De acuerdo al análisis realizado sobre el rio la Juli se pudo determinar que enfrenta graves problemas de inundación presentando situaciones de riesgo de acuerdo a la magnitud de desbordamientos, aunado a lo anterior la falta de intervención tiene como consecuencia posible daños en infraestructura vial y habitacional, como a los cultivos que se encuentren en el área de acción de las inundaciones, es por esto se plantean varias soluciones que buscan controlar y mitigar los posibles efectos de una inundación.

1. Como primera solución se plantea el cambio de la sección hidráulica del cauce del rio, ya que el resultado de la modelación refleja que las secciones presentes no logran manejar la magnitud del caudal pico para un periodo de retorno de 25 años, esto a falta de un análisis de transporte de sedimentos da cabida a la hipótesis de un desequilibrio entre el transporte y sedimentación de partículas sólidas que genera secciones desfavorables sobre las cuales el agua pueda circular, es así que al aumentar las dimensiones de la sección el aumento del área permitiría que el nivel del agua no excediera la altura de las márgenes del rio, así mismo reduciendo el riesgo de inundación. Esto plantea una serie de obras que se enfocan básicamente en el ensanchamiento, profundización y rectificación del cauce (encauzamiento) , como en el control de la erosión de los costados del mismo.

Ya que las secciones a reconformar tienen una forma trapezoidal estas requerirán de taludes y recubrimiento de estos según sea necesario así que se muestra a continuación una serie valores de pendientes para ciertos materiales de interés para el caso de estudio.

Tabla 1Valores de pendiente según el material de talud.

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Así mismo coeficientes de Manning para secciones trapezoidales de acuerdo a los materiales que componen sus márgenes.

Tabla 2Coeficientes de Manning para secciones trapezoidales.

El régimen de aguas y la sinuosidad de un rio se unen para deducir algunos principios utilizados en el trazado de un encauzamiento, ya que el eje de un rio no es una línea recta su recorrido tiende a la sinuosidad, esto está directamente relacionado a las pendientes, velocidades y tamaños característicos de los sólidos depositados y en movimiento, factores que influyen también en la forma de las secciones o perfiles trasversales, en la siguiente figura se aprecian los perfiles representativos de un rio de acuerdo a su localización en la longitud del cauce.

Ilustración 1Perfiles representativos de cauce de acuerdo a su ubicación en el rio.

Reconociendo entonces la tendencia a la sinuosidad se puede proyectar un cauce pero ya que en esta situación solo esta proyectada el aumento de la sección transversal seguirá la sinuosidad

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dada por el rio, es así se deben proyectar obras a dirigir y encauzar convenientemente el flujo de agua de un rio para proteger sus márgenes o rectificar su cauce.

Diques marginalesSon estructuras construidas con el fin de dirigir y encauzar convenientemente un flujo de agua, de forma que la corriente fluya paralela a estas estructuras. Se usa principalmente en zonas donde las márgenes no están bien definidas, hay islas o cuando se desea formar una nueva margen separada de la existente, en los ríos ubicados en planicies se usan donde las curvas son muy irregulares.Son llamados diques de encauzamientos aquellos usados para encausar el flujo en los puentes, poseen una sección elipsoidal y su función es garantizar que las líneas de corriente no varíen.

Ilustración 2 Diques marginales.

Diseño y construcción de diques marginales:

El cuerpo de los diques se forma por enrocamiento o agrupación de elementos pétreos naturales, generalmente procedentes de cantera los elementos se colocan sin material ligante, es así que no presenta un comportamiento monolítico. Su estabilidad se debe al peso propio de los elementos y a su ubicación, es conveniente colocar material obtenido de la pradera cuando se explota.Recomendaciones de diseño:Los diques se colocan paralelos al rio.

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Los diques se construyen de forma similar a espigones en cuanto a que son estructuras dentro del cauce y deben resistir su acción constante a lo largo de su vida útil como en su construcción.La superficie de contacto del dique con el rio se debe diseñar en forma similar a los recubrimientos marginales, los tamaños de partículas usados en el cuerpo del dique pueden ser variados mientras no sean arrastrados por el flujo durante la etapa constructiva, en el talud exterior se coloca una coraza resistente como recubrimiento marginal pero sin usar filtros ya que estos se usan cuando no hay existencia de rocas de forma abundante en las inmediaciones de la construcción por lo que se forma el cuerpo del dique con arena.La cara inferior del dique no necesita protección especial, ya que está en contacto con agua con velocidades bajas, esto es solo aplicable cuando hay enrocamiento, en caso contrario el talud debe recubrirse con roca que lo proteja de la acción de la lluvia.El pie del talud se debe recubrir para protegerlo contra la erosión local.Para ubicar el dique se debe procurar colocar de forma paralela a la disposición final del eje encauzado.

Ilustración 3 Sección transversal y ubicación dique marginal.

Espigones:Los espigones se realizan con el objetivo de desviar el escurrimiento desde o hacia un área deseada para así evitar la erosión de la rivera y controlar o disminuir el aporte de solidos cuando los caudales pico se hacen presentes, con su instalación se estabilizan las laderas, deteniendo acarreos de material, se disminuye la velocidad del agua y por lo tanto su capacidad erosiva.

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VentajasFáciles de construir y así mismo de supervisar.Su mantenimiento es sencillo cuando se utilizan materiales pétreos gaviones o tablestacas.La falla de un espigón no hace fallar a los demás.

Desventajas- Reducen el ancho del cauce.- Producen perdidas adicionales de energía- No son económicas en presencia de curvas.- No protegen en su totalidad la orilla ya que entre ellos puede existir erosión.

Existen varios tipos de espigones entre los que se hará una breve descripción de los siguientes.Espigón recto Se construye a lo largo de un alineamiento recto que se proyecta hacia el rio, su punta es redonda con el fin de disminuir la socavación en donde se localizará la estructura.

Ilustración 4 Espigón recto.

Espigón en TCómo su nombre lo indica posee la forma de una T en la cual una aleta está unida al alma con un ángulo determinado por la dirección que se desee dar a la corriente.

Ilustración 5 Espigón en T.

Como consideraciones de diseño un sistema de protección constituido por espigones queda definido por la longitud de los espigones y la orientación de estos, características como la

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separación, su localización en planta y la pendiente de coronamiento deben ser definidos en un diseño.La longitud entre espigones se define de acuerdo a si el tramo a intervenir es recto o curvo Para tramos rectos la separación se define por la siguiente ecuación

Donde S es la separación.Lt: Largo del espigón.α: Angulo de orientación del espigón con respecto a la ribera, hacia aguas abajo.β: Angulo de desviación de la corriente, varía entre 9°-11°.

Si el tramo al contrario es curvo la separación debe encontrarse de forma gráfica a menos que la curva sea regular, en dado caso se utiliza la siguiente fórmula:

De forma gráfica la separación se haya como se indica en la figura.

Ilustración 6 Separación de espigones con método gráfico.

β: Angulo de desviación de la corrienteα: Angulo de orientaciónA: Localización del espigón II1: Ribera rectificada2: Ribera socavadaOL: Tangente a la ribera socavada en el punto de intersección de esta con el espigón.QP: Paralela a la recta OL que se interseca a un extremo del espigón.

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La localización en planta si bien se toma de acuerdo a su separación, hay ciertos parámetros que debe seguir, en general el espigón debe tener un crecimiento gradual de longitud siendo el primero el de menor longitud equivalente a la profundidad media del cauce para ir aumentando en longitud hasta la longitud dada en el proyecto.

Ilustración 7 Esquema espigones básicos.

EnrocadosPara las obras de protección se requiere utilizar de enrocados para revestimiento, para el caso de espigones muros de defensa contra el desbordamiento y en la protección de riveras.

El diseño de un sistema de enrocado consiste en el cálculo del tamaño de la piedra que se mantendrá estable para una determinada velocidad de escurrimiento.Una formula muy usada es la de Neill (1967) que para enrocados con peso específico de 2.65 T/m3 establece:

Siendo: d: Diámetro de la piedra en m.VT = (2/3)V para enrocado en talud ubicado en tramo recto y más o menos paralelo a la corriente.(4/3)V para enrocado en curvas exteriores y defensa de espigones.V: Velocidad media.

Defensa de márgenes de rio

Mediante esta técnica se puede conseguir el encauzamiento de un rio, mediante la concentración del flujo y el cierre de brazos en el caso de cauces trenzados, defender las márgenes y suavizar curvas en el caso de meandros.

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Ilustración 8 Defensa de márgenes de rio.

En ríos meandriformes la defensa de márgenes se realiza en la orilla exterior susceptible a la erosión. La protección se realiza mediante obras de revestimiento de la orilla o por diques. Si la curva es demasiado cerrada se debe suavizar reduciendo su curvatura, esto mediante espigones y diques, los diques definen la línea de la orilla y los espigones reducen la velocidad de la corriente, la suavización de la curva implica el movimiento de tierras para la construcción de una nueva orilla.

Embalses para control de inundaciones:Los embalses tienen como objetivo el almacenamiento de grandes volúmenes de agua para el abastecimiento, riego, generación de energía y control de inundaciones, la finalidad en este caso de la presa será la regulación del caudal que transita por el rio la July durante la temporada de lluvias para evitar inundaciones en las márgenes del rio.

Generalmente el control de inundaciones no es el objetivo principal para la que se construye un embalse pero la mayoría cumple una función de reducción de caudales, la laminación de las crecidas es un aspecto muy importante en la gestión de recursos hídricos ya que reduce el riesgo de inundación en los sectores bajos.

Los datos obtenidos mediante modelación hidrológica y estudios hidrológicos de los afluentes del rio permitieron modelar mediante el programa HEC-RAS los caudales que en este caso debían ser controlados, siendo así, se plantea la construcción de 3 embalses pequeños que trabajaran en conjunción con los diques para el control de inundaciones del rio, la teoría básica del tipo de presa a utilizar se presenta a continuación.

Presa de relleno

Las presas de relleno son básicamente presas construidas a partir de materiales granulares excavados. Los materiales son ubicados de la forma más eficiente posible de acuerdo a las propiedades únicas de cada material, estos se colocan y compactan sin la adición de ningún agente ligador, utilizando una planta mecánica de gran capacidad. En consecuencia la

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construcción de los terraplenes es un proceso casi continuo y bastante mecanizado, que utiliza intensamente equipos pero no mano de obra.Las presas de relleno pueden clasificarse en términos generales, como presas de relleno de tierra o de enrocado. La división entre estas dos variantes no es absoluta, muchas presas utilizan materiales de relleno de ambos tipos dentro de zonas internas apropiadamente designadas. Las presas de relleno pueden ser de muchos tipos, según como se utilicen los materiales disponibles. La clasificación inicial de relleno de tierra o enrocado suministra una base conveniente para considerar las principales variantes empleadas.

Una presa puede denominarse de relleno de tierra si los suelos compactados representan más del 50% del volumen colocado de material. Una presa de relleno de tierra se construye principalmente con suelos seccionados cuidadosamente para la ingeniería, de compactación uniforme e intensiva en capas más o menos delgadas con un contenido de humedad controlado. (P. Novak, 2001).

La sección de las presas de enrocado incluye un elemento impermeable discreto de relleno de tierra compactada, concreto esbelto o una membrana bituminosa. La designación como presa de enrocado es apropiada cuando más del 50% del material de relleno se puede clasificar como roca, es decir, material friccional de granulometría gruesa. La práctica moderna es especificar un enrocado bien graduado, de alta compactación en capas más bien delgadas mediante un equipo pesado.

Las presas de relleno más grandes requieren dos elementos constitutivos:

Un elemento impermeable de retención de agua o núcleo de suelo con permeabilidad muy baja, por ejemplo, arcilla blanda o altamente remoldeada.

Espaldones de soporte de un relleno de tierra más grueso (o de enrocado), para proporcionar estabilidad estructural.

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Ilustración 9 Presa de relleno (Raul J. Marsal, 1975)

NOMENCLATURA

1. Cresta o corona2. Revestimiento de la corona3. Filtros4. Corazón o núcleo impermeable5. Trinchera6. Transiciones7. Enrocamientos8. Depósitos aluvial9. Roca basa10.Talud agua arriba11.Talud agua abajo12.Pantalla de inyecciones13.Galería14.Drenes15.Pozos de alivio16.Embalse o vaso17.Borde libre18.Altura de la cortina

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La función básica de la mayoría de los elementos de una presa de relleno es el control de las filtraciones de agua, mediante el alargamiento de líneas de corriente esto con el objetivo de generar pérdidas de carga hidráulica usando los propios materiales de relleno, mediante la implementación de materiales con baja permeabilidad la estabilidad de la presa se ve garantizada en el momento en el que su probabilidad de falla se ve reducida ya que se eliminan agentes problemáticos, porque al controlar volúmenes considerables de agua, las presiones que maneja el suelo y la estructura pueden ocasionar eventuales problemas relacionados a levantamiento de suelos por subpresiones ligadas al flujo subsuperficial.

Para estas situaciones drenajes, pantallas y muros son la mejor opción, sus dimensiones y características dependen del volumen del embalse, los materiales de cimentación y los propios materiales de construcción usados en la presa.

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