La Presidenta Con HEC-RAS
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Modelación quebrada La Presidenta, Medellín, Antioquia.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 1
MODELAMIENTO DE LA QUEBRADA LA PRESIDENTA CON HEC RAS 4.1.0 Pineda Lopez Steven, Burbano Estupian Paola Stephania, Tamayo Cano Andrs Felipe.
1Estudiantes de ingeniera civil de la Universidad de Antioquia
RESUMEN
En el presente trabajo se encuentra el anlisis hidrulico realizado para el canal de la quebrada La Presidenta, la
cual se encuentra ubicada al sur oriente de la ciudad de Medelln del departamento de Antioquia, Colombia. Tener
un anlisis de este tipo permite determinar comportamientos a futuro, por medio de datos pasados y presentes,
del cauce, la zona y la poblacin que sern afectadas a raz de un posible desbordamiento, con esto se busca
reducir factores que presenten un impacto negativo sobre la zona y su poblacin. Para esto fue necesario ejecutar
un estudio terico-prctico de una seccin de la microcuenca de la quebrada haciendo uso de informacin
recopilada, condiciones presentes y la estimacin de condiciones futuras para comprender, en cierta medida, los
procesos naturales a travs de una modelacin en computadora por medio del recurso de HEC-RAS
(Hydrologic Engineering Center-River Analysis System) y determinar la capacidad hidrulica, el comportamiento
del cauce y las zonas o la poblacin que posteriormente sern afectadas a raz de un desbordamiento.
Palabras Clave: Quebrada, canal, modelacin, desbordamiento.
ABSTRACT
This document its about the hydraulic analysis of the watercourse of the ravine La Presidenta, which is located in
the south east zone of Medellin in the state of Antioquia, Colombia. This kind of analysis allows to determine
future behaviors through past and present information of the channel, the zone and the population that will be
affected because of a possible overflow, looking for to reduce factors that show a negative impact on the area
and its population. To achieve this, it was necessary to carry out a theoretical and practical study of a section of
the micro watershed of the ravine using the collected information, the current conditions and the estimate of
future conditions to understand, somewhat, the natural process through a computer modeling using the HEC-RAS
(Hydrologic Engineering Center-River Analysis System) and establish the hydraulic capacity, the channel behavior
and the area or the people that will be subsequently affected because of an overflow.
Key Words: Ravine, channel, modeling, overflow.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 2
INTRODUCCIN
En el Valle de Aburr se ha venido incrementando el
crecimiento de la poblacin, esto ha ocasionado el
asentamiento sin discriminacin alguna, de la
poblacin en las proximidades de los ros y
quebradas que por el valle fluyen. La situacin
anterior ha generado todo tipo de problemas, los
daos generados por un desbordamiento de una
quebrada que en sus alrededores cuente con todo
tipo de intervenciones no son comparables con los
daos generados si la quebrada no tiene
construcciones ni asentamientos. Por esta razn es
de gran importancia predecir las tendencias de
evolucin morfolgica de cauces aluviales para la
planificacin de obras civiles o actividades humanas,
en el cauce como tal y en sus zonas adyacentes; por
ello, es preciso conocer cmo se comportan los
cauces que interactan con estas intervenciones
sobre el medio natural.
El contenido de este trabajo cuenta inicialmente con
la introduccin del tema a considerar y el objetivo
general, a continuacin se plantea la descripcin del
tramo. Posteriormente se muestra paso a paso la
modelacin en HEC-RAS a travs de un conjunto de
pantallazos y una descripcin breve de cada uno de
ellos. El anlisis de la informacin y el anlisis de los
resultados obtenidos a partir de la toma de datos se
muestran ms adelante. Finalmente se presentan las
conclusiones pertinentes.
Objetivos
Objetivo general
Generar un modelo a partir del programa de
computadora HEC-RAS de un tramo de la quebrada
La Presidenta con el fin de identificar las posibles
manchas de inundacin para unos periodos de
retorno determinados adems de establecer el
comportamiento hidrulico del cauce, posibles
inconvenientes en obras o elementos de la quebrada
y plantear soluciones para reducir los daos que
puedan suceder en el sector.
DESCRIPCIN GENERAL DE LA ZONA DE INFLUENCIA
La microcuenca de la quebrada La Presidenta nace en
la vereda del corregimiento de Santa Elena,
aproximadamente en la cota 2700 y desemboca en
el rio Medelln en la cota 1488. Posee un reas
superficial de 13.47 km2, una pendiente promedio
de 17.68 %; el cauce principal tiene una longitud de
7.17 km y una pendiente de 18.33%.
La quebrada La Presidenta atraviesa de oriente a
occidente Las Palmas y el corregimiento de Santa
Elena, desciende por la comuna 14 cruzando los
barrios de los Altos del Poblado, La Chacona, Patio
Bonito y el parque Lleras, desembocando finalmente
en el rio Medelln, por lo que se encuentra en una
zona urbanizada, rodeada de edificios, viviendas y
locales comerciales.
Es importante considerar todos los factores que
podran provocar un desbordamiento de la quebrada
como la sucedida en el ao 2013, donde fuertes
precipitaciones provocaron el colapso de los
sumideros, devolviendo el agua y obstruyendo las
vas a su alrededor con lodo y rocas. Es por esto que
se deben identificar los puntos de mayor riesgo con
su respectivo anlisis.
El tramo a analizar es de un tramo de 500 m, y est
ubicado como se muestra en la imagen1:
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 3
Imagen 1. Ubicacin del tramo a analizar.
A lo largo del tramo escogido, se seleccionaron
lugares con particularidades, las cuales se registraron
en fotografas y se comentaron brevemente.
Canalizacin: la totalidad del tramo escogido se
encuentra canalizado.
Imagen 2. Canalizacin de la quebrada La Presidenta.
Imagen 3. Canalizacin de la quebrada La Presidenta.
En las fotografas se observa la completa canalizacin
del tramo de anlisis; en la imagen 3, se observa que
el concreto est cubierto por vegetacin.
Obras Hidrulicas: En el tramo de estudio se
encontraron vertederos, aportes de caudal y
ensanchamiento del canal.
Imagen 4. Ensanchamiento del canal.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 4
Esta obra hidrulica se encuentra cercana a un lugar
residencial, reduce la velocidad del caudal.
Imagen 5. Vertederos a lo largo del canal.
Los vertederos se localizaron en tres puntos a lo largo
del canal, estos mitigan la energa del caudal y evitan
problemas de erosin aguas abajo.
Imagen 6. Aportes de caudal
Los aportes de caudal a lo largo de la quebrada
provenan de aguas negras de lugares aledaos.
Otro tipo de obras: Se localizaron dos puentes a
lo largo de la canalizacin.
Imagen 7. Puente sobre la quebrada.
Problemas identificados: A lo largo del tramo se
encuentran lugares que deberan ser
intervenidos para evitar mayores daos.
Imagen 8. Fractura de la pared del canal.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 5
Imagen 9. Fractura de la pared del canal.
La fractura en la pared del canal que se evidencio en
varios sectores, representa un problema serio, ya
que el agua empieza a filtrarse en el suelo,
aumentando el dao en ms secciones y provocando
la erosin del suelo.
Detalles paisajsticos: imgenes del lugar desde
un punto de vista urbano, senderos peatonales y
vegetacin se observan alrededor del cauce.
Imagen 10. Paisajismo dentro de la quebrada.
Imagen 11. Paisajismo dentro de la quebrada.
MODELO
Para la realizacin del modelo en HEC-RAS se
llevaron a cabo diferentes pasos; reconocimiento de
la zona de estudio, obtencin de datos histricos y
posteriormente el desarrollo de las secciones
transversales para ser ingresadas en el programa
para correrlo y poder analizar los resultados.
En la imagen 1, se puede observar el tramo de la
quebrada que fue modelado, el cual consta
aproximadamente con una longitud de 1 Km. A
continuacin, se presenta el modelo simplificado.
Grafica 1. Modelo de la seccin usada con el programa
HEC-RAS.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 6
Para la modelacin en el programa se introdujeron
diez secciones, se escogi un tramo que estuviera
canalizado para poder introducir bueno datos, con
estos datos se pudo interpolar de tal forma que se
pudieran tener secciones cada 10 metros para lograr
una mejor aproximacin a la realidad.
Para la obtencin de las medidas no se utilizaron
estaciones especializadas de topografa, por lo que
hay cierto grado de incertidumbre en los datos, pero
de igual forma, se tomaron precauciones a la hora de
tomar los datos en campo. En las siguientes graficas
se pueden observar las secciones.
Grafica 2. Seccin transversal tramo recto.
Grafica 3. Seccin transversal en la curva.
En el segmento estudiado, se presentan dos puentes
los cuales se pueden observar mejor en las imgenes
antes mostradas. Para las secciones transversales
correspondientes a las abscisas de los puentes, se
tuvieron que incluir ms datos para que estos se
pudieran modelar mejor, a continuacin se muestran
los perfiles correspondientes.
Grafica 4. Seccin transversal para el puente con un periodo de retorno de 5 aos.
Grafico 5. Seccin transversal para el puente con un
periodo de retorno de 25 aos.
Con todos los datos incorporados en el Software,
secciones, caudales segn los periodos de retorno,
puentes, se procede a correr el modelo para poder
realizar un anlisis pertinente que nos permita sacar
buenas conclusiones.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 7
ANLISIS Y RESULTADOS
Con los datos arrojados por el modelo se pueden
interpretar los siguientes parmetros. En periodos
de 2 aos aproximadamente, se generan
inundaciones en las zonas bajas del tramo estudiado,
lo cual es debido a la baja pendiente que se
encuentra en ella. Por otro lado, se nota que los
puentes con luz corta y sin pilas que se encuentran
en el segmento no interfieren en el normal
desarrollo del cauce.
En la siguiente grafica se puede observar claramente
el lugar que se inunda, se investig y efectivamente
hay historial de que este sector de la canalizacin
(zona del xito del poblado) ha tenido problemas de
inundacin a lo largo del tiempo. Se cree que es
debido a la baja pendiente ya que de esta forma no
se logra una buena descarga de caudal, ocasionando
que se estanque el agua y posteriormente se rebose
el canal.
Grafica 6. Perfil de inundacin para la Q la presidenta.
Con el fin de reiterar la informacin arrojada por el
programa se busc en la literatura el mapa
correspondiente a las pendientes de la cuenca, la
cual, basado en porcentajes se puede ver en colores
la inclinacin del terreno. Lo cual, puede ser de gran
ayuda para determinar las zonas crticas por
inundacin, deslizamiento, erosin, etc. Para este
caso, es relevante observar los sectores con poca
pendiente para as poder analizar el flujo y el
comportamiento de los caudales en la presidenta. En
el grafico que sigue a continuacin, se puede
observar ms claramente.
Grafico 7. Mapa de pendientes para la cuenca la
Presidenta.
Basados en los grficos anteriores se logra mirar que
la velocidad en el tramo critico es muy lenta, por lo
que la zona se puede denominar una zona de
remanso. Se logra entender que es una zona
problemtica de la quebrada la Presidenta.
Para los caudales con periodos de retorno de 25 aos
las zonas de inundacin superan ampliamente las
cotas de los puentes, esta zona propensa al
desbordamiento cercana a la desembocadura ya
est totalmente rebosada.
Para periodos de retorno de 5 aos la zona critica de
la quebrada muestra un desbordamiento total a
nivel del puente nmero 1, este hecho, podra
ocasionar daos de grandes envergaduras, como las
mencionadas anteriormente.
Observando el comportamiento del flujo en
diferentes periodos de retorno, los resultados
concuerdan con las amenazas de riesgo elaboradas
por el rea metropolitana en el estudio de la
quebrada la Presidenta, en la siguiente grafica se
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 8
nota la zona con riesgo de inundacin actualmente
y a futuro (parte baja de la quebrada, xito del
poblado), tramo estudiado en este modelo. Por lo
que los resultados se acercan a la realidad, dejando
por sentado la exactitud del programa HEC-RAS.
Grafico 8. Perfil de inundacin para el segmento
estudiado de la Q. la Presidenta.
En cuanto al diseo de los puentes, basados en los
resultados obtenidos por el modelo se puede notar
que no resistiran las inundaciones para los altos
periodos de retorno, pues fueron construidas en
lugares que aunque no afectan aparentemente el
flujo de la quebrada no estn diseadas para resistir
los cambios que esta pueda tener.
Es claro, que la zona no est preparada para el da
en que se presenten los caudales mximos, debido
a que las zonas de inundacin naturales de la
quebrada estn urbanizadas, impidiendo el normal
desarrollo del flujo en las crecientes.
En el siguiente grafico se muestran las diferentes
secciones para el tramo modelado de la quebrada,
en donde se observan las formas geomtricas de tal
segmento.
Grafica 9. Secciones transversales del segmento
estudiado de la Q. la presidenta.
CONCLUSIONES
La desembocadura de la quebrada en la poblada, es
un lugar de inters hidrulico ya que su diseo no es
el ms adecuado, ya que las aguas no logran
evacuarse cuando se presentan caudales mximos.
Segn los resultados arrojados por el Software para
el segmento estudiado se puede concluir que hay un
riesgo grande por inundacin natural, debido a la
disminucin abrupta de la pendiente, ocasionando
una perdida abrupta de la energa, depositando el
material que trae aguas arriba y posteriormente
ocasionando la inundacin.
Con los resultados obtenidos por HEC-RAS y por las visitas realizadas se concluye que en la zona el mayor riesgo natural est representado por inundacin, erosion, socavacin y sedimentacin, en cuanto a la intervencin antrpica, el mayor riesgo est centrado en la contaminacin de la quebrada
Al momento de ingresar la variable n de manning en el programa de HEC-RAS, cabe mencionar que este valor se toma diferente al comnmente usado, esto debido a la cobertura vegetal presentada en las paredes del canal a lo largo del tramo de estudio.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 9
La abundante cobertura vegetal presente en los
alrededores del canal de estudio tiene un efecto
decreciente en la escorrenta producida por lluvias,
por lo que aplacara la intensidad y cantidad de
agua que recibe el canal en cierto evento de
precipitacin.
Se trata de promover el inters por las diferentes
organizaciones en contribuir con la inversin para
la mejora de la infraestructura y as disminuir los
riesgos que pueda ocasionar un mal manejo.
Se determin como la zona de mayor peligrosidad
dentro del tramo de estudio el xito, en caso de la
eventualidad de lluvias de gran intensidad que
pueden producir caudales mximos, ya que el
caudal se desbordara inundando parte del sector,
por ejemplo las vas circundantes, poniendo en
peligro a las personas que las transitan.
REFERENCIAS
ALCALDA DE MEDELLN, SECRETARA DEL
MEDIO AMBIENTE (2005). Formulacin del
plan de manejo de la microcuenca de la
quebrada la presidenta, Convenio Nmero
4800000905, Quebrada La Presidenta Tomo I
y Tomo II.
Kraatz D. B., Revestimiento de Canales de
Riego. Organizacin de las Naciones Unidas
para la Agricultura y la Alimentacin. Roma.
1977.
Duarte Agudelo Carlos Arturo, Introduccin a
la Hidrulica de canales. Universidad Nacional
de Colombia. 2009.
Naia Leonardo S. Manual Basico de HEC-RAS
3.1.3 y HEC-GeoRAS 3.1.1, Universidad de
Granada. 2007.
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 10
ANEXOS
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 11
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 12
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 13
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 14
-
Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 15
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 16
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 17
-
Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 18
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Modelacin de la quebrada La Presidenta con HEC RAS Pgina 19
