Asesor: Ricardo Camacho Castilla Co-Asesor ... - Uniandes

PROYECTO DE GRADO

MODELACIÓN DE INUNDACIONES Y ANÁLISIS ESPACIAL EN LOS

ALREDEDORES DEL EJE AMBIENTAL CON HEC-RAS Y ARCGIS, PARA

PLANTEAR ALTENATIVAS DE SOLUCIÓN ANTE EL PROBLEMA DE

INUNDACIONES EN EL CASO DE ESTUDIO.

Maria Marcela Cuello Mendoza

Asesor: Ricardo Camacho Castilla

Co-Asesor: Camilo Salcedo Ballesteros

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

PREGRADO EN INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2019

AGRADECIMIENTOS

El agradecimiento de este proyecto va dirigido primero a Dios, con su bendición y su amor

todo fue posible. En segundo lugar, agradezco a mis asesores Ricardo Camacho y Camilo

Salcedo, por la constante motivación, acompañamiento, apoyo personal y académico.

Agradezco a mi familia, por su compresión y palabras de aliento en toda mi carrera. Así

mismo, agradezco a mis amigos por su ayuda y buena disposición siempre. Te agradezco a

“ti” por estar presente cuando necesité ánimos y confianza en la recta final, sin tus palabras

no hubiese sido posible. Finalmente dedico este proyecto de grado a mi abuelo Ciro José

Mendoza en el cielo.

Universidad de los Andes Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA Modelación de inundaciones y análisis espacial en los alrededores del Eje ambiental con HEC-RAS y ArcGIS para plantear alternativas de solución

ante el problema de inundación en el caso de estudio.

Maria Marcela Cuello M Proyecto de Grado 2

TABLA DE CONTENIDO

1 Introducción ................................................................................................................................ 3

1.1 Objetivos ............................................................................................................................. 5

1.1.1 Objetivo General ......................................................................................................... 5

1.1.2 Objetivos Específicos ................................................................................................... 5

2 Marco teórico .............................................................................................................................. 6

3 Metodología ................................................................................................................................ 8

3.1 Recolección de datos en campo .......................................................................................... 9

3.2 Procesamiento de Datos ..................................................................................................... 9

3.3 Modelación Hidráulica ...................................................................................................... 12

3.3.1 Análisis Espacial ......................................................................................................... 12

4 Resultados ................................................................................................................................. 15

4.1 Modelación Hidráulica HEC-RAS ....................................................................................... 15

4.2 Propuesta de solución a Inundaciones Eje ambiental ...................................................... 19

4.2.1 Sumideros para captación de aguas lluvia ................................................................ 19

5 Conclusiones.............................................................................................................................. 24

6 Recomendaciones ..................................................................................................................... 25

7 Referencias ................................................................................................................................ 26



Maria Marcela Cuello M Proyecto de Grado 2

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Nube de Puntos Software Pix4D ........................................................................................................ 10

Figura 2. Generación de Ortofoto Pix4D .......................................................................................................... 10

Figura 3. DEM obtenido a partir de Agisoft ...................................................................................................... 11

Figura 4. Modelación Autocad Civil 3D ............................................................................................................. 11

Figura 5.Mapa Ortofoto Eje Ambiental ............................................................................................................ 12

Figura 6. Eje Ambiental Archivo TIN ................................................................................................................. 13

Figura 7.Geometría Eje Ambiental HEC-RAS .................................................................................................... 14

Figura 8. Modificación de parámetros de forma manual. ................................................................................ 15

Figura 9. Modelación Hidráulica Eje ambiental ................................................................................................ 16

Figura 10. Modelación Hidráulica aguas abajo cruce peatonal ........................................................................ 17

Figura 11. Secciones Transversales exportadas de HEC-RAS ............................................................................ 17

Figura 12. Mapa profundidad lámina de agua ................................................................................................. 18

Figura 13. Esquema Sumideros Laterales ......................................................................................................... 21

Figura 14. Vista Isométrica Sumideros laterales .............................................................................................. 21

Figura 15. Esquema Sumidero Mixto................................................................................................................ 22



Maria Marcela Cuello M. Proyecto de Grado 3

1 INTRODUCCIÓN

Las inundaciones, de forma general son fenómenos hidrológicos recurrentes que en ocasiones

pueden llegar a ser muy destructivos, afectando a la población de forma directa, o destruyendo

viviendas, aquejando la movilidad de las ciudades entre otros. Las inundaciones se producen por

lluvias persistentes y generalizadas que generan un aumento progresivo del nivel de las aguas

contenidas dentro de un cauce superando la altura de las orillas naturales o artificiales, ocasionando

un desbordamiento y dispersión de las aguas sobre las llanuras de inundación y zonas aledañas a

los cursos de agua normalmente no sumergidas. (IDEAM, 2014)

Una ciudad afecta frecuentemente por las inundaciones urbanas es la capital de Colombia: La ciudad

de Bogotá. Debido a su altitud de 2640 msnm, la ciudad de Bogotá tiene un tipo de clima tropical.

La temporada de lluvias en la ciudad de Bogotá se puede presentar en dos temporadas del año; la

primera en los meses de marzo hasta mayo y la segunda de septiembre a noviembre; sin embargo,

el clima en la ciudad no deja de ser impredecible y se pueden presentar días nublados y

eventualmente lluviosos durante todo el año por los fenómenos del Niño y de la Niña que afectan

el país.

El análisis de las inundaciones urbanas es de vital importancia, porque se pueden encontrar

alternativas para mitigar los impactos generados y tratar de evitar pérdidas humanas y materiales.

Bajo este contexto, surge el interés de identificar un caso de estudio en la ciudad de Bogotá, evaluar

las causas de inundación urbana y proponer alternativas que mitiguen las afectaciones de este

fenómeno hidrológico.

El caso de estudio que abordará este proyecto de grado será el sector del eje ambiental, a la altura

de la Universidad de los Andes. El eje ambiental es un canal abierto que conduce las aguas del río

San Francisco; lo rodea un sendero de material de adoquín y fue diseñado por los prestigiosos

arquitectos Rogelio Salmona y Luis Kopec durante la primera administración de Enrique Peñalosa.

El eje ambiental, en el sector de la Universidad de los Andes, en la Cra 1 Este No 19 A, es un cruce

importante para los habitantes de la zona, estudiantes, y demás miembros de la Universidad. Se

caracteriza por tener varios cambios de pendiente durante un trayecto de aproximadamente 200

metros. El problema de inundación y la razón que justifica el caso de estudio escogido, es cuando

ocurren precipitaciones en la zona, se presenta inundaciones en los alrededores del eje ambiental

consiguiendo que la lámina de agua alcance en promedio una altura de hasta 15 cm, afectando la

movilidad de las personas que requieren trasladarse de un punto a otro y pasar el eje.

Por lo anterior, se pretende realizar inicialmente un análisis espacial con la ayuda de softwares

especializados como ArcGis y una modelación hidráulica con HEC-RAS para determinar cuál es la




mejor alternativa para reducir las inundaciones en la zona. Inicialmente se hace una toma de datos

propios de la zona, se procesan dichos datos con programas como Pix4D y Agisoft que permiten la

generación de modelos de elevación digital de alta resolución para un posterior análisis.

A lo largo de este documento, se presenta las metodologías utilizadas para los análisis mencionados,

y posteriormente los resultados de la simulación de los modelos, se encuentran también recursos

visuales que ayudan a comprender un poco mejor los resultados, y se finaliza con la alternativa

escogida para dar solución al problema de inundación en los alrededores del eje ambiental.




1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo General

Analizar las inundaciones que ocurren en los alrededores del Eje Ambiental, con el fin de plantear

una solución ante la problemática identificada.

1.1.2 Objetivos Específicos

Por medio de equipos de alta tecnología, recolectar información precisa que proporcione

datos confiables.

Realizar un análisis espacial con software especializado que permita una correcta

representación del caso de estudio.

Realizar un modelo hidráulico que simule el comportamiento de las inundaciones típicas en

el caso de estudio.

Proponer de forma detallada una alternativa para solucionar el problema de inundaciones

en el eje ambiental debido a las precipitaciones.




2 MARCO TEÓRICO

La recolección de datos fue una de las etapas iniciales del proceso del proyecto de grado,

afortunadamente se cuentan con equipos especializados que pudieron facilitar la toma de datos de

alta calidad y confiabilidad. Los equipos utilizados para tal fin fueron los siguientes:

Estación Total: Se denomina estación total a un instrumento electro-óptico utilizado en topografía, cuyo funcionamiento se apoya en la tecnología electrónica. Consiste en la incorporación de un distanciómetro y un microprocesador a un teodolito electrónico. (Leica, 2016)

Algunas de las características que incorpora, y con las cuales no cuentan los teodolitos, son una pantalla alfanumérica de cristal líquido (LCD), leds de avisos, iluminación independiente de la luz solar, calculadora, distanciómetro, trackeador (seguidor de trayectoria) y la posibilidad de guardar información en formato electrónico, lo cual permite utilizarla posteriormente en ordenadores personales. Vienen provistas de diversos programas sencillos que permiten, entre otras capacidades, el cálculo de coordenadas en campo, replanteo de puntos de manera sencilla y eficaz y cálculo de acimutes y distancia. (Leica, 2016)

Dron Phantom 4: Un dron es un vehículo aéreo que vuela sin tripulación. Los drones son una

herramienta extremadamente útil para el control de incendios forestales, la geología, la agricultura,

la construcción, y el control y análisis de tráfico en las grandes ciudades, entre muchas otras

tareas, ya que los drones son muy económicos de operar, prácticamente no requieren de insumos

o combustibles para su operación y no ponen en peligro las vidas de quienes lo pilotean.

El Phantom 4 es el dron con cámara más avanzado y permite hacer fotos aéreas profesionales con

dispositivos Apple o Android. No solo vuela de forma inteligente, con un solo toque crea imágenes

de seguimiento fácilmente y, además, esquiva obstáculos de manera autónoma, entre otras

funciones. (Fraile, 2016)

GPS: es un sistema que permite determinar en toda la Tierra la posición de cualquier objeto (una

persona, un vehículo) con una precisión de hasta centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque

lo habitual son unos pocos metros de precisión. En la práctica, normalmente son necesarios 4 o más

satélites para determinar la posición con cierta precisión. (Vega, 2014)

Ahora bien, para el procesamiento de datos y análisis espacial fueron necesarios el aprendizaje de

los siguientes programas para su correcta ejecución:

Pix4D: Pix4D es un software de fotogrametría que, a partir de un conjunto de imágenes con solape, genera nubes de puntos en común entre ellas para construir ortomosaicos y modelos digitales de superficie (MDS) y del terreno (MDT) para generar cartografía 2D y modelos 3D.




Adicionalmente, es un Software para cartografía profesional basada en drones a partir de imágenes. Permite convertir las imágenes en mapas 2D georreferenciados y altamente precisos y en modelos 3D. Resultados personalizables que complementan una amplia gama de aplicaciones y software. (PIX4D, 2017)

Agisoft: es un tipo de software autónomo que realiza el procesamiento fotogramétrico de imágenes

digitales y genera datos espaciales 3D.

ArcGis: es el nombre de un conjunto de productos de software en el campo de los Sistemas de

Información Geográfica o SIG. Producido y comercializado por ESRI, bajo el nombre genérico ArcGIS

se agrupan varias aplicaciones para la captura, edición, análisis, tratamiento, diseño, publicación e

impresión de información geográfica. Estas aplicaciones se engloban en familias temáticas

como ArcGIS Server, para la publicación y gestión web, o ArcGIS Móvil para la captura y gestión de

información en campo. (ArcGIS, 2015)

HEC-RAS: es un programa de ordenador que modeliza la hidráulica de flujo de

aguas de ríos naturales y de otros canales. Con anterioridad a la actualización reciente a la versión

5.0, el programa era unidimensional, significando esto que no había modelización directa del efecto

hidráulico de cambios de forma de sección de cruce, curvas, y otros aspectos bi y tridimensionales

del flujo. (Us Army Corps of Engineers, 2017)

HEC-GeoRAS: es un conjunto de procedimientos, herramientas y utilidades para procesar datos

geoespaciales en ArcGIS utilizando una interfaz gráfica de usuario (GUI). La interfaz permite la

preparación de datos geométricos para importar a HEC-RAS y procesa los resultados de simulación

exportados desde HEC-RAS. (Us Army Corps of Engineers, 2017)

Inundaciones: Las inundaciones son fenómenos hidrológicos recurrentes y pueden llegar a ser

potencialmente destructivos. Se producen por lluvias persistentes y generalizadas que generan un

aumento progresivo del nivel de las aguas contenidas dentro de un cauce superando la altura de las

orillas naturales o artificiales, ocasionando un desbordamiento y dispersión de las aguas sobre las

llanuras de inundación y zonas aledañas a los cursos de agua normalmente no sumergidas. (IDEAM,

2014)

Llanuras de inundación: las llanuras de inundación son áreas de superficie adyacentes a ríos, y estas

están sujetas a inundaciones recurrentes (IDEAM, 2014). En el caso de estudio, las llanuras de

inundación son las áreas inundables que afectan la movilidad de los usuarios en los alrededores del

eje ambiental.

https://es.wikipedia.org/wiki/Software

https://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_de_Informaci%C3%B3n_Geogr%C3%A1fica

https://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_de_Informaci%C3%B3n_Geogr%C3%A1fica

https://es.wikipedia.org/wiki/ESRI

https://es.wikipedia.org/wiki/Programa_inform%C3%A1tico

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica

https://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_ecol%C3%B3gico

https://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_ecol%C3%B3gico

https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo




3 METODOLOGÍA

La metodología seguida para obtener los resultados en este proyecto de grado sigue los siguientes

pasos:

1. Recolección de datos en campo en caso de estudio

2. Procesamiento de datos

3. Generación de DTM de alta resolución

4. Análisis Espacial

5. Modelación Hidráulica

6. Presentación de la solución

3.1 Caso de estudio

El caso de estudio analizado en este documento, es el sector conocido como “El eje ambiental” en

la Cra 1 Este No 19 A, esto se puede apreciar con mayor facilidad en el Mapa de la Figura1. Zona de

estudio: Sector Eje Ambiental. En esta zona se presentan inundaciones, cuando ocurren

precipitaciones, que debido al clima de Bogotá son recurrentes; por esto los miembros de la

Universidad y demás ciudadanos que transitan en la zona, se ven obligados a realizar maniobras que

pueden llegar a ser peligrosas para cruzar la calle y el sendero adoquinado que se inunda durante

las precipitaciones y puede permanecer así hasta una hora después que la corriente de agua haya

disminuido.

Figura 1. Zona de Estudio: Sector Eje Ambiental




De las características generales del caso de estudio, se puede destacar de la descripción del drenaje

que el corredor del eje ambiental presenta una pendiente definida por la topografía de sentido

oriente a occidente, iniciando desde la Quinta de Bolívar en la parte alta, hasta la calle 19 A, en la

parte baja. El sistema de alcantarillado en la zona del proyecto es combinado.

3.2 Recolección de datos en campo

Con el fin de tener datos propios, se trabajó en conjunto con el equipo de Geomática de la

Universidad de los Andes, el cual cuenta con equipos de última tecnología que permitieron tomar

datos de alta resolución y confiabilidad.

Uno de los equipos utilizados fue un Drone Phantom 4. Luego de realizar una inspección física de la

zona de interés, se planearon y se llevaron a cabo los vuelos con el drone teniendo en cuenta 5

puntos de control, o puntos de amarre ubicados estratégicamente para cubrir toda el área de

análisis. Así mismo, se tenían coordenadas precisas de esos puntos de control, ya que fueron

tomadas con el GPS de mano de alta precisión, facilitado por el laboratorio de Geomática.

En segunda instancia, y de forma paralela a los vuelos del dron fue utilizada una estación total, para

recolección de datos físicos. Cabe mencionar que con la estación total se pueden obtener las

coordenadas de puntos, y se obtienen datos sumamente confiables.

3.3 Procesamiento de Datos

Para el procesamiento de los datos obtenidos fueron utilizados varios programas especializados

para proseguir con el análisis espacial. El primero de ellos fue el programa PIX4D, el cual permite

hacer la planificación de los vuelos con el dron, y general un modelo en 3D a partir de las fotografías

tomadas con el dron. Con este programa, se generaron las nubes de puntos del modelo de superficie

como se muestra a continuación.




Figura 2. Nube de Puntos Software Pix4D

A partir de la nube de puntos y demás imágenes capturadas con el vuelo siguiendo la teoría de

fotogrametría se obtiene la ortofoto. En esta última se define la frontera, la zona de estudio se

define la resolución con la que se pretende trabajar y demás parámetros de interés. Cabe destacar

que, aunque parezca sencillo, este procesamiento en Pix4D requiere de un tiempo de

aproximadamente 1 semana, al igual que un computador de mucha capacidad de procesamiento

de datos por la cantidad de información que tiene la nube de puntos.

Figura 3. Generación de Ortofoto Pix4D

Ahora bien, aunque es un software bastante avanzado no es capaz de clasificar de forma

completamente eficiente los diferentes puntos, es decir, de forma manual se debe clasificar los

puntos de Vegetación, edificios, eliminar el ruido producido por peatones y vehículos circulando al

momento de realizar los vuelos con el dron, y demás puntos que se necesiten diferenciar. Para esta




clasificación, fue utilizado Agisoft, el cual es un tipo de software autónomo que realiza el

procesamiento fotogramétrico de imágenes digitales y genera datos espaciales 3D. Con este

software se generó el DEM, (modelo digital de elevación) que luego fue exportado a ArcGis para

continuar con el análisis espacial. En la siguiente imagen se muestra el resultado de este, en donde

se puede diferencian mejor la delimitación del eje ambiental.

Figura 4. DEM obtenido a partir de Agisoft

De forma paralela al anterior procesamiento de datos, se deben mencionar que los puntos tomados

con la estación total fueron utilizados para realizar el modelo del eje ambiental en AutoCad. En este

caso se tenían clasificados los puntos en vías, que corresponden a la carrera 1 que es paralela al eje

ambiental, puntos anden que se refieren a los andenes de las calles paralelas al eje, y los puntos

como tal dentro del eje. También se definieron las fronteras, y con el mismo programa se generaron

las curvas de nivel como se muestra a continuación el resultado:

Figura 5. Modelación Autocad Civil 3D




3.4 Modelación Hidráulica

3.4.1 Análisis Espacial

El análisis espacial realizado para este proyecto de grado se refiere a todo el procedimiento

realizado en ArcGis relacionado con la topografía del área de estudio, es decir, con los datos

tomados, se trabajará en los componentes espaciales para buscar una solución al problema de

inundaciones en el Eje ambiental. Por otro lado, dado que también se tendrá una modelación

hidráulica con HEC-RAS, fue necesario utilizar la extensión HEC-GeoRAS y dibujar manualmente la

geometría del canal en ArcGIS.

Inicialmente se deben crear las capas correspondientes al flujo que representa la inundación, las

bancas y llanuras de inundación. Luego, se dibuja manualmente el rio y sus márgenes para

posteriormente asignar a cada trazado la definición si es un canal, o delimitante de llanura de

inundación. Se muestra a continuación un esquema de las llanuras de inundación que se pretenden

modelar, junto con sus bancas. Se utiliza como Basemap la ortofoto para que sea más claro la

ubicación de los elementos mencionados.

Figura 6.Mapa Ortofoto Eje Ambiental




Antes del siguiente paso es válido mencionar que se debe crear un archivo Tin, con la herramienta

create Tin en ArcGIS. Un archivo Tin son una forma de datos geográficas que utiliza HEC-RAS basados

en vectores y se construyen mediante la triangulación de un conjunto de vértices, este archivo es el

compatible con HEC-GeoRAS. La visualización de este se muestra en la siguiente figura.

Figura 7. Eje Ambiental Archivo TIN

Ahora bien, en este punto por medio de ArcGIS se procesan las longitudes de las bancas, la longitud

de inundación, las cotas para luego crear las secciones transversales del área de inundación. Dado

que se tiene una zona de estudio bastante pequeña en comparación con las magnitudes que se

acostumbran a trabajar con software como HEC-RAS, las secciones no serán de cada 100 metros

como convencionalmente se hacen, sino de cada 10 metros para tener un análisis más detallado, y

además tendrán un ancho de 20 metro para abarcar toda la zona que regularmente se inunda en

cada evento de lluvia.




Luego se procesan las distancias y se establece a que corresponde el extremo izquierdo y derecho,

para establecer la dirección en la que fluye la inundación. Luego se exportan las secciones

transversales a HEC-RAS como se muestra en la siguiente figura.

Figura 8.Geometría Eje Ambiental HEC-RAS




4 RESULTADOS

4.1 Modelación Hidráulica HEC-RAS

A partir de la Modelación Geométrica realizada en ArcGIS, se procede a modificar los parámetros

necesarios para la modelación hidráulica en HEC-RAS. En primera instancia se deben cambiar

manualmente algunos parámetros como el coeficiente de n de Manning. En la mayoría de las

secciones transversales se utilizó un n de Manning de 0.011 correspondiente al material de adoquín

en el cual está construido el sendero que rodea el canal del eje ambiental, y para los sectores que

tienen pavimento se utilizó un n de Manning de 0.013 correspondiente a pavimento asfaltico. Los

valores tanto de expansión como contracción no se modificaron, dado que son los establecidos por

el programa para modelar este tipo de inundaciones.

Figura 9. Modificación de parámetros de forma manual.

Para las pendientes tanto aguas arriba como aguas abajo se configuro para una de 3%, y dado que

se tiene un flujo variable se decide hacer una modelación para régimen mixto obteniendo como

resultado la siguiente modelación que muestra el extremo izquierdo del canal aguas abajo del cruce

peatonal:




Figura 10. Modelación Hidráulica Eje ambiental

La siguiente imagen es un acercamiento del extremo derecho del sendero del eje ambiental, en

donde la parte que se contiene agua, o se inunda durante las precipitaciones es evidente en color

azul, sin embargo, dado que se tenían cotas bastante precisas tomadas con la estación total, se

puede apreciar el semicírculo que hace parte del canal que no se alcanza a inundar por efecto de las

precipitaciones, es decir, el modelo es consecuente con los dato tomados en campo para describir

la tipografía del terreno.




Figura 11. Modelación Hidráulica aguas abajo cruce peatonal

Una vez obtenido el modelo hidráulico este puede ser visualizado en formato raster en ArcGis para

la generación de mapas de profundidad de la lámina de agua. Para lo anterior, desde HEC-RAS se

exportan los datos en formato GIS, y se puede ver en ArcGis las secciones transversales, los puntos

de las bancas de la inundación, marcadores de velocidad entre otros parámetros de interés, como

se muestra a continuación:

Figura 12. Secciones Transversales exportadas de HEC-RAS




Ahora bien, el fin último de la modelación hidráulica es identificar los puntos o áreas donde hay

mayor lámina de agua cuando se presentan precipitaciones en la zona, para esto se generó un mapa

de delimitación de inundación y profundidad de agua en ArcGis, con los datos importados desde

HEC-RAS. También es importante mencionar, que dentro de la modelación hidráulica se incluyeron

los sumideros laterales ya existentes. Como resultado se obtuvo el siguiente mapa, en donde se

aprecia que la mayor profundidad de la lámina de agua puede llegar a ser de 12 cm, en zonas de

cruce peatonal y de vehículos. El tamaño de las celdas del raster que muestra la profundidad del

agua es de 0.5x0.5 m.

Figura 13. Mapa profundidad lámina de agua




4.2 Propuesta de solución a Inundaciones Eje ambiental

A continuación, a partir del análisis espacial y modelación hidráulica presentada en detalle

anteriormente, es indispensable mostrar en los resultados una solución a los problemas de

inundación que aquejan la zona de estudio y que afecta a la población en general que circunda por

la zona. En las visitas efectuadas al acueducto de Bogotá, se recopiló información sobre los

problemas relacionados con la captación de escorrentía superficial del caso de estudio, la cual hace

parte de la Zona 3 del Acueducto de Bogota, los cuales se resumen en la falta de sumideros en las

bocacalles y en zonas críticas, ya que esto causa que el agua transite por el sendero adoquinado y

las calles, causando la problemática de movilidad ya mencionada. En este punto es importante

mencionar, que, de acuerdo a la información suministrada, cuando fue construida la obra Eje

ambiental, no se construyeron los sumideros que requería el diseño, sumado a esto, aquellos que si

se construyeron fueron realizados sin cámaras de inspección, por lo que hace difícil su

mantenimiento. Los sumideros existentes actualmente son dos, que de acuerdo a la modelación

realizada no tienen la capacidad suficiente para captar el agua de lluvia, así como también se

encuentran llenos de basuras y sólidos acumulados hace muchos años que impiden que el agua

llegue al sistema de alcantarillado. Bajo este contexto surge la idea de proponer sumideros de

captación de agua lluvia en lugares estratégicos que pongan fin al problema de inundación.

4.2.1 Sumideros para captación de aguas lluvia

4.2.1.1 Generalidades Sumideros

Los sumideros son estructuras diseñadas para recolectar el agua de lluvia que fluye por las calles,

cunetas y vías. A pesas que están ubicados en las calles o lugares donde sea requerido la recolección

de agua de lluvia, estas estructuras no interfieren con el tráfico vehicular ni tampoco peatonal. Así

mismo, los sumideros tienen por objeto recolectar la escorrentía de las aguas lluvia evitando el

ingreso de elementos sólidos que muchas veces pueden ser de gran tamaño, y que van hasta el

sistema de alcantarillado. (EPM, 2019)

Los sumideros no deben ser ubicados de forma arbitraría independientemente del tipo que quiera

diseñarse, existe criterios para su ubicación y van de acuerdo a la necesidad de estos. Entre los

criterios más importantes para la ubicación de sumideros se pueden mencionar: “cruces de vías de

tal manera que intercepten las aguas de escorrentía antes de que alcancen las zonas peatonales,

rebajes de andén, parqueaderos en niveles inferiores al de la vía, reductores de velocidad, cunetas

y bateas, puntos bajos y depresiones, disminución de la pendiente longitudinal de la vía, antes de

puentes o terraplenes, deprimidos viales y sitios de captación de sedimentos”. (EPM, 2019)

Por otro lado, los sumideros, su ubicación y proceso constructivo como se mencionó anteriormente

tienen un sin número de especificaciones y requerimientos. Estos lineamientos pueden ser




consultados en el Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (RAS 2000)

y en la Norma técnica colombiana: NTC 4075, NTC 4577, NTC 1557.

4.2.1.2 Justificación Propuesta Sumideros para captación de aguas lluvias

La propuesta para mejorar las condiciones de inundación del sector del eje ambiental a la altura de

la Universidad de los Andes, consiste en la construcción de sumideros laterales que tengan la

capacidad de interceptar el caudal de escorrentía que pasa por la zona de estudio. Estos tipos de

sumideros son conocidos como sumideros de venta o captación Lateral y constan de una abertura

a manera de ventana colocada sobre la cara vertical del bordillo de la vía, o sobre los bordillos de

los andenes. Su localización permite colocar una ventana con una ligera depresión, lo cual permite

aumentar la captación mediante la acumulación de agua en esta zona. Para efectos de

mantenimiento preventivo y correctivo deben conectarse siempre a una cámara de inspección

(EPM, 2019).

Se eligen este tipo de sumideros ya que, al estar ubicados de forma lateral, no interfiere ni se ve

afectado por el tráfico vehicular, sin embargo, es susceptible a taponamiento por solidos de gran

tamaño y sedimentos, lo cual debe evitarse mediante la utilización de rejillas en la ventana. Dichas

rejillas deben quedar ancladas en la parte inferior y superior de la abertura de la ventana. Estos

sumideros se construyen en zonas de flujo lento o flujo sub-crítico, donde la inercia del flujo en la

dirección longitudinal es comparable con la dirección transversal. A continuación, se muestran dos

esquemas de un sumidero de captación lateral.




Figura 14. Esquema Sumideros Laterales. Fuente: elaboración propia

Figura 15. Vista Isométrica Sumideros laterales. Fuente: Elaboración Propia




Además de los sumideros de captación lateral, dentro de esta propuesta también se incluyen los

sumideros mixtos los cuales están compuestos por una combinación de los sumideros de rejilla y

ventana, con el fin de aumentar el área de captación. Se utilizan en zonas donde por condiciones de

tráfico sea preferible usar un sumidero de ventana, pero donde la pendiente longitudinal de la vía

sea mayor al 3%. A continuación, se muestra un esquema con un sumidero mixto.

Figura 16. Esquema Sumidero Mixto. Fuente: Elaboración Propia

4.2.1.3 Diseño de sumideros Caso de estudio

Luego de decidir los tipos de sumideros que se recomiendan implementar es necesario su correcta

localización en el caso de estudio, cumpliendo con los lineamientos establecidos en la norma. Por

otro lado, las razones principales por las que se requieren los sumideros mencionados y que

justifican esta propuesta son: en toda el área del caso de estudio existen puntos bajos y depresiones

en los cuales son de esperarse concentraciones de escorrentía superficial y donde puede ser muy

eficiente la captación.

Y los sumideros laterales ya existentes no tienen la capacidad para el caudal de escorrentía, lo que

ocasiona inundaciones durante la duración de las precipitaciones y hasta 1 hora después que ya

estas hayan pasado.

Una segunda razón, son los cambios de pendientes longitudinal de las vías que en realidad

corresponden a los puntos bajos, y es ahí donde hay mayor acumulación de agua. En las




intersecciones de las calles circundantes a las zonas de estudio, los carros deben sortear las

corrientes superficiales y esto hace que se vea afectada la movilidad en términos de tráfico

vehicular. Sumado a esto, se requieren sumideros agua arriba de los cruces peatonales, pues hasta

el momento los peatones se ven obligados a cruzar las corrientes de agua.




5 CONCLUSIONES

Como primera conclusión se tiene es que el análisis espacial desarrollado en ArcGis fue una

herramienta clave para lograr la modelación del eje ambiental, dado que se utilizaron propiedades

topológicas, geométricas y geográficas muy allegadas a la realidad. Por otro lado, es indispensable

mencionar que éxito de las modelaciones también se debe a los datos que se tomaron en campo,

pues se pudo unir la información de dos equipos de alta precisión como lo fueron la estación total

y el Dron Phantom 4 proporcionados por el Laboratorio de Geomática de la universidad.

Así mismo, se puede concluir que existe una gran cantidad de software que son compatibles entre

sí, como todos los utilizados en este proyecto de grado, lo importante es tener los adecuados, para

realizar una correcta simulación de las inundaciones, ya que tener un DEM de alta calidad fue

indispensable para el trabajo realizado. Para la modelación hidráulica fue muy útil la extensión de

HEC-GeoRAS que permite la unificación de los programas ArcGis y HEC-RAS, y a pesar que puede

llegar a ser un poco largo el procedimiento realizar, es bastante intuitivo el software utilizado.

Sumado a esto, se concluye de acuerdo a los resultados analizados que es recomendable la

implementación de sumideros en lugares estratégicos, que eviten que el caudal quede en la

superficie de la vía o cruce de peatones, y puede ser solución ante el problema de inundación de los

alrededores del eje ambiental, debido a que los sumideros son una estructura confiable, si se

realizan los diseños de acuerdo a la normativa vigente, es decir con la capacidad adecuada.

Finalmente, para prevenir inundaciones, si se implementa los sumideros, estos deben tener cámaras

de inspección, para su posterior mantenimiento; ya que esta omisión fue causante de que los

sumideros actuales no funciones correctamente por la acumulación de basuras y sedimentos.




6 RECOMENDACIONES

Como primera recomendación se debe mencionar que se debe tener subo cuidado al tomar

datos propios, como se realizó para este proyecto con la estación total, dado que errores

de medición pueden cambiar el curso de las decisiones que deban tomarse en base a los

análisis espaciales.

Se recomienda el uso de equipos de alta tecnología, pues se obtienen datos de buena

calidad, confiables y dan seguridad al momento de realizar los debidos análisis.

Se debe tener especial cuidado al realizar los trazados de la longitud que representan las

inundaciones, así como las bancas y llanuras de inundación, para lograr una mayor precisión

de esto se recomienda usar como guía un Basemap de la zona de estudio en ArcGis.

Se recomienda establecer desde un principio las coordenadas en las que se trabajará en

ArcGis, asegurándose que todas se encuentren referenciadas de la misma forma y así evitar

errores cuando se vayan a exportar los archivos a HEC-RAS.

Para modelaciones futuras se pueden utilizar softwares especializados que permitan

observar mejor este tipo de inundaciones a lo largo del tiempo, de esta forma será más

evidente la justificación en la toma de decisiones.

Para la modelación de inundaciones de casos de estudios con áreas tan pequeñas no es

recomendable utilizar un programa como HEC-RAS ya que este puede arrojar resultados de

más relevancia para ríos y llanuras de inundación de gran magnitud.




7 REFERENCIAS

ArcGIS. (20 de marzo de 2015). ArcGIS onlie. Obtenido de http://www.arcgis.com/index.html

Engieneers, U. A. (25 de Abril de 2017). Hydrlogic Engineering Center. Obtenido de HEC-RAS:

https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/

EPM. (01 de 05 de 2019). NORMA DE CONSTRUCCIÓN. NORMA DE CONSTRUCCIÓN. Bogotá.

Fraile, S. (2 de marzo de 2016). Nuevo Phantom 4 . Obtenido de

https://www.todophantom.com/nuevo-phantom-4-caracteristicas-tecnicas/

IDEAM. (11 de 10 de 2014). Amenazas Inundación. Obtenido de IDEAM:

http://www.ideam.gov.co/web/agua/amenazas-inundacion

Leica, E. (5 de 06 de 2016). Equiós Leica Soluciones Integrales en Geomática. Obtenido de

http://www.equiposleica.com/dem/que-es/terminologia/que-es-una-estacion-total

PIX4D. (21 de Diciembre de 2017). PIX4D. Obtenido de https://www.pix4d.com/es/blog/la-

exactitud-que-usted-espera-con-pix4dmapper

Vega, A. (Octubrre de 2014). Rutas Navarra.

Wu, I. (1975). Design on Drip Irrigation Main Lines. Journal of the Irrigation and Drainage Division,

ASCE.

Asesor: Ricardo Camacho Castilla Co-Asesor ... - Uniandes

Documents

Transcript of Asesor: Ricardo Camacho Castilla Co-Asesor ... - Uniandes