crecidas

extraordinarias entre caudales de 484 m³/s y 150m³/s; 24 crecidas extraordinarias entre

caudales de 150 m³/s y 100 m³/s; 28 crecidas ordinarias entre caudales de 100 m³/s y 50

m³/s y 11 crecidas ordinarias entre caudales de 50 m³/s y 22.10 m³/s. Los caudales

máximos medios diarios registrados, se muestran en el siguiente.

Tabla 02. Datos hidrométricos de la estación de Santo Domingo años 1922-2010.

Año

Caudal

máximo

m3/s

Año

Caudal

máximo

m3/s

Año

Caudal

máximo

m3/s

Año

Caudal

máximo

m3/s

1922 88.90 1945 27.50 1967 122.00 1989 110.88

1923 88.90 1946 60.00 1968 32.20 1990 28.90

1924 97.00 1947 66.00 1969 106.07 1991 72.00

1926 85.00 1948 65.00 1970 400.8 1994 28.50

1927 96.00 1949 71.17 1971 83.20 1993 78.32

1928 32.00 1950 29.00 1972 484.19 1994 65.94

1929 59.00 1951 120.56 1973 172.08 1995 45.00

1930 88.00 1952 100.49 1974 143.20 1996 125.36

1931 60.00 1953 141.40 1975 97.30 1997 93.23

1932 120.00 1954 164.50 1976 125.43 1998 106.31

1933 140.00 1955 206.00 1977 115.51 1999 120.00

1934 180.00 1956 40.00 1978 64.85 2000 112.40

1935 115.00 1957 87.24 1979 90.05 2001 165.06

1936 101.00 1958 60.35 1980 78.65 2002 97.46

Año Caudal Año Caudal Año Caudal Año Caudal

59

máximo

m3/s

máximo

m3/s

máximo

m3/s

máximo

m3/s

1937 43.00 1959 88.02 1981 142.53 2003 158.49

1938 60.00 1960 67.09 1982 81.00 2004 61.19

1939 130.00 1961 101.45 1983 120.00 2005 92.67

1940 72.00 1962 115.99 1984 116.62 2006 114.67

1941 220.00 1963 123.14 1985 73.20 2007 128.33

1942 82.00 1964 97.96 1986 70.00 2008 80.33

1943 176.97 1965 98.50 1987 80.00 2010 41.17

1944 82.08 1966 56.60 1988 52.00

4.6 RELACIÓN DE LOS CAUDALES MÁXIMOS Y LAS ANOMALÍAS DEL

FENÓMENO DE EL NIÑO

Según los datos registrados entre los periodos del año 1922-2010, se han

registrado solo 12 eventos extraordinarios del fenómeno de El Niño, cuyos años han

ocurrido durante los años 23/24, 29/30, 40/41, 41/42, 51/52, 53/54, 62/63, 64/65, 73/74,

82/83, 86/87 y 97/98, en estos eventos de El Niño, solo coincidieron los periodos de 40/41,

64/65 y 82/83.

En el fenómeno de El Niño 83/84 el rio alcanzo un nivel máximo de 120.0 m³/s y

en el fenómeno de El Niño 97/98, el rio alcanzó un nivel máximo de 101.98 m³/s, con lo

cual podemos deducir que los caudales máximos registrados no coinciden con las

ocurrencias del fenómeno de El Niño.

4.7 ANÁLISIS DE FRECUENCIAS DE CRECIDAS

El análisis de frecuencia es el procedimiento para estimar la frecuencia o

probabilidad de ocurrencia de ciertos eventos hidroclimáticos.

El diseño y planeación de obras hidráulicas están siempre relacionados con

eventos hidrológicos futuros, por ejemplo la avenida de diseño para un muro de contención

para controlar inundaciones, tal vez no se haya presentado jamás o al menos en el periodo

60

de datos disponible, pero que es necesario conocer para determinar las dimensiones de la

obra. La complejidad de los procesos físicos que tienen lugar en la generación de esta

avenida hace, en la mayoría de los casos, imposible una estimación confiable de la misma

por métodos basados en las leyes de la mecánica de la física, sea porque estos métodos son

insuficientes, sea porque el método matemático resultante sería exageradamente grande,

complicado y difícil de manejar.

El análisis de frecuencia de información hidrológica relaciona los eventos

extremos con su frecuencia de ocurrencia mediante el uso de distribuciones de

probabilidad, tiene como objetivo relacionar la magnitud de una crecida a su frecuencia o

probabilidad de frecuencia futura. Como es difícil de garantizar que esta selección se haga

con cuidado, se utiliza más la aplicación de análisis de frecuencias para una serie de

crecidas máximas anuales (seria anual de máximos).

El análisis de frecuencias puede ser tanto matemático como gráfico, en el presente

trabajo de investigación se tomó en cuenta el análisis matemático, que se da en la

suposición de una descripción matemática específica, conocida como distribución de

probabilidades, lo cual se definen como funciones de distribución o funciones estadísticas.

(Chow, 1994).

61

4.8 PARÁMETROS EN LAS FUNCIONES PROBABILÍSTICAS

4.8.1 FUNCIONES PROBABILÍSTICAS UTILIZADAS

Para determinar los caudales máximos en la faja del río Chancay-Huaral para

diferentes periodos de retorno se ha utilizado las siguientes distribuciones probabilísticas:

Log-Pearson, Log-Normal y Gumbel (anexo 5), las cuales son una de las más utilizadas en

hidrología. (Ministerio de Transportes y comunicaciones).

4.8.2 PRUEBA DE BONDAD DE AJUSTE DE SMIRNOV-KOLMOGOROV

Para comprobar la confiabilidad de los datos teóricos, es necesario conocer el tipo

o forma de distribución teórica que puede representar aproximadamente a la distribución

empírica de datos, quiere decir que se basa en la comparación de las frecuencias absolutas

observadas y las frecuencias absolutas esperadas, calculadas a partir de la distribución

teórica en análisis. (Ministerio de Transportes y comunicaciones)

Para averiguar qué tan aproximado es la distribución empírica a la teórica se

decidió por emplear las pruebas estadísticas de Smirnov-Kolmogorov con un 95% de

significancia aplicada para las siguientes frecuencias Log-Pearson, Log-Normal y

Gumbel(Anexo 6, 7, 8). ((DGAS-INRENA, 2001).).

La prueba de bondad de ajuste de Smirnov-Kolmogorov ( consiste en comparar el

máximo valor absoluto de la diferencia D entre la función de distribución de probabilidad

observada Fo (Xm) y la estimada F (Xm) (MTC, 2013).

(Ec.-4.01)

Con un valor critico d que depende del número de datos y el nivel de significancia

seleccionado, si D<d, se acepta la hipótesis, esta prueba tiene una ventaja sobre la prueba

Chi-cuadrado, que compara los datos con el modelo estadística sin necesidad de

agruparlos. La función de distribución de probabilidad observada se calcula como

(Ministerio de Transportes y comunicaciones):

(Ec.- 4.02)

62

Donde m es el número de orden del dato Xm en una lista mayor a menor y n es el

número total de datos, la calcular la bondad de ajuste en cada función, se requiere del D

máximo y el d teórico, con estas dos se hace la siguiente comparación (Ministerio de

Transportes y comunicaciones):

Si D<d, es ajuste es bueno, al nivel de significación deseado.

Si D>d, el ajuste no es bueno, al nivel de significación deseado.

4.8.3 DISTRIBUCIÓN LOG-NORMAL

En esta función los logaritmos naturales de la variable aleatoria se distribuyen

normalmente. La función de densidad de probabilidad es:

(Ec.- 4.03)

Donde β y α son los parámetros de la distribución, y si hace una comparación con

la fórmula de distribución Normal, se deduce que β y α son respectivamente la media y

desviación estándar de los logaritmos de la variable aleatoria, en este caso no se mencionó

la formula Normal debido a que no es muy usada para el análisis de frecuencias de

avenidas puesto que en la mayoría de las series tiene un sesgo positivo, sin embargo es

apropiada para ciertas series de descarga de agua. (MTC, 2014).

Como se observa en la figura 4.1 se muestra una gráfica de la función de densidad

de probabilidad para diferentes valores β y α, como se puede observar la función no

necesariamente es simétrica y los valores β y α se estiman a partir de n observaciones Xi,

i=1,2,..n como:

(Ec.- 4.04)

63

Figura 3 Función de densidad de probabilidad para diferentes valores β y α

a. Estimación de parámetros

Para hacer la respectiva estimación de parámetros se usa la siguiente relación la

cual esta estandarizada:

Ln (XTr) = xTr+KSy (Ec. - 05)

De donde:

XTr = eln (xTr) (Ec.- 06)

Con K con variable normal estandarizada para el tiempo de retorno dado, Xy

media de los logaritmos y Sy es la desviación estándar de los logaritmos.

Si se trabaja con los X sin transformar el K se calcula como:

Cv

CvCvLnKExp

KtT 1

2)1ln(

))1((*2

2

12

(Ec.- 4.07)

63






De donde:





Cv

CvCvLnKExp

KtT 1

2)1ln(

))1((*2

2

12

(Ec.- 4.07)

63






De donde:





Cv

CvCvLnKExp

KtT 1

2)1ln(

))1((*2

2

12

(Ec.- 4.07)

64

K es la variable normal estandarizada para el tiempo de retorno dado,x

sCv es

el coeficiente de variación, X la media de los datos originales y S la desviación estándar de

los datos originales.

b. Prueba de bondad de ajuste Smirnov-Kolmorogov

Aplicando el procedimiento mencionado en el ítem se obtiene los siguientes

resultados a través de la siguiente fórmula:

D max= ((Fo(Xm)-F(Xm))

Entonces el d en la tabla es: d=1.36/√n, donde n es el número de datos.

Si el D teórico < delta tabular, se concluye que los datos se ajustan a la

distribución Log-normal, con un nivel de significación del 0.05 o una probabilidad del

95%.(Ven Te Chow, 1994).

Los cálculos están en el anexo 6, donde se presenta los cálculos de Log-Normal.

c. Distribución Gumbel

La familia importante de distribuciones usadas en el análisis de frecuencia

hidrológico es la distribución general de valores extremos, la cual ha sido ampliamente

utilizada para presentar el comportamiento de crecientes y sequias (máximo y mínimo). La

función de distribución se presenta a continuación (MTC, 2013).

)(exp

)(exp

1)(

xxxf (Ec.- 4.08)

Donde α y β son los parámetros de la distribución:

)(

expexp)()(x

dxxfxF (Ec.- 4.09)

65

d. Estimación de parámetro

5772.0

6

x

s

Donde syx son la media y la desviación estándar estimadas con la muestra.

e. Factor de frecuencia

1

lnln5772.06

r

rT T

TK

(Ec.- 4.10)

Donde Tr es el periodo de retorno.

f. Prueba de bondad de ajuste Smirnov-Kolmorogov



D max= ((Fo(Xm)-F(Xm))


Si el D teórico < delta tabular, se concluye que los datos se ajustan a la

distribución Gumbel, con un nivel de significación del 0.05 o una probabilidad del 95%.

Los cálculos están en el anexo 7, donde se presenta los cálculos de Gumbel.

g. Distribución log-Pearson

Esta distribución que también se aplica al logaritmo de los datos, es muy utilizada

por que permiten obtener resultados de aceptable confiabilidad cuando se efectúan

predicciones con grandes periodos de retorno.

La función de densidad de probabilidad Log. Pearson III se define como:

66

0

1

0 )ln(exp

)ln(1)(

yxyx

xxf (Ec.- 4.11)

Para lo cual la función de distribución acumulada Log-Pearson III se define como:

dxyxxx

xxf

X

Xo

0

1

0 )ln(exp

)ln(1)( (Ec.- 4.12)

Donde:

ᴦ (y) es la función gamma.

X es la variable aleatoria de tres parámetros o Log-Pearson tipo III.

Xo parámetro de posición.

Β parámetro de escala.

γ parámetro de escala.

h. Estimación de parámetros

ˆˆ;2

ˆ;2ˆ

0

2

yy xx

Css

Cs (Ec.- 4.13)

Cs es el coeficiente de asimetría,yy syx son la media y la desviación

estándar de los logaritmos de la muestra respectivamente.

i. Factor de frecuencia

yyTr sKxY )ln( (Ec.- 4.14)

5432

232

631

66)1(

6)6(

31

6)1(

CsCsz

Csz

Cszz

CszzK (Ec.- 4.15)

Donde z es la variable normal estandarizada.

j. Prueba de bondad de ajuste Smirnov-Kolmorogov



D max= ((Fo (Xm)-F(Xm))

67


Como el D teórico < delta tabular, se concluye que los datos se ajustan a la

distribución Log-normal, con un nivel de significación del 0.05 o una probabilidad del

95%.

4.9 CRITERIO DE SELECCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN PROBABILÍSTICA

El criterio optado para seleccionar la función de distribución, fue a través de la

prueba de bondad de ajuste de Smirnov-Kolmorogov para el presente trabajo de tesis, que

determinará que distribución se ajustará mejor y su posterior selección.

4.10 CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE MÁXIMAS AVENIDAS Y PERIODO

DE RETORNO

4.10.1 PERIODO DE RETORNO (T) Y CAUDAL DE DISEÑO (Q)

Este es uno de los cálculos más importantes para dimensionar una estructura

hidráulica, ya que está expuesta al comportamiento de los ríos y está en función de las

crecidas que vayan a ocurrir en el futuro.

El caudal de diseño propuesto para el diseño de las obras de encauzamiento, ha

sido estimado a base de los cálculos probabilísticos, cosa que fueron ya desarrollados en el

capítulo anterior y establecer el periodo de retorno de crecida.

Para el caso de las crecidas de diseño, la distribución probabilística Log-Normal,

es la que mejor presenta mejor bondad de ajuste (Smirnov-Kolmorogov) y cuyos

resultados son mostrados mediante en el siguiente cuadro para periodo de retorno de 5, 10,

25, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 y 1000 años respectivamente.

Por lo tanto, una vez que se haya realizado tanto el análisis hidráulico y

estructural de las defensas ribereñas seleccionadas, con su respectivo caudal de tiempo de

retorno, se procederá a calcular y seleccionar el caudal de diseño, utilizando la curva de

costo beneficio, con ayuda de los costos de capital de cada periodo de retorno y el costo de

pérdida de cada tiempo de retorno y determinar así el caudal de diseño.

68

V. MODELACIÓN GEO-ESPACIAL

5.1 GENERALIDADES

En este trabajo se basa en la magnitud del evento de inundación. Una vez

identificada la ma gnitud de los desastres, el análisis de visualización se usa para estimar

la severidad y cuantificar los daños. La magnitud de las pérdidas debidas a la inundación y

su distribución en el mapa inundado depende de factores hidrológicos de uso de tierra y la

acción antrópica. Los factores hidrológicos incluyen características de la inundación como

la profundidad del agua, propagación de la ola de inundación, duración de la inundación,

carga de sedimentos y tiempo. Los modelos de computadora comunes son usados para

ayudar en la estimación de las características de los procesos físicos. Los factores

antrópicos son medidas preventivas tomados por la población aledañas a la zona de la faja

marginal que habita en las áreas de desastres.

Tradicionalmente la tecnología del SIG ha sido usada de ayuda en el

modelamiento de agua superficial y presentando mapas de inundaciones. Las aplicaciones

del SIG están relacionadas a modelos hidrológicos y proveen de funciones para el

almacenamiento de datos, el cálculo de los parámetros de ingreso requeridos, manipulación

de datos y procesamiento de resultados. Estas aplicaciones, más que mejorar la

funcionalidad del modelo, intentan integrar el procedimiento de análisis con el marco de

trabajo SIG

La evaluación de inundaciones ha sido facilitada con SIG mediante la aplicación

de modelos espaciales coexistentes. Rejeski (1993) menciona tres enfoques empíricos para

evaluar los impactos de desastres mediante el dominio espacial. El más simple de estos

enfoques es el modelo binario. Este modelo describe un desastre como presente o ausente.

Wadge (1993) también identificó el método binario como un esquema de clasificación de

sí o no. El segundo enfoque, representado por modelos de peso (o proporción) involucra a

la agrupación de localidades de acuerdo a la severidad de los desastres. El enfoque final,

discutido por Rejeski (1993, es el cuantitativo el cual le asigna números a las localidades

del espacio que cuantifican el factor de desastre. Wadge (1993) define este modelo como

uno que provee valores continuos de desastre.

69

Una de las primeras aplicaciones del SIG para la evaluación de inundaciones

involucra la administración de datos espaciales HEC-SAM y el sistema de análisis

comprensivo. Este sistema junta varios elementos de mapeo, programa de base de datos y

modelos hidrológicos e hidráulicos. HEC-SAM usó el modelo de coexistencia de

ponderación espacial para evaluar el impacto de las inundaciones como un resultado de

varias alternativas de desarrollo del uso de la tierra.

Farissier y Givone (1993) aplicaron un modelo de coexistencia espacial binaria

para identificar áreas vulnerables a inundaciones. Las áreas afectadas a inundaciones

fueron determinadas por la intersección de superficies representando la base del valle y la

superficie representando el nivel del agua de un evento de inundación.

Simonovic (1993) uso el modelo cuantitativo radio/intervalo para mostrar el daño

de las inundaciones. El área del desastre fue determinada usando una hoja topográfica. Este

proceso distinguía el área inundada de la no inundada seleccionando la región que coincida

con el área con límites de inundación anteriores. Una función de daño fue utilizada para

medir el impacto del desastre en las estructuras del área inundada. La relación daño

estructura fue mapeado continuamente. Brimicombe y Bartlett (1996) también usaron el

modelo cuantitativo (intervalo/radio). Los resultados del modelo hidráulico bidimensional,

extrapolaron una superficie representando la elevación del agua en el área de inundación.

Finalmente obtuvieron un Modelo de Elevación Digital (DEM) para la superficie del

terreno y del agua, en la que se calcularon la extensión y profundidad de la inundación.

Además, generaron mapas de riesgo de inundación asignándole un valor al daño

ocasionado por la profundidad de la inundación. Se concluye que el SIG provee de

habilidad de integrar los resultados de modelos con otras capas de información, incluyendo

el proceso de toma de decisiones.

Muller y Rungoe (1995) emplearon los tres modelos espaciales coexistentes para

delinear el área de desastre. Su modelo es capaz de examinar mitigaciones de inundación

alternativas y medidas de protección contra inundaciones así como diferenciar las áreas

inundables de las no inundables. Se codificaron áreas de bajo y alto impacto. Mediante una

serie de resultados de niveles de agua, generados con una simulación dependiente del

tiempo, también produjeron áreas de desastres tomando en consideración el tiempo de

alarma para evaluaciones de emergencia (Cárdenas, 1998).

70

5.2 METODOLOGÍA

5.2.1 CONCEPCIÓN DE LA METODOLOGÍA

La metodología está basada en la aplicación del Sistema de Información

Geográfica (SIG) como herramienta de simulación hidráulica y de modelamiento espacial

para evaluar el impacto de posibles inundaciones en la faja marginal del Río Chancay

Huaral. En el sentido, la metodología se desarrolla primero en su componente de

simulación hidráulica con el software HEC-RAS y en su componente de modelamiento

espacial con el uso del software SIG Arc Gis y ARC INFO.

5.2.2 RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN

La información necesaria para desarrollar la simulación hidráulica con el software

HEC-RAS en un ambiente SIG son las curvas de nivel de la faja del rio al menor

espaciamiento posible, en este caso se dio un espaciamiento de 1 metro para una mejor

visualización de la topografía del ámbito del área en estudio, otra información es la

delineación de la faja del rio (eje central y líneas de bancos del río), y las secciones

transversales. Los planos topográficos a curvas de nivel de la faja del rio, se obtuvieron en

la Autoridad Nacional del Agua (ANA), en la Oficina del Sistema Nacional de

Información de Recursos Hídricos (OSNIRH) a escala 1: 2500 (Proyecto Faja Marginal del

río Chancay Huaral realizado en mayo de 1999) y las curvas de nivel a escala 1:5000.

Adicionalmente se utilizó información cartográfica como los mapas de capacidad de uso

mayor del suelo, para realizar el análisis de impacto de la inundación y también el mapa de

distribución de predios para cuantificar el número de parcelas afectadas por los eventos

extremos.

5.2.3 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

Con los planos y la información obtenida se procedió el análisis del área en

estudio formando una base de datos para los mapas temáticos. La información requerida

para ejecutar el modelo HEC-RAS, como se dijo, se basa en la geometría del rio que es

extraído de un plano topográfico a curvas de nivel. El análisis de información de los

recursos uso actual de la tierra.

71

5.2.4 INGRESO DE LA INFORMACIÓN

Para el ingreso de información del material cartográfico se utilizó los programas

SIG y ARC INFO para la digitalización y ARC GIS para la visualización y creación de

tabla de atributos (Base de datos del ANA).

Para obtener el mapa de inundación con el HEC-RAS, primero en el ARC GIS se

geo-referenció los planos topográficos ajustando a las coordenadas UTM, luego la

digitalización de las curvas de nivel a diferentes escalas, como se describe en la

recopilación de la información, se hizo con la extensión arc/info, y el ingreso del atributo

cota se hizo con el ArcView, toda esa información es requerida por el SIG ArcGis para

hacer la integración con el HEC-RAS. Los datos hidrológicos e hidráulicos se ingresan en

el HEC-RAS.

Posteriormente para el análisis del impacto de inundación en los mapas temáticos

se digitalizaron los mapas de capacidad de uso mayor del suelo.

5.2.5 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

La integración del SIG-ArcGIS con el HEC-RAS se va a través de una extensión

del ArcGis llamado HecGeo-RAS. El HecGeo-RAS es una extensión con un conjunto de

procedimientos y herramientas que permiten la preparación de datos espaciales de

secciones transversales y faja del rio para la entrada al HEC-RAS, la cual se desarrolla en

el ArcGis 9.3 y la extensión 3D Analyst o sus versiones posteriores. (Marín, 2006).

El procedimiento consiste en lo siguiente:

La información del Pre-procesamiento crea un archivo de intercambio de datos

que consiste en descripciones de la geometría de rio extraído de un plano topográfico a

curvas de nivel previamente digitalizado que debe ser convertido a un modelo TIN

(Triangulated Irregular Network) a través de la extensión 3D Analyst del ArcGis 9.3. En el

HEC-RAS, el usuario proporciona datos adicionales como el coeficiente de Maning,

coeficientes de contracción y expansión, después de ejecutar el modelo HEC-RAS, los

resultados puede exportarlos en el mismo formato de archivo de intercambio digital

generándose un TIN de la superficie de agua usando la funcionalidad del Post-processing.

(Marín, 2006).

72

5.2.6 APLICACIÓN DEL MODELO HIDRÁULICO UNIDIMENSIONAL

Para la utilización del HEC-RAS, se debe de tener en cuenta que es un modelo

unidimensional con el fin de ser utilizado para calcular el perfil de la superficie libre en

régimen permanente gradualmente variado. Para el cálculo en régimen permanente, se

aplica la ecuación de energía de Bernoulli, entre dos secciones transversales consecutivas

al rio, siempre teniendo en cuenta las pérdidas de energía localizadas. El modelo da como

resultado una altura de agua o calado y una velocidad media en cada sección. Este sistema

puede ser utilizado en canales, drenaje o en una longitud de río. El componente de flujo

uniforme es capar de modelar un régimen sub-critico, supercrítico y mixto de los perfiles

superficiales de agua.

Una de las ventajas para implementar este modelo es no considerar el fondo fijo y

el transporte solido del rio, dejando sin efecto sobre el movimiento del agua. Se sabe muy

bien que el fondo generalmente puede descender durante las crecidas bajo el efecto de

aumentar el área de flujo y la capacidad hidráulica del rio, cosa que no se cuenta en el

modelo. Por otra parte, el cauce puede experimentar erosión o sedimentación a largo plazo,

que cambien sustancialmente el riesgo de inundación en las zonas aledañas.

En tanto a las elecciones de las secciones transversales a partir de la topografía del

cauce requiere cierto criterio. En principio se toma en cuenta que las secciones deben de

ser perpendiculares al eje del rio y a una distancia no menor que una vez la anchura. Es

preferible hacer coincidir con los lugares más anchos y más estrechos, para que las

interpolaciones que se realizan durante el cálculo sean correctas.

La modelación puede manejar mucha información geométrica, es decir

representar una topografía compleja. Es un modelo preciso porque puede incorporar

fácilmente mucha información geométrica. Para casos como el presente, esto es una

ventaja sustancial, más importante que el inconveniente que supone despreciar los efectos

bidimensionales. Asimismo requiere criterio e ingenio en aspectos importantes como la

definición de la condición de contorno aguas abajo, para ello se requiere el diámetro de

partículas en el cauce y la vegetación en el campo (Marín, 2006).

73

Para hacer la aplicación del modelo unidimensional en la modelación geoespacial

de la faja del rio Chancay-Huaral, se usó el plano topográfico obtenidas de la base de datos

del ANA de fajas marginales a escala 1/2500, donde se esquematizó las secciones

transversales, donde describen la forma y geometría reales del rio, el espaciamiento entre

secciones se tomó en cuenta que mientras más pequeño sea el mencionado, mayores

detalles se tendrá de la geometría del rio, en este sentido se ha contemplado 1973 cortes

con una separación de 20 metros cada uno, teniendo en cuenta el valor del coeficiente de

Manning tanto en las márgenes como el lecho del rio, el valor de la pendiente equivalente

a 0.01 y determinar el tipo de flujo que se comporta en este caso es supercrítico, debido a

que se trata de máximas avenidas. Para determinar en qué zonas de la faja marginal del rio

Chancay-Huaral se realizará el diseño de defensas ribereñas, el HEC-RAS nos permitirá

mediante el comando encroachments, que simplemente es la herramienta que nos ayudará

a calcular el ancho de encauzamiento, en este caso se usará el método número 2, esto

quiere decir que se requerirá el valor de la pendiente y el valor del ancho de

encauzamiento, que será calculado más adelante mediante los métodos empíricos, para

calcular el total de metros que se deben implementar las defensas ribereñas, se requiere de

un conteo de corte y corte , cada corte se examina en el mismo software Hec-Ras y evalúa

que total de tramos serán los construidos para el diseño de defensas ribereñas.

En los mapas del anexo 2 se encuentran la ubicación de las zonas susceptibles a

desbordes e inundaciones, cada uno simulada con su respectivo caudal de máxima avenida

que abarca desde los 5 hasta los 1000 años.

5.2.7 RESUMEN DE LOS PASOS A REALIZAR

Se detallan a continuación a modo de resumen los pasos a seguir para realizar una

simulación de inundación en cada respectivo periodo de retorno con las herramientas

descritas en el apartado anterior. A lo largo del presente capitulo se desarrollan todos los

puntos que aparecen en el siguiente listado: (Marín, 2006)

Pre-proceso

1. Iniciar con la interfase ArcMap-Arc-GIS.

2. Importar las imágenes de los planos topográficos.

3. Georeferenciar a través de la herramienta georeferencing.

74

4. Digitalizar creando shapes de acuerdo a los elementos que se

encuentren en el plano.

5. Añadir un modelo digital del terreno en formato TIN (Triangulated

Irregular Network).

6. Dibujo del curso principal del rio.

7. Dibujo de “Banks” delimitación del cauce principal.

8. Dibujo de “flowpaths” zonas por donde prevemos que se inunde

preferentemente tanto por el cauce principal como por las llanuras de

inundación.

9. Creación de secciones transversales.

10. Creación de las secciones transversales en 3D (de forma análoga).

11. Crear archivo para exportar HEC-RAS.

Cálculo con HEC-RAS:

1. Importar la geometría del cauce del río desde Arc-GIS.

2. Simular la inundación con su periodo de retorno respectivo.

3. Editar los datos necesarios para el cálculo en régimen variable.

4. Realizar simulación con HEC-RAS.

5. Generar el archivo para exportar a ArcGis.

Post-proceso:

1. Importar los resultados al ArcGis desde el HEC-RAS.

2. Crear mapas de inundación.

5.3 CREACIÓN DE UN ARCHIVO ARCGIS

Al abrir ArcMap nos aparece la ventana siguiente, donde podemos elegir entre

abrir un archivo existente, abrir un archivo en blanco o abrir un nuevo archivo

directamente con una nueva lista: (Universidad Autónoma de Madrid, 2011).

75

Figura 4 Creación de un archivo ArcMap

Para descargar las imágenes de la faja marginal se va hacia el comando Add Data

para importar las imágenes en jpg., se da click en la imagen seleccionada y luego en click

en el botón Add.

Figura 5 Descargar imagen jpg

76

Le damos click al comando Georeferencing, para ajustar la imagen a las

coordenadas requeridas en este caso las coordenadas UTM (Unidad Transversal Mercator)

Figura 6 Georeferenciación

Luego para ajustar la georeferencia requerida, le damos de nuevo click izquierdo

al comando georeferencing y después ubicar la opción Update georeferencing.

Figura 7 Ajustar georeferenciación

77

Para digitalizar las imágenes de la faja marginal es necesario crear una carpeta

para poder guardar los archivos shapefile que son los archivos que proporcionan los datos

espaciales, sus datos geográficos y sus atributos, el shapefile es un formato multiarchivo

porque tiene varios ficheros informáticos. El número mínimo requerido es de tres, los

cuales se mencionan a continuación (ESRI, 1998).

Shp: Es el archivo que almacena las entidades geométricas de los objetos.

Shx: Es el archivo que almacena el índice de las entidades geométricas.

Dbf: Es la base de datos, en formato dBASE, donde se almacena la información de

los atributos de los objetos.

Las carpetas se crean en el ArcCatalog que es una herramienta SIG que permite

visualizar, gerenciar y ejecutar los datos geoespaciales para un uso posterior, para luego

crear los shapefile.

Figura 8 Creación de los shapefile y carpeta de guardado a través del ArcCatalog

Seguidamente se ubica los shapefiles para su posterior uso.

78

Figura 9 Ubicación de los shapefile y carpeta para su posterior uso

Regresando al ArcMap primero nos dirigimos al comando Editor, para comenzar

la digitalización de la faja marginal del rio Chancay Huaral le damos click a la opción

“Start Editing”.

Figura 10 Activar el comando Editor para digitalizar la faja marginal

A continuación seleccionamos el primer shapefile que se creará, en este caso el

shapefile de poli-línea que se llama “curvas”, que son las respectivas curvas de nivel, que

dan las características del relieve de la faja marginal.

79

Figura 11 Activación del Editor y selección del shapefile para comenzar la

digitalización

Le damos click a la herramienta sketch stool que tiene forma de lápiz para

digitalizar los shapes requeridos en este caso se comienza con el shape de “curvas”, que

son las curvas de nivel.

Figura 12 Digitalización de las curvas de nivel

80

Luego se repite el procedimiento con la digitalización del shapefile “eje”, que es

simplemente el eje geométrico del río.

Figura 13 Digitalización del eje geométrico del río

Después se repite el procedimiento en este caso el shapefile polígono, que

plasmarán las parcelas y la faja misma del río Chancay Huaral.

Figura 14 Digitalización de las parcelas y terrenos colindantes de la faja del río

Se repite el procedimiento de digitalización con la faja marginal del río Chancay

Huaral.

81

Figura 15 Digitalización de la faja del río Chancay Huaral

Se realiza el mismo procedimiento de digitalización de toda la faja marginal.

Figura 16 Se realiza toda la digitalización de toda la faja marginal

5.4 UTILIZACIÓN DE LA EXTENSIÓN HEC-GEORAS

Previamente se activa el HEC-GeoRAS para procesar datos georeferenciados para

usar posteriormente con HEC-RAS. HEC-GEORAS crea un archivo para importar a HEC-

82

RAS.

Figura 17 Activación de la extensión HEC-GeoRAS

HEC-GeoRAS requiere un modelo digital de terreno (MDT) en forma de TIN

(Triangulated irregular network), como se sabe muy el archivo original son los shapes de

las imágenes digitalizadas de la faja marginal del río Chancay Huaral, estos shapes deben

estar imprescindiblemente en 3D, en pocas palabras las curvas de nivel tengan asociada la

propiedad de la cota, para este procedimiento de la creación del TIN, se requiere tener toda

la faja marginal del rio Chancay Huaral completamente digitalizada, para ejecutar la

creación del TIN, se activa la extensión 3D Analyst, buscamos la opción Create Modify

TIN y al final le damos click a la opción Create TIN from features.

83

Figura 18 Creación del archivo TIN

Para ajustar la creación del TIN, se requiere solo tener las curvas de nivel ya que

el TIN requiere de datos topográficos para la triangulación y así obtener las características

topográficas del terreno, le damos click a curvas_merge, seleccionamos la ruta donde se

ubicará el archivo TIN, ajustamos la triangulación de acuerdo al grosor de línea y le damos

click en OK.

Figura 19 Ajuste y selección de los shapefile para la creación del TIN

84

Se guarda en una carpeta colocando el nombre al respectivo archivo, en este caso

se guarda con el nombre TIN, le damos click en Save para guardar el TIN respectivo.

Figura 20 Guardado del TIN en una carpeta

Se delimita el TIN en las zonas donde se necesite para la modelación hidráulica

del río, para esto nos dirigimos a la extensión ArcToolBox, le damos click en Delineate

TIN Data Area, seleccionamos el nombre del TIN y a continuación le nombramos la ruta

del nuevo TIN delineado, le damos click en OK.

Figura 21 Delimitación del TIN en las áreas de estudio requeridas

5.5 DEFINICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL RIO

85

Ubicamos la barra de herramientas del Hec-GeoRAS, para definir las

características geométricas del rio, en primer lugar le damos click en RAS Geometric,

después Create RAS layer y luego le damos click a la opción Stream Centerline para

especificar la capa del centro geométrico del rio.

Figura 22 Creación de la capa del centro geométrico del rio

Le damos a la dirección del río en este caso el nombre es “EJE”.

Figura 23 Nombramiento del eje del rio

86

Definimos las líneas de borde del rio en este caso repetimos la acción dando click

en RAS Geometry, luego Create RAS Layers y damos click en bank lines.

Figura 24 Creación de las líneas de borde izquierdo y derecho

A continuación definimos el nombre de las líneas de borde del río en este caso es

“BORDES”

Figura 25 Definición del nombre de las líneas de borde

87

Aparecerá un cuadro diciendo “Select a Node to set target location” le damos

click en la opción GeoRASConfig ya que trabajaremos con la extensión HEC-GeoRAS para

la modelación respectiva.

Figura 26 Configuración de las capas en el HEC-GeoRAS

Definimos la ruta donde se guardara la data por procesar.

Figura 27 Especificación de la rutas de guardado de la data

88

Regresamos a la opción RAS Geometry, después en Create RAS Layers y a

continuación Flow Path Centerlines para definir los límites de la faja marginal.

Figura 28 Límites de la faja marginal

Le damos click a continuación en el siguiente cuadro Create Flow Paths y luego

click en OK.

Figura 29 Nombramiento del centro de flujo del río

89

Repetimos la misma acción en RAS Geometric, Create RAS Layers y damos click

en XS Cut Lines, para definir las secciones transversales de la faja del río.

Figura 30 Creación de las líneas de corte del río (secciones transversales)

Le damos nombres a la capa de los cortes de la faja del rio.

Figura 31 Nombramiento de las líneas de corte (sección transversal)

Le damos click en start editing para crear las capas geométricas de la faja

marginal, luego ubicamos en el cuadro la opción que tenga el nombre hec-georas.

90

Figura 32 Click en start editing

En la pantalla del ArcMAP, nos dirigimos a la opción target y damos click en la

opción “EJE”, ya que será la primera capa dibujada que definirá las características

geométricas de la faja marginal del río Chancay-Huaral.

Figura 33 Definición del centro geométrico de la faja marginal

Le damos click a la opción Sketch tool para comenzar a definir el eje geométrico.

91

Figura 34 Click en sketch tool

Se dibuja el eje geométrico del rio desde el comienzo hasta el final del TIN ya

delimitado.

Figura 35 Definición del eje geométrico del rio

Terminamos de dibujar el eje geométrico.

92

Figura 36 Continuación de la figura 34….

A continuación ubicamos el botón en la barra de herramientas de HEC-GeoRAS,

el botón Asign River and Reach Code y colocamos el nombre de Chancay, le damos click

en OK.

Figura 37 Asignar nombre y código de las capas del TIN

Volvemos a la herramienta start editing, click en la opción de hec-georas, le

damos click en OK.

93

Figura 38 Continuación de la figura 36…

Nos dirigimos a la herramienta target y seleccionamos la opción BORDES, para

definir los bordes libres en el TIN ya delimitado.

Figura 39 Selección del target BORDES

Le damos forma a los bordes libres del rio

94

Figura 40 Definición de los bordes libres

Repetimos la acción con el borde libre izquierdo.

Figura 41 Definición del borde izquierdo

Digitalización de los límites de la faja marginal (márgenes) usando la herramienta

del Editor, sketch tool.

95

Figura 42 Delimitación de la faja marginal (márgenes)

Repetimos la misma acción con la margen izquierda de la faja marginal.

Figura 43 Digitalización de la margen izquierda

Definimos las márgenes tanto izquierda como derecha, para esto damos click en la

barra HEC-GeoRAS en el botón Select flowpath and Asign Line Type Atributes.

96

Figura 44 Click en Select flowpath and Asign Line Type Atributes

Asignamos los márgenes de la faja marginal, en este caso le damos click a la

margen derecha y luego en el cuadro que aparece Asign Flowpath Type luego en la pestaña

line type damos click a la opción rigth debido a que es la margen derecha.

Figura 45 Asignación de la margen derecha

Repetimos la acción con la margen izquierda, no olvidar repetir el procedimiento

Asign Flowpath Type con el centro geométrico del río con la opción channel.

97

Figura 46 Asignación de la margen izquierda

5.6 CREACIÓN DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES

A continuación procedemos a creas las capas de los cortes para definir en el SIG

las secciones transversales, nuevamente nos dirigimos a la barra de herramientas HEC-

GeoRAS, click en RAS Geometry, luego ubicamos Create RAS Layer y a continuación

damos click en XS Cut Lines.

98

Figura 47 Ajustar para crear las secciones transversales

Definimos el nombre de los cortes, en este caso la damos el nombre de “cortes” y

luego elegimos click en OK.

Figura 48 Nombramos las líneas de corte (sección transversal)

Seguidamente en la barra de herramientas del HEC-GeoRAS ubicamos la

herramienta Construct XS Cutlines.

Figura 49 Uso de la herramienta Construct XS Lines

99

Ajustamos las secciones que serán creadas en un intervalo de 20 metros con una

longitud de corte de 50 metros, le damos click en OK.

Figura 50 Ajuste de las secciones transversales

Para que los elementos geométricos de la faja marginal puedan ser procesados y

exportados en el HEC-Ras, es necesario que las líneas de los cortes que dan como lugar a

la sección transversal, estas líneas de corte es necesario ser editadas y que se intercepten

con los elementos geométricos de la faja marginal, es decir que se intercepten con los

bordes, las márgenes que delimitan la faja marginal y el centro geométrico del rio.

100

Figura 51 Ajuste de las líneas de corte (sección transversal)

Definimos los atributos de la topología de la zona de la faja marginal.

Figura 52 Atributos para la topología del terreno.

Aparece un cuadro para la creación de la topología del terreno, para eso elegimos

el eje geométrico del rio y el TIN ya delimitado.

Figura 53 Creación de la topología del terreno

Nos dirigimos de nuevo a RAS Geomety y damos click en length stations.

101

Figura 54 Ajustamos las longitudes de las líneas de las estaciones

Ajustamos las elevaciones de la faja marginal y sus atributos.

Figura 55 Atributos para las elevaciones del terreno

Ajustamos las líneas de atributos, en este caso las progresivas donde pertenecerán

a las líneas de corte (sección transversal) con sus respectivos nombres.

102

Figura 56 Atributos para las secciones transversales

Luego damos click a la opción Bank Stations.

Figura 57 Atributos para las líneas de corte (progresivas)

A continuación aparece un cuadro, le damos OK y el modelo empieza a correr.

103

Figura 58 Le damos OK para la creación de las progresivasDespués la damos click en Downstream Reach lengths

Figura 59 Continuación de la figura 57

104

5.7 EXPORTACIÓN DE ARCHIVOS AL HEC-RAS

Para exportar la data del HEC-GeoRAS al HEC-RAS, le damos click en RAS

Geometry, buscamos la opción Export RAS data.

Figura 60 Exportación de los archivos HEC-GeoRAS al HEC-RASEspecificamos la ruta donde ira la data procesada como se menciona aquí en el

cuadro siguiente y luego damos click en OK.

Figura 61 Especificación de la ruta de los archivos procesados del HEC-GeoRAS para

exportarlo al HEC-RAS

105

Abrimos el programa HEC-RAS, nos dirigimos a la pestaña file, ubicamos la

opción Import Geometry Data y le damos click a la opción GIS format, para poder

importar la data procesada del HEC-GeoRAS.

Figura 62 Importación de la data procesada desde el HEC-RAS

5.8 IMPORTACIÓN DESDE EL HEC-RAS

Ubicamos el archivo donde se guardó la data procesada desde el HEC-GeoRAS,

luego le damos click en OK para abrir el archivo desde el HEC-RAS.

Figura 63 Abrir el archivo importado desde el ARC-GIS

106

Especificamos el sistema de unidades, en este caso el Sistema Internacional.

Figura 64 Ajuste del sistema de unidades

En el siguiente cuadro aparece la data importada desde el HEC-GeoRAS, le

damos click en Next para que continúe el proceso.


Para poder apreciar las secciones transversales importadas, le damos click en

Geometric Data y después damos click en Cross Section Data.

107

Figura 66 Secciones transversales

En el menú principal, damos click en edit , luego click en steady flow data, para

determinar el número de perfiles que se usará, esto quiere decir cada perfil determinará

cada periodo de retorno de estudio.

Figura 67 Click en steady flow data

Se especifica el número de perfiles requeridos para cada tiempo de retorno, luego

damos click en Reach boundary conditions para establecer las condiciones de frontera

requeridas.

108

Figura 68 Ajuste del número de perfiles

Especificamos el valor de la pendiente del rio.

Figura 69 Especificar el valor de la pendiente

Especificamos el valor de la pendiente tanto aguas abajo y aguas arriba.

109

Figura 70 Ajuste de la pendiente aguas arriba y aguas abajo

Con el archivo abierto, ponemos las condiciones de frontera, en este caso el

coeficiente de maning.

Figura 71 Selección del valor del coeficiente de Maning

Luego guardamos los cambios y la data geométrica procesada en el HEC-RAS.

110

Figura 72 Guardado de la data geométrica

Nos dirigimos al menú principal, damos click en Edit, luego en steady flow

analysis y damos click en compute.

Figura 73 Procesamiento de la simulación de inundación

Observamos el procesamiento de la data para la simulación de inundación de la

faja marginal con cada periodo de retorno respectivo.

111

Figura 74 Procesamiento de la simulación de los periodos de retorno

Apreciación de las inundaciones en cada sección transversal (anexo 11)

Figura 75 Simulación de inundación

112

5.9 CREACIÓN DE LOS MAPAS DE INUNDACIÓN

Entramos de nuevo al ArcMAP, ubicamos la herramienta HEC-GeoRAS,

ubicamos la pestaña layer setup.

Figura 76 Importación de la data procesada desde el HEC-RAS

Especificamos la rasterización en este caso de 5 unidades, así como la ruta de

guardado.

Figura 77 Selección del valor del coeficiente de Maning

113

Buscamos el archivo para cada tiempo de retorno en este caso de 5 años, que está

procesado en el HEC-RAS, damos click en abrir.

Figura 78 Abrir archivo HEC-RAS procesado

Le damos click en OK para iniciar la creación del mapa de inundación.

Figura 79 Ajuste para la creación de los mapas de inundación

114

Luego en la misma barra de herramientas del HEC-GeoRAS, damos click en

inundation mapping luego click en water surface generation.

Figura 80 Generación de la superficie de agua

Seleccionamos en el cuadro el perfil de tiempo de retorno requerido y luego

pulsamos el botón OK.

Figura 81 Selección del perfil de tiempo de retorno

115

Y podemos apreciar el mapa de inundación de la Faja Marginal del río Chancay-

Huaral (anexo 10).

Figura 82 Mapa de inundación

Se realiza el procedimiento de simulación de inundación en cada periodo de

retorno de estudio.

Figura 83 Mapas de inundación en cada periodo de retorno

Para determinar el número y cantidad de hectáreas de áreas afectadas, importamos

los shapefile de los predios de las áreas aledañas a la faja marginal.

116

Figura 84 Importación de los shapefiles de los predios aledaños

5.10 CALCULO DE LA CANTIDAD DE ÁREAS AFECTADAS EN

HECTÁREAS

Damos click en Add Data, ubicamos el archivo de parcelas y luego damos click

en Add.

Figura 85 Ubicación de las parcelas

Y tenemos las parcelas en el mapa de inundación en el ArcMap.

117

Figura 86 Shapefile de los predios en el ArcMap

Para determinar el cálculo de hectáreas y numero de parcelas afectadas, es

necesario tener el área interceptada entre el rio y las parcelas, para esto nos dirigimos al

ArcToolBox y ubicamos la herramienta intersect.

Figura 87 Identificación de las zonas afectadas por cada tiempo de retorno

En este cuadro especificamos la intercepción entre la superficie de agua del

tiempo de retorno deseado y las parcelas, siempre especificando la ruta donde será

guardada al final damos click en OK.

118

Figura 88 Proceso de intersección entre las parcelas y la superficie de agua

Damos click derecho en table atributes, luego en el botón inferior damos click en

options, después para agregar una celda le damos click en Add File, esto para especificar la

celda.

Figura 89 Creación de la tabla de atributos para calcular el área afectada por la

inundación

Para determinar el tipo de cálculo se elige en este cuadro la opción calcule.

119

Figura 90 Proceso de cálculo de áreas afectadas

En field calculator especificamos las unidades de área requerida en este caso

hectáreas, ubicamos el shape area y lo dividimos entre 10000 y tenemos las áreas

afectadas en hectáreas.

Figura 91 Conversión de metros cuadrados a hectáreas

Y tenemos las áreas afectadas en hectáreas.

120

Figura 92 Celdas de áreas afectadas en hectáreas

Para determinar el número total de hectáreas afectadas nos dirigimos al comando

stadistic y así determinar tanto el número de parcelas afectadas como el número de

hectáreas afectadas en cada tiempo de retorno.

Figura 93 Número de hectáreas totales afectadas

5.11 ENCAUZAMIENTO

Ahora para determinar el ancho de encauzamiento en cada tiempo de retorno nos

dirigimos al menú principal, luego a la opción Edit, después a la opción Steady Flow

Analysis, luego click en Encroachments.

121

Figura 94 Cálculo del ancho de encauzamiento

En este cuadro ajustamos el método para determinar el ancho de encauzamiento,

en este caso es el método 2 que es simplemente consiste en poner el ancho máximo y la

pendiente del rio en estudio, damos click en set selected range para tener en todas las

progresivas el ancho de encauzamiento requerido y luego click en ok.

Figura 95 Proceso de intercepción entre las parcelas y la superficie de agua

Después retornando al ventana de steady flow analysis, damos click en compute

para procesar la simulación de inundación.

122

Figura 96 Procesamiento de datos implementando el ancho de encauzamiento


Y tenemos el ancho de encauzamiento requerido en cada tramo (anexo 7).

122




122




123

Figura 98 Simulación de inundación con ancho de encauzamiento

Los mapas de inundación y análisis hidráulico se encuentran en el anexo número

12 del presente trabajo de tesis.

5.12 Áreas inundadas

De acuerdo al mapa de inundación en cada periodo de retorno respectivo, se

calculó el número de áreas afectadas, así como el total de áreas inundadas con su

respectivo periodo de retorno en hectáreas, se determinó a que el número de hectáreas

aumenta conforme el periodo de retorno aumenta, y por consecuencia el caudal de retorno

aumente (anexo 9).

124

VI. DISEÑO DE DEFENSAS RIBEREÑAS

6.1 GENERALIDADES

Los ríos de la costa del Perú se caracterizan por ser caudalosos en la época de

avenidas o lluvias (enero, febrero y marzo) y de poco caudal en la época de estiaje (abril a

diciembre); siendo necesario el conocimiento y aplicación de medidas de prevención y

control de la erosión de los cauces de los ríos a fin de prevenir inundaciones. (Vásquez,

2000).

En la actualidad, existen planes para reducir la inestabilidad de los cauces y

consiguientemente minimizar los efectos negativos de la ocurrencia de desbordes e

inundaciones estacionales, se tiene experiencias que la mayoría tuvieron existen y aún

persisten, una de estas opciones son las estructurales que van de la mano con el diseño e

implementación de obras de defensas ribereñas, que están destinadas a proteger a las zonas

de objeto de estudio y también existen las opciones no estructurales, las indirectas que van

de la mano con la prevención, alerta y organización de las zonas que pueden ser afectadas,

dado que las avenidas súbitas requieren una respuesta rápida con la finalidad de evitar o

minimizar los riesgos negativos.

Las medidas preventivas tienden a solucionar problemas generados por la energía

erosiva del agua, entre ellas se tiene: medidas agronómicas y medidas estructurales.

6.2 MEDIDAS AGRONÓMICAS

Entre las medidas agronómicas se tienen las defensas vivas:

6.2.1 DEFENSAS VIVAS NATURALES

Son las mejores defensas contra la inundación y la erosión del rio. Constituido por

variedades de árboles y arbustos de buena densidad dispuestos en ambas márgenes del

lecho del río, manteniendo un ancho entre 30-40 metros, lo cual, en cierta manera,

constituye una garantía en su protección.

Otros, originan el debilitamiento de los cauces y riberas, ocasionando que el rio se

desborde provocando serios daños. (Vásquez, 2000)

125

6.2.2 DEFENSAS VIVAS FORESTADAS

Están basadas en la plantación de arbustos y árboles de raíces profundas que se

realiza una vez determinada la sección estable de un rio. Su densidad debe estar en función

de las características de las especies. Esta plantación se efectúa en sectores críticos, o como

complemento a las estructuras o defensa artificial. El ancho de plantación en cada margen

varía de acuerdo a las características del rio, por lo general de 10 a 30 metros. En la costa

peruana, las especies más empleadas son los Sauces, Huacán, Huarango, arbustos como

Chilca, Callacas, Pájaro Bobo, etc.; también la caña. (Vásquez, 2000)

6.3 MEDIDAS ESTRUCTURALES

Las obras de encauzamiento y defensas ribereñas pueden ser estructuras continuas

o discontinuas, son llamadas continuas también llamadas longitudinales, se apoyan sobre el

lecho y talud del río y se ubican en contacto permanente con la orilla fluvial y pueden ser

los diques de tierra con taludes protegidos, muros longitudinales y de concreto, enrocado,

gaviones entre otros sistemas; entre los sistemas; para los que se debe resolver el problema

de cimentación adecuada en función entre otros aspectos de las características fluviales y

profundidades de erosión que puedan alcanzarse en el rio. En cambio, las defensas

discontinuas están formadas por elementos aislados, separados uno del otro, pero que están

diseñados de tal manera que cumplan colectivamente una función protectora. En caso

general, la construcción de defensas tienen varias causas, quiere decir en función al

objetivo que se tengan que protegerse, el cual podría ser con fines de agricultura,

población, infraestructura, etc., lamentablemente en la mayoría de proyectos en la costa

resultaron negativos y hasta de consecuencias catastróficas, ya que no contaron con los

análisis socio-ambientales requeridos para su debida ejecución de obra. La aplicación de

obras de encauzamiento y defensas ribereñas, de mayor aplicación son los muros de

contención, que evitan que los ríos se desborden y erosionen las márgenes (impedir su

desplazamiento lateral); la ejecución de trabajos de encauzamiento mediante el uso de

maquinarias pesadas que tiene como propósito direccionar las líneas de flujo y controlar la

migración de meandros; y entre otras. (Vásquez, 2000)

Para poner en propuesta en este trabajo de investigación, una adecuada defensa

ribereña, fue necesaria en primer lugar la vida útil de las obras y simular los caudales de

avenida representativa, los pasos mencionados ya fueron realizados anteriormente, después

hacer el cálculo estructural e hidráulico, después calcular el costo unitario de cada

126

estructura y al final hacer el cálculo de caudal de diseño, que es simplemente el cálculo

mediante la gráfica de la curva costo-beneficio. Las obras propuestas para el diseño de

defensas ribereñas en el rio Chancay-Huaral, fueron elegidas debido al costo, operatividad

y funcionalidad y también para restaurar las condiciones de equilibrio del rio Chancay-

Huaral.

6.4 MATERIALES Y MÉTODOS

6.4.1 Materiales

- Software Auto-CAD.

- Programa River.

- Software Microsoft Excel.

6.4.2 Metodología

a. Selección y cálculo del ancho de encauzamiento

Para la selección del ancho fijo de encauzamiento, se requiere las condiciones de

frontera, esto quiere decir las condiciones del rio, por ejemplo el tipo de material que posee

en las orillas, el ángulo de fricción interna, si es que se da el caso, el tamaño de partículas,

teniendo esta información disponible, podremos emplear el método de encauzamiento de

los cuales se mencionan a continuación: Lacey, Inglis, Lane, Simmons, Altunin, Maza

Cruickshank, Blench.

127

b. Cálculo de elementos hidráulicos

Luego de la selección del método para calcular el ancho de encauzamiento, se

procederá a cálculo de los elementos hidráulicos. Estos son:

- Velocidad en el tramo encauzado.

- Caudal unitario.

- Tirante medio.

- Coeficiente de Manning “n”.

- Calculo de tirante “t”.

- Borde libre.

- Altura de muro.

- Profundidad de socavación.

c. Selección de defensas ribereñas

Después de tener los cálculos hidráulicos, se procede a la selección de defensas

ribereñas, en este seleccionó al enrocado y a los gaviones, debido a su bajo costo y poca

rigidez que posee, para más adelante realizar sus respectivos cálculos estructurales.

d. Cálculo de elementos estructurales de enrocado

Estos cálculos son necesarios para poder determinar el análisis de estabilidad

respectivo, los elementos estructurales que se requieren son los siguientes:

- Fuerza de empuje.

- Volumen de roca.

- Peso de la roca sumergida.

- Densidad relativa del material.

- Densidad del agua.

- Calculo del peso del enrocado.

128

e. Cálculo de estabilidad en gaviones

El diseño de caja en gaviones ya está estandarizado, es por eso que el diseño de

gaviones estará íntegramente dependiente de acuerdo al análisis de estabilidad, los cuales

se presentan a continuación:

- Estabilidad al volteo.

- Estabilidad al hundimiento.

- Estabilidad al deslizamiento.

f. Análisis hidroeconómico

Consiste en hacer un breve análisis económico en las estructuras seleccionadas

para el diseño de defensas ribereñas, dicho análisis da a conocer haciendo una comparación

de costos, los cuales determinarán cual es la estructura más conveniente. Los costos totales

son la suma del costo de pérdida con el costo de capital, la estructura que tenga el menor

costo total será la seleccionada para el diseño de defensas ribereñas para el presente trabajo

de tesis.

6.5 CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS EN LA FAJA DEL RIO

CHANCAY-HUARAL

6.5.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES

Como en todos los ríos de la Costa peruana, posee características de régimen

irregular y carácter torrentoso, bajo la influencia de las precipitaciones estacionales que

ocurren principalmente entre los meses de diciembre a marzo y en ocasiones en abril,

donde el cual discurre el 80% del volumen anual de agua que produce en la cuenca. En el

tramo donde se realizó el modelamiento para este trabajo de tesis, fue en todo el tramo de

la faja marginal del Rio Chancay Huaral, desde la estación hidrométrica de Santo Domingo

hasta la progresiva 0+040 metros, su lecho está conformado por material no consolidado

recubierto de arenas, gravas, gravillas y con piedras muy redondeadas con diámetros

inferiores a los 100 cm., que debido a sus características fluviomorfologicas predominan

los procesos de erosión lateral durante las épocas de crecidas, así como, los procesos de

acumulación sobre los de transporte. No obstante, estos procesos se concentran

129

mayoritariamente en movilizar y desplazar partes del material ya depositado, originando

que la sección sea muy variada y alcance sus máximas anchuras.

Es por eso que el comportamiento en el río Chancay Huaral, sea un cauce poco

estable y es por eso que presenta características físicas muy variadas, secciones muy

variadas que es resultado de los procesos erosivos, por lo que, antes de implementar las

estructuras de encauzamiento y defensa ribereña, es recomendable conocer las

características geométricas e hidráulicas del rio Chancay-Huaral y su comportamiento

frente a la ocurrencia de la avenida de diseño, por tal motivo para evaluar las

características hidráulicas del tramo evaluado se requirieron la utilización de los modelos

hidráulicos que ya fue detallado el proceso de simulación en el capítulo anterior.

6.5.2 DETALLES HIDRÁULICOS

Los detalles hidráulicos fueron obtenidos a través del modelo Hec-Ras (anexo 13

y 14), que es un modelo hidráulico unidimensional de régimen gradualmente variado, y

que nos proveen de las secciones del rio y de movimiento no uniforme, los datos obtenidos

del Hec-Ras fueron definidos bajo una serie de parámetros y condiciones que deben ser

incorporados al modelo hidráulico.

Como se mencionó en el capítulo anterior, se realizó el levantamiento topográfico

del cauce y riberas de la zona de la faja marginal del río Chancay Huaral con

secciones transversales de 20 metros de separación sobre una longitud total de

38.8 kilómetros aproximadamente, cuyas progresivas que abarcan son 0+040

metros hasta los 38+924 metros, que corresponde los tramos entre los sectores

Salinas (derecha) y Pasamayo (izquierda) hasta el sector Cuyo (izquierda) y

Saume (derecha).

Después se estableció los caudales de avenida desde los 5 hasta los 1000 años.

Terminando de acuerdo con la base de datos del ANA, el coeficiente de rugosidad

de Manning se determinó de acuerdo a los archivos Shapefile de capacidad de uso

mayor del suelo cuyos valores para cauces naturales son de 0.030 para el canal de

rio y 0.045 para las márgenes debido a que predomina arbusto natural de acuerdo

al SIG.

130

6.5.3 SELECCIÓN DEL MÉTODO PARA EL CÁLCULO DEL ANCHO DE

ENCAUZAMIENTO

Una de las formas de fijar en forma artificial el ancho de un rio es construyendo

un encausamiento. El encauzamiento fluvial representa el proceso largo y paulatino hecho

por el hombre para la naturaleza a sus necesidades. Un encausamiento se hace para

proteger un área o para crear las condiciones favorables de funcionamiento de una

estructura o de un proyecto.

La dinámica fluvial juega un papel importante en el comportamiento de un rio

encauzado. Los procesos de erosión (degradación) y sedimentación (agrandamiento) en el

cauce fluvial creado por un encausamiento suelen ser muy intensos. Es muy importante la

selección adecuada del ancho de encauzamiento, el que guarda mucha relación con la idea

de los ríos en equilibrio. Precisamente, allí se señala que en función del autoajuste un rio

tiene una tendencia a fijar sus propias variables hidráulicas (ancho, tirante y pendiente). El

encauzamiento es la imposición de estas variables. El diseño y construcción de un

encausamiento no puedo dejar de tener en cuenta y, aún más, debe precisar debidamente

además del cauce, las riberas y las fajas marginales. Esta consideración es particularmente

importante cuando se trata obras viales, ubicadas en el área de influencia (áreas de

inundación) de un rio. Lamentablemente, el manual de diseño de diseño de puentes no

menciona en sus aspectos hidráulicos, la necesidad de considerar las características de los

cauces, riberas y fajas marginales cuando se determina la longitud de un puente. Si el

encauzamiento produjese un estrechamiento excesivo, el rio socavaría y profundizaría su

lecho, para comprobar la cual bastaría con mirar el rio Rímac atravesando la ciudad de

Lima. Por el contrario, si el encauzamiento tuviese un ancho muy grande, entonces el rio

divagaría dentro del y podría atacar peligrosamente las defensas contribuyentes del

encauzamiento.

El encauzamiento puede significar también un cambio en el alineamiento natural

del rio. Si se corta un meandro, el tramo resultante tiene mayor velocidad y pendiente y por

lo tanto, mayor capacidad de arrastre (posibilidad de erosión) (Análisis de la estabilidad del

cauce del Llobregat tras la construcción de la autovía del Baix Llobregat). Fijadas las

condiciones de frontera se podrá establecer el ancho de encauzamiento del rio.

131

Existen muchos métodos para analizar la estabilidad de cauces, las opciones son

varias entre las que se pueden mencionar son: Lacey, Inglis, Lane, Simmons, Altunin,

Maza Cruickshank, Blench, etc., cada método se aplica de acuerdo a las condiciones y tipo

de material que se presente en el rio (Contreras, 2008).

La primera propuesta la de Altunin se desarrolló para cauces compuestos de

material grueso como gravas y boleos, el segundo para cauces arenosos y el tercero es de

mayor utilidad en cauces de márgenes formados con material cohesivo. Entre las

mencionadas, se establecerá el método de Altunin, dado que las características del lecho

evaluado es de material granular constituido por material grueso como grava y boleos.

a. Método de Altunin

Este método como se mencionó anteriormente se dio a partir de una serie de

observaciones realizadas en ríos con material granular grueso. El método fue propuesto en

1962 y analiza la estabilidad del cauce considerado velocidades cercanas a la velocidad

crítica que garantizan un transporte continuo de sedimentos, sin evaluar de manera

explícita la magnitud de dicho transporte (Análisis de la estabilidad del cauce del Llobregat

tras la construcción de la autovía del Baix Llobregat).

Debido a que el autor considera tres grados de libertad, plantea en su formulación

las siguientes ecuaciones fundamentales: una resistencia de las márgenes, otra que

considera el movimiento de las partículas de fondo y una tercera referente a la resistencia

al flujo. Por otra parte Altunin utilizó la expresión de Gluschkov en 1925 referente a la

teoría del régimen. Esta relación cuyo carácter inicial es puramente empírico, fue

establecida en base a observaciones llevadas a cabo en ríos de la antigua Unión Soviética

(Contreras, 2008).

=K*d (Ecuación-6.01)

La ecuación 5.01 se puede transformar y se ha propuesto utilizar también como:

B=∗ .

(Ecuación-6.02)

El coeficiente A está dado por la ecuación:

132

A=( ∗ ) /( ) (Ecuación-6.03)

Donde:

k Coeficiente que depende de la resistencia a las orillas.

- Material de cauce muy resistente su valor está entre 3 a 4.

- Material fácilmente erosionable su valor está entre 16 y 20.

- Material aluvial su valor está entre 8 a 12.

- En los problemas de ingeniería su valor es 10.

Z Exponente que para las condiciones indicadas anteriormente recomienda

igual a ½.

x Exponente que para las condiciones indicadas anteriormente recomienda

igual a 1/3.

B Ancho de la superficie libre en metros.

m Exponente

- Para cauces de montaña su valor es 0.5.

- Para cauces arenosos su valor es 0.7.

- Para cauces aluviales su valor es 1.0.

Para determinar el ancho estable del rio Chancay-Huaral, se ha asumido los datos

de caudales de tiempo de retorno con los siguientes datos k=10, n=0.045 y S=0.015. El

valor de A se obtiene de la ecuación (6.03).

A=( . ∗ ) /( ∗ )=1.32 (De la ecuación-6.03)

Para α=1/4 si 1.5<d<2.5 m. se tiene; de la tabla se obtiene Q/B, se obtiene el q

(caudal unitario).

Para calcular el radio hidráulico, se divide q/v y verificamos si está en el intervalo

de 1.5<d<2.5.

Por lo cual estos valores pertenecen al intervalo ya mencionado. Ahora se

comprueba los valores de B y d con la siguiente fórmula. Tomando en cuenta que la

sección es ancha y se asume que Rh=d.

133

Teniendo en cuenta la formula siguiente:

n=/ ∗ /

(Ecuación-6.04)

Por lo tanto, estos valores están comprendidos para los cauces naturales de los ríos

de Planicie para lechos granulares, en consecuencia el método Altunin es considerado

como el indicado con los valores asumidos (anexo 15).

Teniendo en cuenta que el encauzamiento es la imposición de estas variables.

Asimismo tomando en cuenta si el encauzamiento es muy estrecho se puede producir

erosión. Por otro lado el ancho que sea muy grande puede dar lugar a que el rio divague

(meandros). Todo rio tiene una tendencia natural para la determinación de sus variables

hidráulicas.

b. Calculo de la altura del muro

Con el cálculo del tirante normal, teniendo en consideración el perfil normal, el

mismo que permita el escurrimiento de las aguas y el transporte de acarreos.

t = (Q/ (KsboS1/2))3/5 (Ecuación-6.05)

Se debe de tomar en cuenta los siguientes valores:

- Q Caudales de máxima avenida cuyo tiempo de retorno es de 5 a 1000

años.

- Ks Coeficiente que depende de lechos naturales con fuertes acarreos

de transportes, en este caso el valor equivale a 22.

- Bo Ancho de encauzamiento de tiempo de retorno de 5 a 1000 años.

- S Pendiente del rio, cuyo valor equivale a 0.01.

- R Radio hidráulico.

- G 9.8 m/seg².

- Ø 1.100 Coeficiente en función de la máxima descarga y pendiente para

cada caso.

- V Velocidad media en el flujo.

134

Después para calcular el borde libre se requiere de la siguiente ecuación, para

luego calcular la altura total de muro (anexo 19).

BL = Ø (v2/2g) (Ecuación-6.07)

Después con la suma del tirante normal con el borde libre (anexo 19).

Hm = t + BL (Ecuación-6.08)

c. Calculo de la profundidad de socavación

Este se determina con el método propuesto por VAN LEBEDIEV, para cauces

naturales. Para fines ilustrativos consideramos el caso para suelos no cohesivos. Teniendo

en cuenta las siguientes relaciones. Sabiendo que a es el tirante de socavación (ts) y (a) es

un factor y (dm) es el diámetro de partículas de fondo. (Contreras, 2008)

a = Q/ (Ho5/3*b) (Ecuación-6.09)

(Ecuación-6.10)

Luego de obtener estos parámetros, se procede a calcular la profundidad de

socavación, que es la diferencia entre el tirante normal con el tirante de socavación (anexo

18) .

6.6 SELECCIÓN DE DEFENSAS RIBEREÑAS

6.6.1 OBJETIVOS

- Brindar de protección de las zonas urbanas y rurales de los desbordes ocasionados

por el incremento del nivel de agua del rio Chancay-Huaral.

- Protección de las márgenes del rio en caso de que se presente erosión.

- Estabilizar el cauce del rio Chancay-Huaral, de modo que en el futuro discurra por

el mismo cauce.

x1

1

0.28m

5/3o

s B0.68daH

=t

135

6.6.2 SELECCIÓN DE DEFENSAS RIBEREÑAS

El sistema de encauzamiento de un rio, varía en función del objetivo que se

tengan que protegerse, el objetivo puede ser áreas de cultivo, poblaciones, infraestructuras,

industrias, etc., a fin de evitar el desborde del rio y erosión, ya se producto de avenidas

normales o extremas en función del desplazamiento del rio, por lo que su adecuada

elección, depende de análisis técnicos y económicos, no obviando el análisis de impacto

ambiental y social del proyecto.

Con estas consideraciones, se debe de tomar en cuenta al momento de seleccionar

las obras de encauzamiento y defensa ribereña, lo cual dependerá en gran medida de la

existencia de materiales locales (canto rodado, gravas, etc.), la facilidad de transportar los

materiales locales, la parte económica, tiempo y mano de obra.

Como se trata de un cauce aluvial, se deben considerar la implementación de

estructuras flexibles que tengan la propiedad de absorber las deformaciones que son

ocasionadas por la erosión y socavación en sus bases.

Para tener en cuenta los criterios ya mencionados, las alternativas para el diseño

de defensas ribereñas en el tramo de la faja marginal del rio Chancay-Huaral se detallan a

continuación.

- Muros de encauzamiento de gaviones.

- Muros de encauzamiento de enrocado.

Estas estructuras fueron planteadas debido a su relativo bajo costo y tienen la

capacidad de ser flexibles en las condiciones que se presentan, debido a que pueden

absorber las deformaciones que son ocasionadas por la erosión y socavación. Las

estructuras serán diseñadas a partir de estudios anteriores, debido a que es un trabajo

netamente de modelamiento, se recolectaron datos de granulometría del rio de tesis

anteriores para luego procesarlas en el cálculo tanto estructural e hidráulico y hacer su

respectiva curva costo-beneficio, que determinará cuál es la estructura más favorable

económicamente.

136

6.6.3 ESTRUCTURA DE ENROCADO

Son estructuras hidráulicas de protección marginal continuas, conformada por

rocas colocadas con ayuda de maquinaria pesada, las cuales son implementadas con el

objetivo de proteger las zonas urbanas y rurales de los desbordes e inundaciones del rio.

La estabilidad de estas estructuras, depende de las velocidades, el ángulo de talud

del enrocado y de las características de la roca, en la mayoría de los casos estas estructuras

son utilizadas para proteger contra desbordes en las zonas adyacentes, donde se presentan

flujos de agua que embista la defensa de manera frontal y con gran poder erosivo, etc.

(Vásquez, 2000)

Figura 99 Esquema de cargas dique enrocados.

a. Cálculo de elementos estructurales de enrocado

Calculo del volumen de roca

Se tiene que calcular la fuerza de empuje y el volumen de roca que equilibra a esta

(anexo 20).

137

Fuerza de empuje

La fuerza de empuje unitaria ejercida por la presión del flujo de agua es:

F= (Dw*Cd*V²*A)/2 (Ecuación-6.11)

Donde:

F=fuerza de empuje (kg).

Dw=Densidad del agua (kg/m2).

Cd=Coeficiente de arrastre.

A=Área de las caras de la partícula (m2).

V=Velocidad de flujo.

De acuerdo con las fuerzas de empuje (anexo 26) en cada nivel de agua con su

respectivo tiempo de retorno, conforme el tiempo de retorno aumenta, el volumen de roca

que equilibra la fuerza unitaria de empuje aumenta y se da con la siguiente ecuación.

Vr=Ws/ (Pr-Pw) (Ecuación-6.12)

Donde:

Ws: Peso sumergido de la roca (kg).

Pr: Peso sumergido de la roca sumergida (kg/m³).

Pw: Peso específico del agua (kg/m³).

Vr: Volumen de roca (m³).

El volumen de roca hallado representa un peso de roca que no va a ser arrastrado,

pero se requiere emplear mayor volumen de roca para el revestimiento del dique, a fin de

lograr una labor de disipación de energía máxima si la fuerza de empuje están en función al

cuadrado de la velocidad, en todo caso debe considerarse un factor de seguridad para que

el volumen de roca cubra una superficie media y su separación no demande mayor gasto de

fraccionamiento y sea de fácil transporte. Para el caso se considera un factor de seguridad 4

veces el volumen máximo de la roca. Otro método para calcular el tamaño de roca y peso,

es en función al factor del talud (f), determinado por la inclinación del talud y ángulo de

fricción interna del material usado, como revestimiento. (Vásquez, 2000).

= ( )∅ (Ecuación-6.12)

138

Donde:

α= Angulo de talud.

Ø= Angulo de fricción interna del material.

Luego la densidad relativa del material será:

(Ecuación-6.13)

Donde:

s : Densidad del suelo.

a : Densidad del agua.

Para calcular el diámetro de las rocas se utiliza la siguiente relación:

(Ecuación-6.14)

Donde:

b: Factor para condiciones de mucha turbulencia, piedras redondas y sin que

permita movimiento de piedra para calcular el factor de estabilidad.

Luego se calcula la probabilidad que se moviese una piedra con un diámetro

mediano, para lo cual se usa la fórmula para calcular el factor de estabilidad.

(Ecuación-6.15)

Calculando el factor de estabilidad

(Ecuación-6.16)

Si 1/n> 1.00 entonces se demuestra que existe mayor seguridad.

Hallamos después el peso de la roca con diámetro D50 es:

(Ecuación-6.17)

a

as

f1

2gvb

d50

50

2

D2gv

=n

n1

tc

35050 DW S

139

Donde:

Δ: Factor que representa la aproximación del volumen de un piedra a la forma de

un cubo A=1, para esfera A=0.5 y piedra chancada A=0.65.

Calculo de la estabilidad del terraplén

La fuerza que se opone al deslizamiento es la del terraplén, debido a que en

condiciones desfavorables cuando la sección esta en época de estiaje. Los datos que se

requieren a continuación son los siguientes:

S/C= Sobrecarga.

Gs= Peso específico del suelo.

Ø= Angulo de fricción del terreno.

f=tanØ Coeficiente de rozamiento.

h=Altura del terraplén.

Y=Tirante máximo.

Para calcular el peso del enrocado, se requiere el coeficiente de empuje activo (ka)

para luego calcular el empuje activo (Ea).

Ka=tan (45-Ø/2) (Ecuación-6.18)

Ea=1/2KaGsH (H+S´) (Ecuación-6.19)

Después procedemos a calcular el peso del enrocado.

Ps= ((y+0.75*h)*h-h²/2)*2600 (Ecuación-6.20)

Luego calculamos la fuerza opositora al deslizamiento.

Fs=f*Ps (Ecuación-6.21)

Y para comprobar la seguridad al deslizamiento, se verifica mediante la siguiente

formula.

FSD=Fs/Ea > 1.50 (Ecuación-6.22)

f1

2gvb

d50

140

6.6.4 ESTRUCTURA LONGITUDINAL DE GAVIONES

Son aquellas estructuras recomendadas para suelos de baja capacidad de soporte.

Para en el caso del rio Chancay-Huaral fue propuesto debido a su bajo costo y la capacidad

de responder en forma directa las corrientes del material y el agua en las márgenes.

Como toda estructura longitudinal, tiene como propósito proteger las márgenes

laterales de las erosiones, derrumbamientos, transporte de sedimentos, controlar las

crecientes del rio, lo cual permitirá proteger las áreas agrícolas del valle y poblaciones

ribereñas de los desbordes e inundaciones y de esta manera acelerar el estado de equilibrio

del rio Chancay-Huaral. (Vásquez, 2000).

Los gaviones consisten en un conjunto de estructuras en formas prismáticas de

forma rectangular, confeccionado a partir de una red de malla hexagonal de doble torsión

de alambre de acero con recubrimiento de protección triple zincado, que serán rellenados

con rocas de canto rodado para formar en conjunto una unidad constructiva continua y de

excelente presentación, que es capaz de soportar el dinamismo de corrientes de agua,

empuje del terreno, etc., y añadiendo los espaciamientos entre piedra y piedra que le

brindaran alta permeabilidad y que la flora in situ pueda desarrollarse y así permitiendo

una mejor defensa contra la erosión (Contreras, 2008).

Los gaviones con sección típica no cumplen de forma satisfactoria las normas

requeridas, por el excesivo hundimiento de los gaviones por efecto de la erosión y

socavación de sus cimientos, pudiendo llegar al extremo del colapso.

Para contrarrestar estos colapsos, se requieren medidas para evitar el

socavamiento de los gaviones, es la implementación en la construcción de cestos de media

altura conocidos también como colchones reno y la extensión debe ser mucho mayor que el

cuerpo principal de la estructura, la base de cimentaciones se usaron a partir de 1.5 metros

y de altura de 1 metro.

141

a. Especificaciones técnicas

El alambre será de especificación SAE 1008, cuyo material base es carbono 0.06%, fosforo

0.04% y azufre 0.05%.La elongación del alambre no deberá ser mayor a 12%, la tracción

debe cumplir con la norma ASTM A 641, cuyo enrollado no deberá ser escamado o

quebrado o removido con el pasar del dedo, el diámetro de los alambres utilizados para la

fabricación de esta malla debe ser entre los 2.7 mm y los 3.4 mm para los bordes Los

gaviones caja tendrán una mínima base de a partir de 1.5 metros con 1 metro de altura, la

caja de gaviones se tendrá una tolerancia de 3% y la calidad de las piedras serán de la

mejor, dejando de lado las grietas y sustancias extrañas adheridas, el tamaño deberá ser

para el gavión caja será de 6” y 10” y en el colchón reno entre 4” y 8” (Maccaferri, 2011).

b. Diseño de diques y análisis de estabilidad en gaviones

La determinación del peso específico del gavión, depende del material del relleno

y del porcentaje de vacíos al interior del gavión. Para calcular el valor del peso específico

del gavión lleno, usamos la siguiente relación.

γg =γp*(1-n) (Ecuación-6.23)

Los gaviones son estructuras de se sostiene mediante su propio peso y de todas las

fuerzas que actúan sobre ella, que principalmente son el empuje de agua y suelos, en

función con las fuerzas se analizará la resistencia al deslizamiento en torno a un punto base

que denominaremos punto “o”. Para el diseño de gaviones se debe de tener en cuenta los

siguientes datos (anexo 26):

Φ Angulo de fricción interna del suelo igual a 35º.

Θ Angulo de talud sobre el muro igual a 25º.

γs Peso específico del relleno igual a 2000 kg/m³.

γ Peso específico de la piedra igual a 2200 kg/m³.

γw Peso específico del agua igual a 1000 kg/m³.

σ Capacidad portante del suelo igual a 1.30 kg/cm².

Primero se realiza el pre-diseño de los gaviones caja, con sus respectivas

dimensiones ya estandarizadas. Después se realiza el procedimiento de cálculo de las

fuerzas y su estabilidad para lo cual tenemos la siguiente relación.

(Ecuación-6.24)

22

22

coscoscos

coscoscoscos

Ka

142

Luego se procede a calcular el empuje del suelo, en este caso el momento de

vuelco debido a la presión activa ejercida por el suelo (ANEXO 26).

Pi= ∗ ∗ ∗ (Ecuación-6.25)

Luego se aplica la fórmula de momento al volteo con respecto al punto “B”

debido al suelo.

Pi= *ℎ *yr (Ecuación-6.26)

Donde:

Pi= Presión ejercida por cada bloque de gavión.

di=Base del gavión.

hi=Altura del bloque del gavión.

yr=Peso específico del gavión.

Para calcular el momento de la fuerza se utiliza la siguiente relación:

Mr=Xi*Pi (Ecuación-6.27)

Donde:

Xi=La distancia del punto de aplicación hasta la ubicación del centro geométrico

del bloque de gavión.

Pi=Presión ejercida del bloque del gavión.

Luego utilizando la siguiente formula (anexo 27) se aplica para calcular el punto

de aplicación de la fuerza.

X=( ) (Ecuación-6.28)

Tomando en cuenta el valor de X calculamos la excentricidad mediante la

siguiente ecuación.

E= -x (Ecuación-6.29)

Donde

E=Excentricidad.

B=Es la base del gavión.

143

Para verificar si la excentricidad es la adecuada (anexo 27) utilizamos la siguiente

relación:

0<e<B/6 (Ecuación-6.30)

Tomando en cuenta los resultados del valor obtenido de la excentricidad se

determina los valores de la carga máxima ( ) y carga mínima ( ).

= (1 + 6 / ) /B; si <Cps entonces cumple. (Ecuación-6.31)= 1 + /B; si > . (Ecuación-6.32)

c. Verificación del volteo (Cv)

Se usa un coeficiente de volteo Cv (anexo 10) mayor o igual a 1.5.

Cv= > 1.5 (Ecuación-6.33)

d. Verificación Contra deslizamiento Horizontal

Se usa un coeficiente de deslizamiento (anexo 29) Cd mayor o igual que 1.5.

Cd=∑ ∗∑ ≥ 1.5 (Ecuación-6.34)

El deslizamiento se puede producirse en la interface base del muro y le suelo,

coeficiente de fricción µ=0.55.

El deslizamiento se puede producir entre suelo-suelo por debajo de la base del

muro.

µ=0.9*tan(Φ)=0.63 (Ecuación-6.35)

FSD=( ∗ ) ≥ 1.5 (Ecuación-6.36)

Si cumple con las restricciones, la estructura no fallará por deslizamiento.

e. Estabilidad de los gaviones cuando está lleno de agua.

Se repite el procedimiento pero esta vez incluyendo algunas fórmulas como el

empuje que realiza el agua (ANEXO 30), calculo del momento de volteo con respecto al

144

punto de aplicación), luego se procede a calcular el empuje del suelo, en este caso el

momento de vuelco debido a la presión activa ejercida por el suelo (Contreras,2008).

Pi= ∗ ∗ ∗ (Ecuación-6.25)

Ea= ∗ ∗ ∗ (Ecuación-6.37)

Luego se aplica la fórmula de momento al volteo con respecto al punto “B”

debido al suelo.

Pi= *ℎ *yw (Ecuación-6.26)

Pagua= *ℎ *yw (Ecuación-6.38)

Donde:

Pi= Presión ejercida por cada bloque de gavión.

Pagua= Presión ejercida por el tirante de agua.

di=Base del gavión.

hi=Altura del bloque del gavión o del agua.

yr=Peso específico del gavión.

yw=Peso específico del agua.

Para calcular el momento de la fuerza se utiliza la siguiente relación:

Mr=Xi*Pi (Ecuación-6.27)

Donde:

Xi=La distancia del punto de aplicación hasta la ubicación del centro geométrico

del bloque de gavión o de la altura del agua.

Pi=Presión ejercida del bloque del gavión o por la columna del agua.

Luego utilizando la siguiente formula se aplica para calcular el punto de

aplicación de la fuerza.

X=( ) (Ecuación-6.28)

Tomando en cuenta el valor de X calculamos la excentricidad (ANEXO 27)

mediante la siguiente ecuación.

E= -x (Ecuación-6.29)

Donde

145

E=Excentricidad.

B=Es la base del gavión.

Para verificar si la excentricidad son las adecuadas utilizamos la siguiente

relación:

0<e<B/6 (Ecuación-6.30)

Tomando en cuenta los resultados del valor obtenido de la excentricidad se

determina los valores de la carga máxima ( ) y carga mínima ( ) (anexo 28).

= (1 + 6 / ) /B; si < Cps entonces cumple. (Ecuación-6.31)

= 1 + /B; si > . (Ecuación-6.32)

f. Verificación del volteo (Cv)

Se usa un coeficiente de volteo Cv mayor o igual a 1.5.

Cv= > 1.5 (Ecuación-6.33)

g. Verificación Contra deslizamiento Horizontal

Se usa un coeficiente de deslizamiento Cd mayor o igual que 1.5.

Cd=∑ ∗∑ ≥ 1.5 (Ecuación-6.34)

El deslizamiento se puede producirse en la interface base del muro y le suelo,

coeficiente de fricción µ=0.55.

El deslizamiento se puede producir entre suelo-suelo por debajo de la base del

muro.

µ=0.9*tan (Φ)=0.63 (Ecuación-6.35)

FSD=( ∗ ) ≥ 1.5 (Ecuación-6.36)

Si cumple con las restricciones, la estructura no fallara por deslizamiento.

146

Los cálculos estructurales se encuentran detallados en el anexo número de 30 del presente

trabajo de investigación.

Figura 100 Esquema de cargas muro de gaviones.

6.7 ANÁLISIS HIDROECONOMICO

El periodo de retorno de diseño optimo puede determinarse por una análisis

hidroeconomico si se conocen tanto la naturaleza probabilística de un evento hidrológico el

daño que resultaría si este ocurre sobre un rango posible de eventos hidrológicos. A

medida que el periodo de retorno de diseño se incrementa, los costos de capital de la

estructura aumentan, pero los daños esperados disminuyen debido a que se proporciona

una mejor protección. Sumando los costos de capital y los costos de los daños esperados

anualmente, puede encontrarse el periodo de retorno de diseño que tenga los menores

costos totales. (Chow, 1994).

147

Figura 101 Probabilidad de excedencia anual, daños para eventos con diferentesperiodos de retorno

Fuente: Hidrología aplicada Ven te Chow

Figura 102 Periodo de retorno de diseño (años), ° Costo de riesgo, □ Costo de capital,▲ Costo total


En las figuras (anexo 33 y 34), muestran el daño que resultaría si ocurre un

evento como una creciente, con el periodo especificado. Si la magnitud del evento de

147







147







148

diseño es Xt, la estructura evitaría todos los daños para eventos con x≥xt, pero ninguno

para eventos x≤xt, luego el costo anual de daños esperado se encuentra mediante el

producto de la probabilidad f(x) d(x) de que un evento de magnitud x ocurra en un año

dado, y el daño D(x) que resultaría de este evento e integrando para x>xt (el nivel de

diseño) (Ven Te Chow, 1994). Es decir, el costo anual esperado Dt es.

Dt=∫ ( ) ( ) (Ecuación-6.39)

Lo cual está representado por el área sombreada en las figuras 6.1 y 6.2.

La ecuación 6.39 se evalúa al dirigir el rango de x>xt en intervalos y calcular el

costo anual de daños esperado para eventos en cada uno de los intervalos. Para ≤ ≤. (Ven Te Chow, 1994).

Δ =∫ ( ) ( ) (Ecuación-6.40)

La cual puede aproximarse por:

∆ ( ) ∫ ( ) )= ( )( ( )- ) (Ecuación-6.41)

Pero ( )- ( )= (1- )-(1- )= - , luego la ecuación 6.41 se

puede describirse como.

∆ = ( - ) (Ecuación-6.42)

Y el costo anual de daños esperado para un estructura con un periodo de retorno T

está dado por

=∑ ( - ) (Ecuación-6.43)

El costo total puede calcularse sumando Dt a los costos de capital anuales de la

estructura; el periodo de retorno del diseño óptimo es aquel que tenga el costo total mínimo

(Chow, 1994).

149

De acuerdo con el análisis hidro-económico, se puede determinar que la defensa

ribereña adecuada para este proyecto son los gaviones debido a su bajo costo de

construcción y de dar oportunidad de trabajo a las personas que viven en la zona, sin

necesidad de usar maquinaria pesada que pueda degradar y alterar el cauce del rio más de

lo que ya está.

Los análisis respectivos de costos se encuentran en el anexo número 30 del

presente trabajo de tesis.

150

VII. RESULTADOS Y DISCUSIONES

7.1 Aplicación de las funciones de distribución probabilísticas

En el primero cuadro que podemos apreciar, nos da a conocer los datos de

caudales máximos diarios, los datos hidrométricos fueron extraídos en la estación

hidrométrica de Santo Domingo, que abarca desde el años 1922 hasta el 2010. En Tabla 2,

podemos apreciar los caudales con su respectivo año de registro.

Tabla 3 Caudales máximos medios diarios del río Chancay-Huaral Estación SantoDomingo (Periodo 1922-2010)

Año

Caudal

máximo

m3/s Año

Caudal

máximo

m3/s Año

Caudal

máximo

m3/s Año

Caudal

máximo

m3/s

1922 88.90 1945 27.50 1967 122.00 1989 110.88

1923 88.90 1946 60.00 1968 32.20 1990 28.90

1924 97.00 1947 66.00 1969 106.07 1991 72.00

1926 85.00 1948 65.00 1970 158.83 1994 28.50

1927 96.00 1949 71.17 1971 83.20 1993 78.32

1928 32.00 1950 29.00 1972 484.19 1994 65.94

1929 59.00 1951 120.56 1973 172.08 1995 45.00

1930 88.00 1952 100.49 1974 143.20 1996 125.36

1931 60.00 1953 141.40 1975 97.30 1997 93.23

1932 120.00 1954 164.50 1976 125.43 1998 106.31

1933 140.00 1955 206.00 1977 115.51 1999 120.00

1934 180.00 1956 40.00 1978 64.85 2000 112.40

1935 115.00 1957 87.24 1979 90.05 2001 165.06

1936 101.00 1958 60.35 1980 78.65 2002 97.46

1937 43.00 1959 88.02 1981 142.53 2003 158.49

1938 60.00 1960 67.09 1982 81.00 2004 61.19

1939 130.00 1961 101.45 1983 120.00 2005 92.67

1940 72.00 1962 115.99 1984 116.62 2006 114.67

1941 220.00 1963 123.14 1985 73.20 2007 128.33

1942 82.00 1964 97.96 1986 70.00 2008 80.33

1943 176.97 1965 98.50 1987 80.00 2010 41.17

1944 82.08 1966 56.60 1988 52.00

151

En la figura 103 se presentan los análisis probabilísticos para el análisis de

máximas avenidas, cuyos datos fueron extraídos de la estación hidrométrica de Santo

Domingo, los cuales fueron procesados para determinar caudales con una probabilidad de

95% de acuerdo a sus periodos de retorno, los caudales de tiempo de retorno se presentan

de acuerdo a las funciones que fueron aplicadas. Los resultados en cada función son

cercanos entres los mismos. En función a los parámetros de X= 1.9481006 y

S=0.217035448 en caso sea la función logarítmica, syx son 100.46 m³/s y 58 m³/s

(media y desviación estándar) donde la función no sea logarítmica respectivamente, las

funciones probabilísticas como podemos apreciar sus valores estimados son semejantes.

Figura 103 Distribución de caudales máximos (Distribución Log-Normal, Gumbel,Log-Pearson 3)

7.2 Prueba de bondad de ajuste Smirnov-Kolmogorov

En el siguiente Tabla 3, nos da a conocer los valores D calculados con los valores

teóricos de la tabla de Kolmogorov, se puede apreciar que las funciones de distribución

probabilística cumplen con la prueba de bondad de ajuste, dado que sus valores D máx. ,

son menores a los valores de la tabla teórica, por lo tanto se tomará el valor con menor

valor, los valores calculados fueron hallados en los ANEXO 4,5 y 6.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Caud

ales

en

m3/

s (Q

)

Tiempo de retorno en años

Log-Normal

Gumbel

Log-Pearson 3

152

Tabla 4 Resultados de la prueba de bondad de ajusto Smirnov-Kolmogorov

Función de

Distribución D max

Kolmogorov

n=87,=0.05 Decisión

Log Normal 0.0718 0.146 1

Log Pearson III 0.083 0.146 2

Gumbel 0.113 0.146 3

Fuente…

Como se puede apreciar, la distribución Log-Normal posee el valor mínimo y por lo

tanto es la función elegida para hacer el modelamiento geo-espacial de la faja marginal del

rio Chancay-Huaral.

7.3 Análisis de resultados de la modelación geo-espacial

De acuerdo con el análisis determinó un total de 38 km. de faja digitalizada,

abarcando las progresivas 0+040 metros hasta la progresiva 38+924 metros, cuyo número

total de cortes es de 1972, con una separación de aproximadamente 20 metros, de

pendiente de valor aproximado 0.01, los cortes se les dieron una separación de 20 metros

para mostrar mayores detalles de la geometría del rio, asumiendo los valores del

coeficiente de Manning tanto en márgenes izquierda y derecha y el valor de Manning del

lecho de rio, estos valores da como resultado los mapas de inundación de cada tiempo de

retorno respectivo.

De acuerdo en el análisis del HEC-RAS, en el siguiente Figura 100 podemos ver

los anchos máximos de cauce, junto con el ancho promedio de cauce, como se sabe

anteriormente los valores de ancho máximo y promedio aumentan conforme el tiempo de

retorno aumente, por esta razón el nivel de inundación es crítico conforme el caudal de

máximas avenidas aumente, debido a que es un reflejo del nivel de daños que puede

producir sin que se tome las medidas necesarias ya que se sabe muy bien que el rio

Chancay-Huaral posee un régimen muy inestable, añadiéndole la intervención del ser

humano para poder aprovechar su cauce para distintos fines.

153

Figura 104 Cuadro de ancho máximo y ancho promedio natural del Rio Chancay-Huaral.

Luego con ayuda de los shapefile de parcelas codificadas previamente, se

demuestra en el siguiente cuadro, el número de parcelas afectadas así como su total en

hectáreas, se puede observar que conforme el caudal de tiempo de retorno avanza, el nivel

de agua en el rio se incrementa provocando así las pérdidas de tierras cultivables, como se

en la figura 105 y 106 que representa la curva del total de áreas afectadas y el número de

hectáreas afectadas.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Anc

ho d

e ri

o en

met

ros

Periodo de retorno en años

Anchopromedio

Anchomáximo

154

Figura 105 Resultados del total de áreas afectadas en hectáreas con su periodo deretorno respectivo.

Figura 106 Resultados del total de parcelas afectadas con su periodo de retornorespectivo.

En este cuadro podemos apreciar, los datos de áreas inundadas extraídas de los

mapas de inundación procesadas en el Arc-Gis 9.3, y observamos que conforme el tiempo

de retorno aumente, el número de parcelas y por lo tanto la cantidad de áreas afectadas

aumenta.

0

50

100

150

200

250

0 2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Are

a af

ecta

da e

n he

ctar

eas.


Areaafectadasenhectáreas.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Núm

ero

de p

arce

las

afec

tada

s


Parcelasafectadas

155

7.4 Tramos críticos de la faja marginal del rio Chancay-Huaral.

En figura 107, 108 y 109 gracias de la interface del arcmap, se pudo encontrar

las zonas críticas en caso de inundación de la faja marginal del rio Chancay-Huaral, en

este caso las figuras que se presentan a continuación representan para un tiempo de retorno

de 150 años como podemos apreciar el shapefile del espejo de agua del rio el matiz color

azul oscuro indica que el tirante de agua es el más profundo, por otro lado el matiz de color

celeste índica el nivel de tirante de agua es el menos profundo , como podemos apreciar el

primer tramo abarca las progresivas 12+856 hasta 13+759, luego desde la progresiva

15+081 hasta la progresiva 17+450 y finalmente las progresivas 22+960 hasta la

progresiva 23+400, en el cuadro de anchos máximos se pueden apreciar que dichos valores

se ubican en los tramos críticos conforme se muestra en los mapas ya mencionados donde

se presentan mayor erosión indicando un grave riesgo a las zonas de cultivo y demás usos.

Las áreas afectadas están representadas en color rosado claro, teniendo en cuenta lo

siguiente, que los tramos de mayor tamaño son en la mayoría brazos de agua que han sido

derivados en la márgenes debido al movimiento de piedras provocados por la acción

humana con el afán de querer estabilizar el cauce, para ello se requiere un examen

exhaustivo in situ para poder determinar si dicho fenómeno en su mayoría es el

responsable. Como se puede observar en las figuras las áreas afectadas están representadas

de color rosado, los colores de color azul y tonalidad celeste son las capas que representa

los caudales de máximas avenidas, el color verde claro representa la capa de las parcelas y

los colores verde oscuro, marrón y crema, representa la capa del TIN.

Figura 107 Tramo progresiva 12+856-13+759

156



7.5 Identificación de tramos de encauzamiento

En el siguiente cuadro que gracias al análisis de encauzamiento en el HEC-RAS,

utilizando el método de encauzamiento número 2, que consta de colocar el valor del ancho

de encauzamiento calculado a través del método de Altunin y colocando el valor de la

pendiente del rio que es de 0.01, podemos visualizar el número de tramos, con ese número

de tramos multiplicando por 20 que es la longitud de un tramo en metros, obtendremos el

total de metros de encauzamiento que requeriremos para más adelante para poder realizar

el diseño de defensas ribereñas, el número total de metros debemos de tener en cuenta la

suma de ambas márgenes, los resultados no son exactos pero nos pueden ayudar a

determinar que tramo es conveniente ejecutar una obra de encauzamiento.

157

Tabla 5 Resultados del total de áreas afectadas en hectáreas, con su númerorespectivo.

Tiempo de

retorno en

años

Nº de

tramos

Total de

metros

5 2095 41900

10 2823 56460

25 3000 60000

50 3000 60000

75 3004 60080

100 3255 65100

150 3327 66540

200 3367 67340

300 3400 68000

400 3355 67100

500 3400 68000

1000 3460 69200

7.6 Ancho de encauzamiento

En el siguiente cuadro, se aplicó el método empírico de encauzamiento de

Altunin, debido a que se presenta materiales sueltos dispersos, por lo tanto este método es

el más usado para aplicar a este tipo de condición que se presenta, teniendo en cuenta los

valores de caudal, el coeficiente A que depende de las resistencias a las orillas en este caso

posee un alta resistencia debido al material de bolomeria que posee y cuyo valor diámetro

es de 100 mm, coeficiente de Maning que en este caso es 0.04 y 0.03, coeficiente del tipo

de cauce, en este caso es 1 y por último multiplicando el valor de la pendiente equivalente

a 0.01.

Los valores que se presentan por conforme el tiempo de retorno aumenta, el ancho

de encauzamiento también sucederá lo mismo en sus valores respectivos.

158

Figura 110 Ancho de encauzamiento B aplicado por el método de Altunin.

7.7 Cálculo de la velocidad media.

Con ayuda del criterio de Maning se calculó las velocidades medias en cada

periodo de retorno, previamente debemos tener en cuenta el ancho de encauzamiento, el

tipo de material de acarreo que existe, la pendiente cuyo valor es igual a 0.01 y el radio

hidráulico cabe recalcar que el caudal de tiempo de retorno es fundamental para poder

hacer el análisis hidráulico. Los resultados se observan a continuación en la figura 111 a

continuación.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Anc

ho d

e en

caus

amie

nto


Ancho deencausamiento métodoAltunin

159

Figura 111 Cuadro de velocidad media en m/s

7.8 Calculo de tirante y borde libre

Teniendo en cuenta el caudal, coeficiente k y el ancho de encauzamiento, se

obtendrá los valores del tirante en metros, conforme el tiempo de retorno aumente el tirante

hidráulico aumentará, así como el valor del borde libre que teniendo como variables a la

velocidad media y como constante al valor de la gravedad obtendremos dichos valores,

estos valores serán sumados para obtener así la altura de muro requerida para más adelante

poder realizar los cálculos estructurales requeridos. En los siguientes cuadros podemos

apreciar el valor del tirante hidráulico en metros así como el valor del borde libre en m., así

como valor final de altura de muro calculado en metros. En las siguientes figuras 112, 113

y 114 con mayor detalle los cálculos de tirante hidráulico, borde libre y en consecuencia el

cuadro de altura de muro.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Vel

ocid

ad m

edia

en

m/s

Perido de retorno en años

VelocidadMedia enm/S

160

Figura 112 Cálculo de tirante hidráulico en metros, teniendo como valor de lapendiente S equivalente a 0.01.

Figura 113 Cálculo de borde libre en metros.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Tira

nte

en m

etro

s (m

)

tiempo de retorno en años

Tirantehidraulico enmetros.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Bord

e lib

re e

n m

etro

s


Borde libre enmetros (m)

161

Figura 114 Cálculo de la altura de muro en metros

7.9 Profundidad de socavación

Teniendo en cuenta los valores de tirante y el tirante de socavación podremos

determinar la profundidad de socavación, previamente debemos de tener en cuenta el valor

del ancho de encauzamiento, y diámetro medio de partículas, y un coeficiente que depende

del tiempo de retorno cuya variable es “B”, luego tener en cuenta el coeficiente “a” que

depende de la altura de muro, caudal, ancho de encauzamiento en este caso podemos

apreciar en la figura 115 en cuenta el diámetro de bolomería.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Alt

ura

de m

uro

en m

etro

s


Altura delmuro enmetros(m)

162

Figura 115 Profundidad de socavación (ts - t) en metros

7.10 Cálculos estructurales en enrocados

Después de haber realizado el cálculo hidráulico, se procede a realizar los cálculos

estructurales en este caso procederemos a realizar dichos cálculos comenzando con los

enrocados. En el siguiente cuadro se puede apreciar el cálculo de volumen de roca,

previamente se realiza el cálculo preliminar de la fuerza de empuje, para poder realizar

dicha operación, se requiere ciertos valores, la densidad del agua de valor 101.64, la

velocidad media, el coeficiente de arrastre de valor constante 0.65 y la velocidad media,

después de haber calculado el volumen de roca, se procede a multiplicar ese volumen por 4

debido al factor de seguridad que requiere este tipo de estructuras y evitar un colapso. Los

datos que se presentan a continuación, en la figura 116 pertenecen en su respectivo tiempo

de retorno, conforme el tiempo de retorno aumenta el volumen de roca aumenta, hay que

tener en cuenta que el área que hace contacto con el agua es de 1 metro cuadrado.

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Prof

undi

dad

de s

ocav

acio

n (m

)


Profundidad desocavacion(ts-t)en metros

x1

1

0.28m

5/3o

s B0.68d

aH=t

163

Figura 116 Cálculo de fuerza de empuje, volumen de roca y volumen de roca real.

Después de haber obtenido el volumen de roca se procederá a realizar el cálculo

de empuje activo y el peso de enrocado, previamente se requerirá el coeficiente de empuje

activo, cuyo valor de ángulo de fricción interna es de 45 grados, este valor será constante

para realizar el cálculo de empuje activo respectivo, teniendo en cuenta que el empuje

activo está en función del periodo de retorno, en consecuencia aumentará el volumen y el

empuje activo, en la figura 117 podemos apreciar el cálculo de empuje activo y el peso del

enrocado, previamente debemos de tener en cuenta las condiciones de frontera, como el

peso específico del relleno y el coeficiente de empuje activo 0.27, en función del ángulo de

fricción interna.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Vol

umen

de

roca

rea

l en

m3


Volumen deroca real

164

Figura 117 Cálculo de coeficiente empuje activo, empuje activo y peso del enrocado.

Después de haber calculado el peso del enrocado se procede a calcular la fuerza

opositora al deslizamiento y después el cálculo al factor de seguridad al deslizamiento, el

primer cálculo de la fuerza opositora al deslizamiento, que se requiere el ángulo de

fricción interna para luego calcular el coeficiente de rozamiento, después de haber

realizado dicho calculo, se procede a multiplicar con el peso del enrocado en kg y

finalmente para calcular el factor de seguridad de deslizamiento que consiste la división

entre la fuerza opositora y el empuje activo, si el factor es mayor al valor mínimo, entonces

quiere decir que el análisis al deslizamiento cumple. En la tabla 5 se puede expresar el

cuadro de la fuerza opositora al deslizamiento y el cálculo del análisis de estabilidad, el

factor de seguridad disminuye debido a que aumenta la altura del enrocado conforme el

tiempo de retorno aumenta. El coeficiente de rozamiento se asume con un valor de 0.70,

debido a que el ángulo de fricción interna es equivalente a 35º.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Empu

je a

ctiv

o (E

a)


Empujeactivo(Ea)

165

Tabla 6 Calculo de la fuerza opositora al deslizamiento, factor de seguridad yconclusión del cálculo del factor de seguridad (estiaje)

Fuerza opositora al

deslizamiento

Factor de

seguridad f=0.70

Fs=fPs= FSD=Fs/Ea= Conclusión

4997.58 5.29 ok

5980.53 4.84 ok

6584.21 4.62 ok

7313.72 4.40 ok

7841.32 4.27 ok

8144.94 4.20 ok

8347.47 4.16 ok

8645.15 4.10 ok

8854.86 4.06 ok

9156.47 4.00 ok

9368.52 3.97 ok

9537.39 3.94 ok

10047.53 3.86 ok

7.11 Calculo de análisis de estabilidad en gaviones

Para en el caso de diseño estructural de gaviones, el diseño de caja esta ya

prediseñado, esto quiere decir que a partir del cálculo de estabilidad en gaviones, se

decidirá si el diseño será el adecuado o no. Previamente tenemos el pre-diseño del muro de

gavión, para eso necesitamos los datos de la altura de muro, una vez que tengamos la altura

de muro, se procede a redondear siendo este valor final termine en decimales 0 o 0.5, esto

quiere decir que si tenemos de altura de muro calculada equivalente a 1.8 metros, este se

redondea al inmediato superior, en pocas palabras a 2.0 metros debido que la altura de caja

del gavión solo puede ser de 1 metro o 0.5 cuyas unidades son en metros. La figura 118 se

expresa claramente.

166

Figura 118 Cálculo de la altura de gavión en metros.

Luego de haber realizado el cálculo de altura de gaviones procederemos a realizar

el cálculo del coeficiente de volteo, para esto se requiere los valores de la presión activa,

del momento rotatorio, el empuje vertical y del momento al volteo. Primeramente debemos

calcular el coeficiente de empuje activo, para ello necesitamos el ángulo de fricción interna

cuyo valor es de 35 grados, luego con la altura de muro en metros y el coeficiente de

empuje se procede a calcular la presión activa, después junto con la presión activa y la

altura de muero se procede a calcular el momento rotatorio en toneladas- metro, junto con

el momento al volteo que previamente fue calculado con la presión del suelo y la distancia

del punto de aplicación, se procede a dividir el momento rotatorio y el momento al volteo,

que dará a conocer el resultado del coeficiente del volteo, los resultados poseen un valor

mayor a 1.5, demostrando que cumple con el análisis de volteo. En la tabla 06 se presenta

los valores, con su respectivo periodo de retorno. Conforme podemos apreciar los factores

al volteo cumple con el análisis de estabilidad con su respectivo periodo de retorno.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Alt

ura

de g

avió

n en

met

ros


Altura degavión enmetros

22

22

coscoscos

coscoscoscos

Ka

167

Tabla 7 Calculo del coeficiente de volteo.

Tiempo

de

retorno

en años

Altura

de

muro

en

metros

Presión

activa (tn):

Momento

rotatorio

(Tn-m)

Ka

vertical

Momento

al volteo

(tn-m)

Coeficiente

volteo

(CV)

(Mr/Mv)

2 2.0 1.45 0.97 0.61 4.68 4.83

5 2.5 2.27 1.89 0.96 10.18 5.38

10 2.5 2.27 1.89 0.96 10.18 5.38

25 2.5 2.27 1.89 0.96 10.18 5.38

50 2.5 2.27 1.89 0.96 11.83 6.25

75 3.0 3.27 3.27 1.38 11.83 3.62

100 3.0 3.27 3.27 1.38 11.83 3.62

150 3.0 3.27 3.27 1.38 11.83 3.62

200 3.0 3.27 3.27 1.38 11.83 3.62

300 3.0 3.27 3.27 1.38 11.83 3.62

400 3.5 4.45 5.19 1.88 21.45 4.13

500 3.5 4.45 5.19 1.88 21.45 4.13

1000 3.5 4.45 5.19 1.88 21.45 4.13

Para hacer el análisis de deslizamiento que ocurre en la interfase base del muro y

suelo, para ellos se requiere los empujes del suelo, la presión activa y el ángulo de fricción

interna del suelo. Luego procederemos a realizar el cálculo del análisis de deslizamiento.

En el siguiente cuadro podemos apreciar el cálculo de seguridad al deslizamiento teniendo

en cuenta los respectivos periodos de retorno. Como podemos apreciar el análisis de

deslizamiento los valores respectivos, cumplen debido a que son mayores que 1.5.

168

Tabla 8 Calculo de factor de seguridad al deslizamiento (FSD)

tr (Tiempo de

retorno en

años)

Pi (empuje

activo)

Presión

activa

(tn): FSD

2 5.5 1.45 2.38

5 8.8 2.27 2.44

10 8.8 2.27 2.44

25 8.8 2.27 2.44

50 9.9 2.27 2.75

75 9.9 3.27 1.91

100 9.9 3.27 1.91

150 9.9 3.27 1.91

200 9.9 3.27 1.91

300 9.9 3.27 1.91

400 14.3 4.45 2.02

500 14.3 4.45 2.02

1000 14.3 4.45 2.02

El mismo procedimiento se puede deducir cuando el empuje de agua es

considerado, los factores de seguridad a continuación en las figura 119 y tabla 8 el

momento al volteo y momento rotatorio.

169

Figura 119 Cálculo del momento al volteo del terreno.

Tabla 8 Calculo del momento al volteo total, momento desde la base y el factor deseguridad al desplazamiento.

Empuje

de agua

(Ea)

Yi (distancia

de la base al

punto de

aplicación) Mv(agua)

Ph=(Pa-

Ea) Mv total

Momento

desde la

base FSV

0.91 0.45 0.41 0.54 2.50 4.73 1.89

1.13 0.50 0.56 1.14 5.11 10.24 2.00

1.25 0.53 0.66 1.02 5.02 10.25 2.04

1.77 0.63 1.11 0.50 4.57 10.29 2.25

1.90 0.65 1.24 0.37 4.44 11.83 2.66

2.12 0.69 1.46 1.15 8.35 12.00 1.77

2.27 0.71 1.61 1.00 8.19 12.00 1.77

2.49 0.74 1.85 0.78 7.96 12.05 1.77

3.35 0.86 2.90 0.09 6.91 12.25 1.77

3.38 0.87 2.93 0.11 6.88 12.25 1.78

3.89 0.93 3.62 0.56 11.95 21.98 1.84

3.92 0.93 3.66 0.53 11.91 21.98 1.84

3.92 0.93 3.66 0.53 11.91 21.98 1.84

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Pres

ion

acti

va t

n-m


Presionactiva

170

Como podemos apreciar, el coeficiente de volteo disminuye debido a la influencia

del agua.

Después que se hayan realizado el cálculo del factor de seguridad al volteo, se

procede a realizar el siguiente análisis el de deslizamiento, en el presente cuadro se puede

apreciar que el factor de desplazamiento es casi el mismo, el agua no influye casi en su

estabilidad. Pero cumple con lo requerido los factores de seguridad son mayores a 1.5

Tabla 9 Factor de desplazamiento

Tiempo de

retorno en

años

Factor de

Seguridad al

Desplazamiento

2 2.38

5 2.44

10 2.44

25 2.44

50 2.75

75 1.91

100 1.91

150 1.91

200 1.91

300 1.91

400 2.02

500 2.02

1000 2.02

7.12 Análisis de costos y cálculo de caudal de diseño

Después de haber realizado los cálculos tanto hidráulicos como estructurales, se

procede a realizar un breve análisis económico, en pocas palabras una comparación para

poder demostrar cual estructura es la más recomendable para el proyecto del presente

trabajo de tesis. Los costos fueron calculados gracias al inventario proporcionado por el

ANA (Autoridad Nacional del Agua) en este caso pudimos encontrar el costo de metro

lineal en la zona de estudio. El costo de metro lineal es para un caudal de 220 metros

171

cúbicos por segundo y por otro lado, el costo de metro lineal es de 774 soles, y para

gaviones es de 314 soles el metro lineal, con una relación de 2.5 entre precios. En el

siguiente cuadro podemos apreciar que a través de una regla de tres simple comparando

con los caudales tenemos el costo por metro lineal de enrocados, conforme aumenta el

tiempo de retorno el costo por metro lineal aumenta, por otro lado en gaviones, el

procedimiento es distinto, debido a que si tenemos un tirante de agua de valores cercanos

entonces se elegirá la altura de muro al inmediato superior en función al tirante mayor

valor. En la figura 120 apreciar el costo por metro lineal en cada tipo de estructura.

Figura 120 Costo por metro lineal en gaviones y enrocados.

Una vez calculado el costo unitario por metro lineal de cada estructura, se procede

a calcular el costo total multiplicando por el número total en metros, el total de metros se

hace referencia al total de metros de encauzamiento calculado en el software HEC-RAS,

observamos que el costo total de gaviones es menor y conserva la proporción equivalente

de 2 aproximadamente.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500 1000

Cost

o po

r m

etro

line

al e

n s/

.


Gavionescosto pormetro linealen s/.

Enrocadocosto pormetro linealen s/.

172

Figura 121 Costo total de gaviones y enrocados.

Después de tener los valores de costo total en soles en ambas estructuras, para

poder realizar el respectivo análisis económico, se requiere de la pérdida total, los costos

de pérdida total por hectárea se basan en el total de hectáreas afectadas por cada periodo

de retorno, como ya tenemos el total de hectáreas afectadas, solo nos faltaría el costo de

perdida por hectáreas, tomando en cuenta los costos de producción, el costo unitario de la

parcela y el costo de los plantones de cultivo, en este caso hemos tomado en cuenta el

cultivo de la mandarina, debido a que es el más sembrado en la zona, una vez obtenido este

valor se podrá multiplicar por el total de hectáreas afectadas en cada periodo de retorno.

Los resultados se demostró que el menor costo total, que es la suma de costo de

capital que es el de la estructura más el costo de pérdida total. Se demostró que en el

análisis de costos en enrocados el menor costo total es de 19534714 de nuevos soles en el

tiempo de retorno de 5 años, en gaviones el costo total (costo perdida más costo de capital)

es de 19’956’535.64 de nuevos soles, con un periodo de retorno de 75 años, dando a

conocer lo siguiente que el gavión es mucho más conveniente, ya que en la realidad la

construcción de gaviones es mucho más barata comparado al de los enrocados, da más

puestos de trabajo a las personas que viven en las localidades cercanas al rio y porque es

muy amigable al medio ambiente.

0

10000000

20000000

30000000

40000000

50000000

60000000

70000000

2 5 10 25 50 75 100 150 200 300 400 500

Cost

o to

tal e

n so

les


Enrocados

Gaviones

173

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1 CONCLUSIONES

Después del análisis hidrológico, hidráulico, geo-espacial y estructural, para

prevenir y mitigar los efectos causados por los desbordes e inundaciones en la faja del rio

Chancay-Huaral, se concluye:

La zona de la faja marginal del rio Chancay-Huaral, tiene un cauce del tipo

aluvial, con material suelto disperso granular.

Se determinó que las descargas, aumentan conforme el periodo de retorno

aumente, utilizando las funciones de distribución probabilísticas y de acuerdo a la prueba

de bondad de ajuste de Smirnov-Kolmogorov, se concluyó que la función de distribución

Log-Normal, presenta el menor valor Dn que indica la máxima diferencia entre la función

de distribución acumulada de la muestra y la función de distribución acumulada escogida

comparando con las funciones de Log-Pearson y Gumbel. el valor Dn de la distribución

Log-Normal es el más confiable.

En el tramo de estudio, en la parte baja, de la faja marginal del rio Chancay-

Huaral, la pendiente es menor a 0.01, aumentando el riesgo a inundaciones, lo cual se

incrementa con la acción antrópica y la intervención de maquinaria.

El tramo total modelado fue de una longitud total de 38.884 kilómetros, que

abarca desde la progresiva 00+040 hasta la ubicación de la estación de Santo Domingo,

con una pendiente promedio de 1%, presentando por un lecho constituido íntegramente por

material no consolidado.

La pendiente de acuerdo a la línea de energía obtenida en el HEC-RAS, aumenta

conforme el tiempo de retorno aumente, debido al incremento del caudal de tiempo de

retorno, así como la velocidad media ocurre lo mismo, aumenta mientras el periodo de

retorno aumenta.

174

Con la información de las parcelas y de las inundaciones, se pudo estimar el

número de parcelas afectadas debido a la inundación, que abarca desde un total de 117

hectáreas para un periodo de retorno de 5 años, hasta un total de 206 hectáreas para el

periodo de retorno de 1000 años, se concluye que este número de hectáreas afectadas es

directamente proporcional al periodo de retorno.

De acuerdo al análisis con el SIG, se detectaron los tramos más críticos, que

abarcan las progresivas 12+856 hasta 13+759, desde la progresiva 15+081 hasta la

progresiva 17+450 y la progresiva 22+960-23+400, donde se presentan mayor erosión ya

que se presentan erosiones de hasta 3 metros de altura, indicando un grave riesgo a las

zonas de cultivo y demás usos.

Los tramos más críticos se presentan donde el material depositado por la

maquinaria ha alterado el cauce de manera desfavorable, por lo que el curso natural del rio

está desviado a los lados provocando que el proceso de erosión sea más intenso.

Se estableció un ancho de encauzamiento de acuerdo al método de Altunin, esto

se debe a que este método fue planteado para materiales aluviales del tipo granular (gravas,

piedras y bolomería.).

Se planteó el diseño de defensas ribereñas en la faja del rio Chancay-Huaral, para

mitigar los posibles daños causados por las inundaciones ocasionadas por las crecidas

extraordinarias, dando énfasis a los tramos críticos como el de Manchay Alto-Aucallama

(12+856 hasta 13+759) y la zona de Caqui - Chancay (15+081 y 17+450).

Debido a que es un modelo unidimensional, la socavación calculada mediante las

fórmulas empíricas, son menores a las que se presentan en la realidad, este fenómeno se

vuelve más crítico conforme el tiempo de retorno aumente, provocando que a partir del

tiempo de retorno de 200 años, el cauce será alterado y diferente a la realidad,

requiriéndose un estudio de mayores detalles.

Por las características del cauce se han planteado medidas estructurales del tipo

continuas, que son estructuras que están apoyadas sobre el lecho y talud del río y se

encuentran en contacto permanente con la orilla fluvial, pueden ser de concreto, gaviones,

enrocados, etc., teniendo en cuenta la profundidad de erosión y las características fluviales.

175

Las estructuras seleccionadas para mitigar los daños ocasionados por las crecidas

extraordinarias en la faja marginal del rio Chancay-Huaral, son los enrocados y los

gaviones, para evitar el desgaste de las márgenes y direccionar el cauce de forma

permanente y proteger las áreas agrícolas que se sitúan en contacto permanente con las

líneas de flujo.

El costo total de pérdidas se tomó en cuenta lo siguiente, el costo por hectárea en

los terrenos agrícolas en la zona de la faja marginal, el costo unitario de plantación, y el

costo de producción que produce las plantaciones en este caso la plantación más cultivada

es la mandarina, con la suma de todos estos costos se tendrá el costo total de perdida.

De acuerdo con el análisis hidro-económico, se ha elegido la estructura de

protección por gaviones, debido a que el costo por metro lineal es 0.4 veces del costo por

metro lineal del enrocado, asimismo requiere menos utilización de la maquinaria y más la

utilización de mano de obra local, creando puestos de trabajo, comparando con el enrocado

que requiere mano de obra calificada y maquinaria para extraer material de cantera que

aumenta de manera considerable los costos de transporte y otro motivo más es el bajo

impacto ambiental que produce, ya que la flora aledaña puede adaptarse a la estructura,

esto quiere decir que se adhiere a la estructura creando un hábitat para las plantas y más

adelante poder proporcionar de hábitats para la fauna local.

176

8.2 RECOMENDACIONES

Se recomienda que en zonas críticas, realizar mayor detalle de la topografía del

cauce y de las áreas colindantes.

El sistema de información geográfica es importante para la determinación

degradación y erosión del lecho natural y alteración del cauce principal.

Existen métodos de digitalización como el arc-scan con ayuda del software

photoshop, facilitando el proceso de digitalización de manera óptima y en menos tiempo.

177

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