Evaluación hidrológica e hidráulica de obras de defensas ribereñas en ríos de montaña

Abstract

El presente documento resume una investigación enfocada al estudio general de diferentes metodologías de diseño de sistemas de control de erosión, considerando las condiciones locales e identificando las características relevantes del estado actual de las diferentes defensas ribereñas. Estas fueron registradas a través de la evaluación en campo de las zonas estudiadas, plasmando dichas consideraciones en las secuencias de cálculo, con el objetivo de realizar un apropiado diseño, que se ajuste a las solicitaciones a las que será sometida la estructura y que el presupuesto para la ejecución no se vea afectado significativamente debido a sobrestimaciones del diseño. Las metodologías se aplicaron siguiendo un esquema secuencial para el diseño de los sistemas de control de erosión. Para la evaluación hidrológica se realizó un minucioso estudio de la precipitación máxima en 24 horas. El estudio de estimación de caudales, mediante relaciones precipitación - escorrentía permitió identificar las fórmulas para el tiempo de concentración que más se ajustan a las subcuencas de análisis, revelando que las fórmulas que generan caudales de diseño menos conservadores, se ajustan mejor a las zonas estudiadas. Para la evaluación hidráulica se emplearon modelos digitales de terreno de cauce natural y alterado, debido a las modificaciones en la geometría del cauce, generadas por las obras de protección. Se demostró la necesidad de incluir en el análisis los modelos con modificaciones, debido a que los parámetros hidráulicos como el tirante, velocidad y Número de Froude, registran considerables variaciones con respecto a la topografía original del río, lo cual obliga a modificar el esquema de los diferentes diseños de las defensas ribereñas. Resalta en la evaluación de los diseños de control de erosión, la posibilidad de optimizar el diseño de gaviones, incluyendo un parámetro de rotación al sistema, los cual mejora la estabilidad y permite usar menor cantidad de recursos. La evaluación en campo mostró resultados determinantes en relación a la eficacia de los sistemas de control de erosión. Se verificó la estabilidad de las defensas ribereñas en relación a las condiciones locales y a los efectos de las avenidas máximas de años secos y húmedos. Se comprobó que, durante los años de funcionamiento, las obras de protección no sufrieron daños que pudieran poner en riesgo su estabilidad. Estas obras han respondido adecuadamente a la acción de las máximas avenidas anuales ocurridas durante el periodo de funcionamiento de las estructuras. Al evaluar los diseños, se identificaron las causas de su comportamiento satisfactorio, mostrando las principales consideraciones de diseño para un adecuado estudio de hidrología e hidráulica.

This document summarizes a research project focused on the general study of different design methodologies for erosion control systems, taking into consideration local conditions and identifying relevant characteristics of the current state of the different protection works. These data was gathered through field evaluation of the areas of interest, and were taken into account in the sequence of calculations. The main objective was to deliver an adequate design, that allows the structure to withstand design loads that the budget is not significantly affected due to design overestimations. Methodologies for the design of erosion control works were conducted in a logical sequence. For the hydrological evaluation, a meticulous study of the máximum precipitation in 24 hours was carried out. The study of flow estimation, using precipitation-runoff relations, allowed the identification of time of concentration formulae that best fit the time of concentration of sub-basins, revealing that less conservative formulae adjust better to the sub-basins that were included in this research project. For the hydraulic evaluation, digital terrain models with natural and altered channels were used, due to the modifications in the geometry of the channel, generated by the protection works. The need to include the models with modifications was demonstrated, since the parameters such as the hydraulic depth, velocity and the Froude number, register considerable variations with respect to the results obtained using the original terrain, which forces to modify the designs of the protection works. In the evaluation of the erosion control designs, the possibility of optimizing the design of gabions is highlighted, including a parameter of rotation of the system, which improves stability and allows less resources to be used. The on-site evaluation showed decisive results in relation to the effectiveness of the erosion control works. The stability of the protection works was verified in relation to local conditions and to the effects of the maximum flood of dry and wet years. It was found that, during the years of operation, the protection works did not suffer significant damage that could compromise the structures´ stability. These works have performed adequately, withstanding maximum annual floods in the periods that were analyzed. When evaluating the designs of the structures that were analyzed, the causes of their satisfactory performance were identified, showing the main design considerations for an adequate study of hydrology and hydraulics.