PROYECTO PRODUCCION DE ÁRIDOS EN RÍO CALLE CALLE ...

PROYECTO

PRODUCCION DE ÁRIDOS EN RÍO CALLE CALLE (EXTRACCION MECANIZADA EN CAUCE NATURAL)

MEMORIA Y ANALISIS

HIDROLOGÍA, HIDRÁULICA Y MECANICA FLUVIAL

Profesional

Iniciales Nombre Fecha Observación Firma

KF Kristell Fulgeri – Ingeniera Civil 15-02-2020

Revisa

Iniciales Nombre Fecha Observación Firma

LG Lautaro Guerrero - Asesorías 20-02-2020

Revisión A

PROYECTO “PRODUCCION DE ARIDOS EN RIO CALLE CALLE”

(EXTRACCION MECANIZADA DE ÁRIDOS EN CAUCE NATURAL)

ÍNDICE

INTRODUCCION…………………………………………………………………………………. 1 MEMORIA DE HIDROLOGÍA SECTORES DE EXTRACCIÓN DE ÁRIDOS EN RÍO CALLE CALLE ..................................... 5

1.1 ANTECEDENTES GENERALES ....................................................................................................................................... 5 1.1.1 Objetivos .................................................................................................................................................................... 5 1.1.2 Referencias ................................................................................................................................................................ 6

1.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS ............................................................................................... 6 1.2.1 Delimitación de las cuencas ....................................................................................................................................... 7 1.2.2 Análisis de frecuencia para caudales máximos instantáneos...................................................................................... 9 1.2.3 Caudales instantáneos máximos ...............................................................................................................................10 1.2.4 Análisis de frecuencia para caudales medios mensuales ..........................................................................................12

1.3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .....................................................................................................................13 2 MEMORIA DE HIDRAULICA SECTOR RÍO CALLE-CALLE-PISHUINCO.............................................................................14

2.1 Referencias ......................................................................................................................................................................14 2.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS ..............................................................................................15

2.2.1 Modelación hidráulica del cauce ................................................................................................................................15 2.3 RESULTADOS ..................................................................................................................................................................21 2.4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .....................................................................................................................23

3 MEMORIA DE ARRASTRE DE SEDIMENTOS RÍO CALLE-CALLE-PISHUINCO ................................................................24 3.1 ANTECEDENTES GENERALES ......................................................................................................................................24

3.1.1 Objetivos ...................................................................................................................................................................24 3.1.2 Referencias ...............................................................................................................................................................24

3.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS ..............................................................................................24 3.2.1 Condiciones de borde ...............................................................................................................................................25 3.2.2 Caudales de modelación ...........................................................................................................................................25 3.2.3 Disponibilidad de sedimentos ....................................................................................................................................25

3.3 CONCLUSIÓN ..................................................................................................................................................................26 4 MEMORIA DE HIDRAULICA SECTOR RÍO CALLE-CALLE-HUELLELHUE ........................................................................27

4.1.1 Referencias ...............................................................................................................................................................27 4.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS ..............................................................................................28


5 MEMORIA DE ARRASTRE DE SEDIMENTOS RÍO CALLE-CALLE-HUELLELHUE ............................................................37 5.1 ANTECEDENTES GENERALES ......................................................................................................................................37



5.3 CONCLUSIÓN ..................................................................................................................................................................39 6 MEMORIA DE HIDRAULICA SECTOR RÍO CALLE-CALLE-MECHUCO ..............................................................................40

6.1.1 Referencias ...............................................................................................................................................................40 6.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS ..............................................................................................41


7 MEMORIA DE ARRASTRE DE SEDIMENTOS RÍO CALLE-CALLE-MECHUCO ..................................................................50 7.1 ANTECEDENTES GENERALES ......................................................................................................................................50



7.3 CONCLUSIÓN ..................................................................................................................................................................52

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N° 1.2-1 Resumen de estaciones fluviométricas. ...................................................................................................................... 7 Tabla N° 1.2-2 Caudal máximo instantáneo para distintos periodos de retorno de acuerdo al ajuste de distribuciones en la estación Río Calle-Calle@Balsa. ...................................................................................................................................................................... 9 Tabla N° 1.2-3 Cálculo de caudales máximos instantáneos para los sectores de explotación de áridos. ...........................................11 Tabla N° 1.2-4 Caudales medios mensuales en la estación Río Calle-Calle-Balsa ............................................................................12 Tabla N° 1.2-5 Caudales medios mensuales en Río Calle-Calle-Pishuinco .......................................................................................12 Tabla N° 1.2-6 Caudales medios mensuales en Río Calle-Calle-Huellelhue ......................................................................................12 Tabla N° 1.2-7 Caudales medios mensuales en Río Calle-Calle-Mechuco ........................................................................................13 Tabla N° 2.2-1 Valores de nb propuestos por Aldrige & Garrett (1973) (USGS, 1989). ......................................................................17 Tabla N° 2.2-2 Valores de factores de corrección para cauces naturales (USGS, 1989) ...................................................................19 Tabla N° 2.2-3 Valores de factores de corrección para planicies de inundación (USGS, 1989). ........................................................19 Tabla N° 2.2-4 Estimación del “n” de Manning del cauce en Calle-Calle-Pishuinco. ..........................................................................20 Tabla N° 2.2-5 Estimación del “n” de Manning de las planicies de inundación. ..................................................................................20 Tabla N° 2.2-6 Caudales de modelación en el río Calle-Calle-Pishuinco. ..........................................................................................20 Tabla N° 3.2-1 Caudales medios mensuales en Río Calle-Calle-Pishuinco .......................................................................................25 Tabla N° 3.2-2 Disponibilidad de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle-Calle-Pishuinco para distintas probabilidades de excedencia. ..................................................................................................................................................................................25 Tabla N° 3.2-3 Demanda de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle-Calle-Pishuinco para distintas probabilidades de excedencia. .......................................................................................................................................................................................25 Tabla N° 4.2-1 Valores de nb propuestos por Aldrige & Garrett (1973) (USGS, 1989). ......................................................................30 Tabla N° 4.2-2 Valores de factores de corrección para cauces naturales (USGS, 1989) ...................................................................32 Tabla N° 4.2-3 Valores de factores de corrección para planicies de inundación (USGS, 1989). ........................................................32 Tabla N° 4.2-4 Estimación del “n” de Manning del cauce en Calle-Calle-Huellelhue. .........................................................................33 Tabla N° 4.2-5 Estimación del “n” de Manning de las planicies inundación del tramo Huellelhue. ......................................................33 Tabla N° 4.2-6 Caudales de modelación en el río Calle-Calle-Huellelhue. .........................................................................................33 Tabla N° 5.2-1 Caudales medios mensuales en Río Calle-Calle-Huellelhue ......................................................................................38 Tabla N° 5.2-2 Disponibilidad de sedimentos en el tramo Río Calle-Calle-Huellelhue para distintas probabilidades de excedencia. .38 Tabla N° 5.2-3 Demanda de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle-Calle-Huellelhue para distintas probabilidades de excedencia. .......................................................................................................................................................................................38 Tabla N° 6.2-1 Valores de nb propuestos por Aldrige & Garrett (1973) (USGS, 1989). ......................................................................43 Tabla N° 6.2-2 Valores de factores de corrección para cauces naturales (USGS, 1989) ...................................................................45 Tabla N° 6.2-3 Valores de factores de corrección para planicies de inundación (USGS, 1989). ........................................................45 Tabla N° 6.2-4 Estimación del “n” de Manning del cauce en Calle-Calle-Mechuco. ...........................................................................46 Tabla N° 6.2-5 Estimación del “n” de Manning de las planicies inundación del cauce en Calle-Calle-Mechuco. ................................46 Tabla N° 6.2-6 Caudales de modelación en el río Calle-Calle-Mechuco. ...........................................................................................46 Tabla N° 7.2-1 Caudales medios mensuales en Río Calle-Calle-Mechuco ........................................................................................51 Tabla N° 7.2-2 Disponibilidad de sedimentos en el tramo Río Calle-Calle-Mechuco para distintas probabilidades de excedencia. ....51 Tabla N° 7.2-3 Demanda de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle-Calle-Mechuco para distintas probabilidades de excedencia. .......................................................................................................................................................................................51

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura N° 1.2-1 Cuenca drenada a la ubicación de las extracciones de áridos sobre el río Calle Calle. ............................................. 8 Figura N° 1.2-2 Hidrografía del sector de estudio. ............................................................................................................................. 8 Figura N° 1.2-3 Ajuste gráfico del análisis de frecuencia a los datos medidos en la estación fluviométrica Calle-Calle-Balsa. ..........10 Figura N° 1.2-4 Curva de variación estacional en la estación fluviométrica Calle-Calle-Balsa. (Mes 1 corresponde al inicio del año hidrológico, en abril). .........................................................................................................................................................................12 Figura N° 2.2-1 Determinación del régimen de escurrimiento, de acuerdo a la relación entre la fuerza de la corriente y el tamaño medio del material del lecho (USGS, 1989). ......................................................................................................................................17 Figura N° 2.3-1 Eje hidráulico para los caudales máximos instantáneos con periodo de retorno 5 y 100 años. ................................22 Figura N° 4.2-1 Determinación del régimen de escurrimiento, de acuerdo a la relación entre la fuerza de la corriente y el tamaño medio del material del lecho (USGS, 1989). ......................................................................................................................................30 Figura N° 4.3-1 Eje hidráulico para los caudales máximos instantáneos con periodo de retorno 5 y 100 años. ................................35 Figura N° 6.2-1 Determinación del régimen de escurrimiento, de acuerdo a la relación entre la fuerza de la corriente y el tamaño medio del material del lecho (USGS, 1989). ......................................................................................................................................43 Figura N° 6.3-1 Eje hidráulico para los caudales máximos instantáneos con periodo de retorno 5 y 100 años. ................................48

INTRODUCCION. Valdicor Ltda., se encuentra ejecutando el proyecto denominado “ Producción de Aridos en Río Calle Calle “ o Extracción Mecanizada de Áridos, en lugares ubicados en río Calle Calle, proyecto que contempla la explotación o ejecución de la actividad en tres sectores conocidos como Mechuco, Pishuinco y Huellelhue, ubicados en la Región de Los Ríos. Cabe señalar, que el propósito del presente estudio o análisis Hidráulico, Hidrológico y de arrastre de sólidos o mecánico fluvial, se realiza, en especial, no obstante otros aspectos operacionales, para cumplir con lo establecido en Resolución de Calificación Ambiental N° 1627 de fecha 5.Dic.2002, otorgada a Sociedad de Desarrollo Urbano Valdivia Ltda. ó Valdicor Ltda., que aprobó ambientalmente el proyecto “ Producción de Aridos en Río Calle Calle “ definido actualmente, para otros efectos, como extracción mecanizada de áridos, en los sectores mencionados. Se hace presente y se requiere establecer, que el sector denominado Chumpullo, considerado también en la resolución que aprobó el proyecto; por una situación forzada fuera del ámbito de la voluntad de la Titular del proyecto, se dejó fuera del presente análisis. La razón o motivo, radica en el impedimento de la empresa en desarrollar la actividad u operación en el sector, por la construcción de la obra denominada Puente Santa Elvira y la Destinación Marítima otorgada al Ministerio de Obras Públicas, que en la práctica se sobrepone a la concesión marítima vigente a nombre de Valdicor Ltda., cuya situación fue informada y está en conocimiento de la Autoridad Marítima, para su regularización. Sin perjuicio de lo expresado, si la autoridad Medio Ambiental considera que de todos modos se debe realizar el análisis en sector Chumpullo, no obstante los inconvenientes u obstáculos existentes en el lugar, se realizarían los estudios, aunque los resultados serían alterados por las obras y probablemente no cumplirían los objetivos contemplados en el texto normativo de origen de la obligación. A la fecha del presente informe, no se tiene conocimiento de respuesta de la autoridad competente en resolver la situación de sobreposición de la Destinación Marítima con la concesión marítima vigente. De todos modos, se informará a la autoridad Medio Ambiental, una vez recibidas las respuestas de la autoridad marítima o Ministerial. El presente estudio o análisis busca o tiene como objetivo, conocer, y verificar el impacto de la extracción y determinar el comportamiento hidráulico, hidrológico y mecánico fluvial en sectores del río Calle Calle, conocidos como Mechuco, Pishuinco y Huellelhue y conocer o establecer recomendaciones para la ejecución, de manera de garantizar la recuperación del lecho del río y su seguridad ante el tránsito de crecidas. El río Calle Calle, cauce natural, ubicado en la Región de Los Ríos, recorre cerca de 110 km desde su nacimiento en el Lago Riñihue hasta su descarga en el Océano Pacífico al oeste de la ciudad de Valdivia. El cauce presenta lecho erosionable (de gravas y arenas), y laderas de taludes importantes, con abundante presencia de árboles y sedimentos.

1 MEMORIA Y ANALISIS DE HIDROLOGÍA SECTORES DE EXTRACCIÓN DE

ÁRIDOS EN RÍO CALLE CALLE

1.1 ANTECEDENTES GENERALES La empresa Valdicor Ltda., se encuentra ejecutando o desarrollando el proyecto de Extracción Mecanizada de Áridos del río Calle Calle, proyecto que abarca la explotación en tres sectores conocidos como Mechuco, Pishuinco y Huellelhue, ubicados en la Región de Los Ríos, El presente estudio o análisis, busca determinar el comportamiento hidrológico del río Calle Calle en los lugares de interés por la explotación o desarrollo de la actividad, y dar recomendaciones para su ejecución, de manera de garantizar la recuperación del lecho del río y su seguridad ante el tránsito de crecidas. El cauce presenta lecho erosionable (de gravas y arenas), y laderas de taludes importantes, con abundante presencia de árboles y sedimentos. 1.1.1 Objetivos El presente estudio o análisis tiene como objetivo la determinación de los caudales característicos en el río Calle Calle. Específicamente se tienen los siguientes objetivos:

Analizar los registros históricos de crecidas en el cauce.

Estudiar el comportamiento hidrológico del cauce (cantidad de agua) ante el

tránsito de caudales de crecida con 100 años de periodo de retorno, para las

situaciones con y sin proyecto.

Determinar los caudales medios mensuales con período de retorno 1.05, 1.25

y 1.67 años.

1.1.2 Referencias Para la elaboración del estudio se utilizaron los siguientes documentos de referencia:

Guías Metodológicas para Presentación y Revisión de Proyectos de

Modificación de Cauces Naturales y Artificiales, Ministerio de Obras Públicas,

Dirección General de Aguas, 2016.

Manual de Carreteras, Volumen 3, Ministerio de Obras Públicas, Dirección de

Vialidad, 2018.

Estudio de Precipitaciones máximas en 1, 2 y 3 días, Ministerio de Obras

Públicas, Dirección General de Aguas, 1991.

Manual de Cálculo de Crecidas y Caudales Mínimos en Cuencas sin

Información Fluviométrica, Ministerio de Obras Públicas, Dirección General de

Aguas, 1995.

Hidrología Aplicada, Chow et al, 1994.

Estadística hidrológica en línea, Sitio Web DGA.

P 24-20, Ettena R. et al, 2010.

1.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS El estudio y análisis se realiza siguiendo recomendaciones y procedimientos descritos en literatura nacional e internacional, de manera de cumplir con lo exigido en el “Manual de Carreteras” y la “Guía de Presentación y Aprobación de Proyectos de Modificación de Cauces” (DGA, 2016); y de Extracción Mecanizada de Aridos desde cauces naturales. A continuación, se explica la metodología y criterios empleados durante la ejecución del estudio. En la ubicación de las extracciones de áridos no existe control fluviométrico, sin embargo, aguas arriba existen dos estaciones fluviométricas con estadística suficiente para estimar los caudales de crecida en el punto de interés mediante la transposición de caudales. Las estaciones fluviométricas vigentes de la red hidrometeorológicas de la DGA cercanas a la cuenca en estudio son: Río Calle Calle en Pupunahue y Río Calle Calle en Balsa San Javier. El resumen de la información disponible en cada una de estas estaciones se muestra en la siguiente tabla.

Tabla N° 1.2-1 Resumen de estaciones fluviométricas.

Parámetro Estación

Río Mininco en Longitudinal Río Renaico en Longitudinal

Código BNA: 08343001-K 08342001-4

Cuenca: Río Bio-Bio Río Bio-Bio

UTM Norte (m): 5803156 5805059

UTM Este (m): 200700 202100

Inicio de Registro 1983 1987

Suspensión No suspendida No suspendida

Fuente: DGA.

Las estaciones en el Calle-Calle-Pupunahue y Calle-Calle-Balsa cuentan con un registro continuo de caudales instantáneos, desde antes del año 2018. 1.2.1 Delimitación de las cuencas La cuenca, conformada por el área aportante al cauce en el punto de cruce, se delimita en base al modelo digital de terreno de la expedición ASTER GDEM financiada por la NASA y el Gobierno de Japón en el año 2011, complementado con información de elevación extraída de Google Earth, y curvas de nivel y elevaciones mostradas en las cartas IGM de referencia. La siguiente figura muestra la cuenca delimitada, se identifica un cauce principal, el río Calle Calle, este último cauce descarga en el Océano Pacífico a 37 kilómetros después del punto de la extracción de áridos solicitada. La cuenca drenada en la sección del Calle Calle donde se ejecuta la extracción alcanza los 5230 km2. Topografia – Batimetría – Georeferencia (2019)

La información topográfica utilizada corresponde al modelo digital de elevaciones generado para cada sector o zona de estudio, que cubre la batimetría del fondo del cauce y una faja de ancho medio de aproximadamente 5 m, adyacente al borde de cada ribera. A partir de dicho modelo se generaron los perfiles e información del cauce para desarrollo del estudio. En inmediaciones y próximo a sectores para análisis, se monumentaron PRs. y vincularon a vértice SHOA ubicado en capitanía de puerto de Valdivia, de igual modo se estableció y materializó un vértice o PR permanente, ubicado en terreno Planta Chumpullo de propiedad de Valdicor Ltda. El proyecto se encuentra georeferenciado a vértice oficial.

Figura N° 1.2-1 Cuenca drenada a la ubicación de las extracciones de áridos sobre el río Calle Calle.

Fuente: Elaboración propia sobre Red Hidrográfica Nacional.

En la figura siguiente, en círculos verdes, se indican la ubicación de las estaciones fluviométricas. Dentro de la zona delimitada, se indican la ubicación de las estaciones fluviométricas río Calle-Calle-Pupunahue y río Calle-Calle-Balsa.

Figura N° 1.2-2 Hidrografía del sector de estudio.

Fuente: Elaboración propia sobre Red Hidrográfica Nacional.

1.2.2 Análisis de frecuencia para caudales máximos instantáneos Como se mencionó anteriormente, la determinación del caudal máximo instantáneo para distintos periodos de retorno, se realizará mediante el ajuste de un modelo probabilístico a los valores de caudal máximo instantáneo registrado en estaciones fluviométricas de la red hidrométrica de la DGA cercanas al punto de interés. Los modelos probabilísticos aconsejados en el “Manual de Carreteras 2018” para realizar el ajuste son:

Modelo de valores extremos Tipo I (distribución Gumbel)

Distribución Log-Pearson III

Distribución Normal

Distribución Log-normal

Para evaluar la bondad de ajuste de las distribuciones de probabilidad, se realiza en base a dos indicadores: Chi-cuadrado (método cuantitativo) y comparación gráfica (cualitativo). Las siguientes tablas muestran los resultados del análisis de frecuencia para la estación Río Calle-Calle-Pupunahue y Calle-Calle-Balsa. La figura siguiente muestra la comparación del análisis de frecuencia con los datos medidos.

Tabla N° 1.2-2 Caudal máximo instantáneo para distintos periodos de retorno de acuerdo al ajuste

de distribuciones en la estación Río Calle-Calle@Balsa.

Distribución

/ x(P)

T años 1.05 1.25 1.67 2 5 10 25 50 100

P 0.95 0.80 0.60 0.50 0.20 0.10 0.04 0.02 0.01

Log-Pearson 3P 1027.83 1287.16 1565.27 1716.21 2440.83 3015.18 3859.10 4580.38 5386.74

Lognormal 958.51 1308.57 1634.85 1796.00 2464.99 2909.14 3471.08 3890.45 4310.69

Gumbel 1036.79 1367.84 1662.08 1805.33 2393.95 2783.67 3276.09 3641.39 4003.99

Normal 803.24 1354.28 1784.34 1914.75 2475.22 2768.47 3081.09 3282.98 3464.55

Fuente: Elaboración propia sobre datos de la DGA.

Figura N° 1.2-3 Ajuste gráfico del análisis de frecuencia a los datos medidos en la estación fluviométrica Calle-Calle-Balsa.


Del test de bondad de ajuste (Chi Cuadrado) no se descarta el ajuste de las funciones de distribución de probabilidad propuesta; por otra parte, de la comparación gráfica se observa que la distribución Log Pearson 3P proyecta los mayores caudales, sin embargo, se observa que la distribución Gumbel se ajusta mejor a la tendencia de los datos. Según lo expuesto, se seleccionará para el análisis de frecuencia, los valores obtenidos mediante la distribución Gumbel, puesto que la selección de los caudales con la distribución que predice mayores caudales que los datos, sobre estimará los volúmenes de arrastre de sedimentos en el cauce. Para estimar los caudales máximos instantáneos en la ubicación del puente proyectado, se usará la metodología de transposición de caudales, ponderado por el área drenada de la cuenca. 1.2.3 Caudales instantáneos máximos De acuerdo a la existencia de información fluviométrica de la cuenca, la “Guía de Presentación y Aprobación de Proyectos de Modificación de Cauces” (2016) recomienda utilizar estos datos para la estimación de caudales máximos. El caso de la cuenca en estudio se trata de una cuenca pluvial y con algunos aportes nivales. Posee información fluviométrica, para la cual se recomienda el análisis de frecuencia de distintos modelos probabilísticos para la estimación de los caudales y la transposición de la cuenca. Este método estima que el escurrimiento máximo proveniente de una tormenta es proporcional al área drenada y que, dicha escorrentía es homogénea entre los puntos que se transponen, según el cual, el caudal máximo para un determinado período de retorno se calcula mediante la siguiente expresión (Chow 1969):

0.00

1000.00

2000.00

3000.00

4000.00

5000.00

6000.00

1.00 10.00 100.00Caudal M

áxim

o Insta

ntá

neo (

m3/s

)

Período de Retorno (años)

Q Medido Q Normal LogNormal 2P LogPearson III Gumbel

En que:

QiT = Caudal instantáneo máximo de periodo de retorno T, en m3/s en el punto i.

Ai = Área de la cuenca i en km2.

Q0T = Caudal instantáneo máximo de periodo de retorno T, en m3/s en el punto 0.

La transposición de caudales se desarrolla de la siguiente forma:

a) Los caudales en el sector Calle Calle-Pishuinco se estimaron mediante la

transposición ponderando por el área con respecto al punto Calle Calle-Balsa.

b) Los caudales en el sector Calle Calle-Huellelhue se estimaron mediante la


c) Los caudales en el sector Calle Calle-Mechuco se estimaron mediante la


Tabla N° 1.2-3 Cálculo de caudales máximos instantáneos para los sectores de explotación de

áridos. T Balsa Pishuinco Huellelhue Mechuco

años m3/s m

3/s m

3/s m

3/s

1.05 1036.79 1079.85 1082.15 1083.42

1.25 1367.84 1424.65 1427.68 1429.36

1.67 1662.08 1731.11 1734.80 1736.84

2 1805.33 1880.31 1884.32 1886.53

5 2393.95 2493.38 2498.69 2501.62

10 2783.67 2899.28 2905.46 2908.87

25 3276.09 3412.15 3419.42 3423.44

50 3641.39 3792.62 3800.71 3805.17

100 4003.99 4170.28 4179.17 4184.08

Área (km2) 5023.62 5232.26 5243.41 5249.57


1.2.4 Análisis de frecuencia para caudales medios mensuales La estación Calle Calle - Balsa y Calle Calle-Pupunahue miden caudales instantáneos y por lo tanto, también los caudales medios mensuales. Para la estimación de los caudales medios mensuales con probabilidad de excedencia 95%, 80% y 60% se ajustó una probabilidad tipo Weibull a los datos medidos y se utilizó la curva de caudales medida para estimar los caudales buscados. La siguiente Figura muestra los caudales medios mensuales para la estación Calle Calle-Balsa. Figura N° 1.2-4 Curva de variación estacional en la estación fluviométrica Calle Calle-Balsa. (Mes 1 corresponde al inicio del año hidrológico, en abril).

Fuente: Elaboración propia sobre datos DGA.

Tabla N° 1.2-4 Caudales medios mensuales en la estación Río Calle Calle-Balsa

(Curva de variación estacional).

P T Caudales medios mensuales QMM (m

3/s)

Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar

0.95 1.05 86.00 116.83 186.36 281.41 482.23 368.85 259.69 186.43 144.63 76.35 41.74 60.49

0.80 1.25 123.24 216.33 506.94 586.81 576.69 510.73 350.63 307.78 202.66 131.97 100.16 91.92

0.60 1.67 144.15 295.86 666.25 737.42 730.57 653.84 432.64 330.51 281.79 157.07 132.56 114.22

Fuente: Elaboración Propia sobre datos DGA.

Tabla N° 1.2-5 Caudales medios mensuales en Río Calle Calle-Pishuinco (Curva de variación estacional).


3/s)


0.95 1.05 86.18 117.08 186.75 282.02 483.26 369.64 260.25 186.83 144.94 76.52 41.83 60.62

0.80 1.25 123.50 216.80 508.02 588.07 577.92 511.82 351.38 308.44 203.09 132.25 100.37 92.12

0.60 1.67 144.46 296.49 667.68 739.00 732.14 655.24 433.56 331.21 282.39 157.41 132.85 114.47


Tabla N° 1.2-6 Caudales medios mensuales en Río Calle Calle-Huellelhue (Curva de variación estacional).


3/s)


0.95 1.05 82.57 112.17 178.93 270.20 463.00 354.15 249.34 179.00 138.86 73.31 40.08 58.08

0.80 1.25 118.32 207.71 486.73 563.42 553.70 490.37 336.65 295.51 194.58 126.71 96.16 88.26

0.60 1.67 138.40 284.07 639.69 708.02 701.45 627.77 415.39 317.33 270.55 150.81 127.28 109.67


0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

QM

M (

m3/s

)

Mes año hidrológico

95% 80% 60%

Tabla N° 1.2-7 Caudales medios mensuales en Río Calle Calle-Mechuco (Curva de variación estacional).


3/s)


0.95 1.05 86.28 117.22 186.97 282.35 483.83 370.08 260.55 187.05 145.11 76.61 41.88 60.69

0.80 1.25 123.64 217.05 508.62 588.76 578.60 512.43 351.79 308.80 203.33 132.41 100.49 92.23

0.60 1.67 144.62 296.84 668.46 739.86 733.00 656.01 434.07 331.60 282.72 157.59 133.00 114.60


1.3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Se obtuvieron los caudales máximos instantáneos para distintos periodos de retorno en los sectores de interés para las extracciones de áridos, obteniendo los valores de la Tabla N° 1.2-3 Se recomienda evaluar el comportamiento del cauce actual para los periodos de retorno 5 y 100 años y determinar la extensión del cauce. Se recomienda evaluar el arrastre de sedimentos para los caudales máximos instantáneos asociados a las probabilidades de ocurrencia 95%, 80% y 60%, eventos para los cuales se espera que el río retome su forma original o sin extracción. Para estimar una tasa media de arrastre potencial de sedimento, se recomienda determinarlo para los caudales medios mensuales asociados a elevadas probabilidades de excedencia (95%, 80% y 60%), caudales que se resumen en la Tabla N° 1.2-5, Tabla N° 1.2-6 y Tabla N° 1.2-7.

2 MEMORIA O ANALISIS DE HIDRAULICA SECTOR RÍO CALLE CALLE-PISHUINCO

Este capítulo tiene como objetivo, estudiar el comportamiento hidráulico del Río Calle Calle, ante distintos caudales de crecida, y a partir de esto, determinar las condiciones del escurrimiento en el cauce en la situación sin proyecto. Específicamente se tienen los siguientes objetivos:

Estudiar el comportamiento hidráulico del cauce (Elevación del eje hidráulico,

velocidad de escurrimiento, número de Froude, etc.) ante el tránsito de

caudales de crecida con 5 y 100 años de periodo de retorno, para la situación

sin proyecto.

2.1 REFERENCIAS Para la elaboración del estudio se utilizaron los siguientes documentos de referencia:





Vialidad, 2018.

Página web del Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros de

la Armada de Estados Unidos (http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-

ras/=)

Levantamiento topo-batimétrico del Río Calle Calle, realizado por Valdicor S.A.

Roughness characteristics of natural channels, Barnes, 1963.

Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels

and Flood Plais, United States Geological Survey Water-Suply Paper 2339,

George J. et al, 1989.

Hidráulica de canales abiertos, Ven te Chow, 1959.

Flow transitions in bridge backwater analysis, RD-42, 1995.

Manual de Referencias Hidráulicas de HEC-RAS, CPD-69, 2010.

Hidráulica aplicada al diseño de obras, Mery, 2013.

2.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS El estudio se realiza siguiendo recomendaciones y procedimientos descritos en literatura nacional e internacional, de manera de cumplir con lo exigido en la “Guía de Presentación y Aprobación de Proyectos de Modificación de Cauces” (DGA, 2016) y en el Manual de Carreteras Volumen 3 (DV, 2018); y Extracción Mecanizada de Aridos desde cauces naturales. A continuación, se explica la metodología y criterios empleados durante la ejecución del estudio y su análisis. 2.2.1 Modelación hidráulica del cauce Se realizó la modelación hidráulica del río Calle Calle en el sector conocido como Pishuinco para los caudales que definen la extensión del cauce mediante el Software HEC-RAS (desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Engineers), basado en la ecuación de Manning, para la situación sin proyecto. 2.2.1.1 Geometría del cauce La geometría necesaria para realizar la modelación hidráulica del río Calle Calle-Pishuinco, fue obtenida desde la batimetría realizada en el mismo cauce, se dispuso de 18 secciones transversales en una longitud de aproximadamente 2400 metros a lo largo del tramo. Estos fueron obtenidos del estudio topo-batimétrico del río y luego exportados desde AutoCAD Civil 3D para ser importados en Hec Ras 4.1.

2.2.1.2 Coeficientes de rugosidad de Manning El coeficiente de rugosidad de Manning se estima mediante el uso de dos métodos:

i) El método de Cowan (1956), de acuerdo a lo establecido en “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains” (United States Geological Survey Water-Supply Paper 2339, George J. et al, 1989) y en base a observaciones de terreno; y

Para método, el de Cowan, los factores más importantes para la selección del coeficiente de rugosidad de Manning de un cauce son:

El tamaño y tipo de los materiales que componen el lecho y las laderas de un cauce.

La forma y regularidad del cauce. El método se basa en la estimación de un valor base de rugosidad del lecho (nb), que depende del material que compone el cauce, asumiendo que este es recto y uniforme, el cual se incrementa con factores de corrección (nx) asociados a ciertas condiciones naturales de los cauces, como presencia de vegetación e irregularidades, que no considera nb.

Así, Para determinar coeficiente de Manning de un cauce, se propone la siguiente ecuación:

( ) Donde: nb = n base para un cauce recto, uniforme y suave de materiales naturales. n1 = Factor de corrección asociado al efecto de irregularidades de la sección transversal. n2 = Factor de corrección asociado a variaciones en la forma y tamaño de las secciones transversales. n3 = Factor de corrección asociado a las posibles obstrucciones presentes en el cauce. n4 = Factor de corrección asociado a la presencia de vegetación en contacto con el flujo. m = Factor de corrección asociado al grado de meandros del cauce. El valor de nb depende de si el cauce corresponde a uno de lecho firme o de lecho de arena. Aldridge & Garrett (1973) proponen valores del nb para ambos tipos de lecho, los que se muestran en la tabla siguiente.

Tabla N° 2.2-1 Valores de nb propuestos por Aldrige & Garrett (1973) (USGS, 1989).

Tipo de cauce Material del lecho Tamaño medio

material del lecho (mm)

Cauce recto y uniforme Canal suave

Cauces de lecho de arena Arena

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0

0.012 0.017 0.020 0.022 0.023 0.025 0.026

- - - - - - -

Cauces estables y planicies de inundación

Hormigón - 0.012-0.018 0.011

Corte de Roca - - .025

Suelo firme - 0.025-0.032 .020

Arena gruesa 1-2 0.026-0.035 -

Grava fina - - .024

Grava 2-64 0.028-0.035 -

Grava gruesa - - .026

Adoquines 64-256 0.030-0.050 -

Bolones 256 0.040-0.070 -

Fuente: Aldrige & Garrett (1973) (USGS, 1989).

Los valores presentados para cauces de lecho de arena se basan en el análisis de datos de terreno y laboratorio obtenidos por el U.S. Geological Survey y aplican sólo para flujos de régimen superior. El régimen de un flujo depende del tamaño de los materiales del lecho y de la fuerza de la corriente (Stream Power, SP), variables cuya relación se muestra a continuación.

Figura N° 2.2-1 Determinación del régimen de escurrimiento, de acuerdo a la relación entre la fuerza de la corriente y el tamaño medio del material del lecho (USGS, 1989).

Fuente: U.S. Geological Survey

La fuerza de la corriente (SP) se determina mediante la siguiente expresión (USGS, 1989):

En que 62 corresponde al peso específico del agua, en lb/pies2, R corresponde al radio hidráulico de la sección transversal en que se evalúa el régimen del flujo, en pies, SW corresponde a la pendiente del eje hidráulico, en pies/pies, y V corresponde a la velocidad media del escurrimiento, en pies/s. El factor de corrección de irregularidades, n1, toma relevancia cuando la relación ancho/profundidad del cauce es pequeña. Considera condiciones como erosión de lecho y laderas, cauces dragados, sin forma, dentados con superficies irregulares, entre otros. El factor de corrección por variación en la sección transversal del cauce, n2, se utiliza cuando se observan alternancia entre secciones de distintas dimensiones a lo largo del cauce, es decir, cuando se observan angostamientos o ensanches, graduales o fuertes, a lo largo del cauce. El factor de corrección por obstrucciones, n3, comprende la presencia de cuerpos que obstruyen al flujo, como troncos, bolones, escombros, pilotes, etc., dentro del cauce, los que alteran el patrón de flujo, aumentando la rugosidad. Su valor se especifica considerando efectos como la forma, tamaño, espaciamiento, lugar y numero de obstrucciones en una sección transversal. Chow (1959) definió valores para 4 niveles de obstrucción, despreciable, menor, apreciable y severa. El factor de corrección por presencia de vegetación en el cauce, n4, depende de la profundidad del flujo, el porcentaje de perímetro mojado cubierto por vegetación, la densidad de la vegetación bajo el nivel de agua y el alineamiento de la vegetación en relación al sentido de escurrimiento. Por último, el factor de corrección por grado de meandros del cauce, m, depende de la relación entre la longitud real del recorrido del cauce, con curvas y meandros, y la longitud que tendría el cauce si fuese recto. Se consideran 3 niveles de grado de meandros; menor, apreciable y severa. Según Chow (1959) los meandros pueden elevar hasta un 30% el valor de n, cuando el flujo está confinado al cauce principal. En “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains” (USGS, 1989), se presentan diferentes valores de los factores de corrección de nb para cauces principales, y para planicies de inundación. Los valores sugeridos se muestran a continuación.

Tabla N° 2.2-2 Valores de factores de corrección para cauces naturales (USGS, 1989) Condición del cauce Factor de corrección (nx)

Grado de irregularidad

( )

Suave 0.000

Menor 0.001-0.005

Moderada 0.006-0.01

Severa 0.011-0.02

Variación en las secciones transversales

( )

Gradual 0.000

Alternada ocasionalmente 0.001-0.005

Alternada frecuentemente 0.01-0.015

Efectos de obstrucciones

( )

Despreciable 0.000-0.004

Menor 0.005-0.015

Apreciable 0.02-0.03

Severa 0.04-0.05

Cantidad de vegetación

( )

Pequeña 0.002-0.01

Mediana 0.01-0.025

Grande 0.025-0.05

Muy grande 0.05-0.10

Grado de meandros

( )

Menor 1.00

Apreciable 1.15

Severa 1.30

Fuente: USGS, 1989

En el caso de las planicies de inundación, n2 debe considerarse cero, m debe considerarse igual a uno, y n1, n3 y n4 deben estimarse en base a los valores dados a continuación.

Tabla N° 2.2-3 Valores de factores de corrección para planicies de inundación (USGS, 1989). Condición del cauce Valor n de ajuste


( )

Suave 0.000

Menor 0.001 - 0.005

Moderada 0.006 - 0.01

Severa 0.011 - 0.02


( )

0.00


( )

Despreciable 0.000 - 0.004

Menor 0.005 - 0.019

Apreciable 0.02 - 0.03


( )

Pequeña 0.001 - 0.01

Mediana 0.011 - 0.025

Grande 0.025 - 0.05

Muy grande 0.05 - 0.10

Extrema 0.10 - 0.20

Grado de meandros

( ) 1.00

Fuente: USGS, 1989.

De acuerdo a lo observado en terreno, el cauce presenta lecho conformado por una grava media de diámetro medio de 25.93 mm (según la mecánica de suelos del proyecto), y laderas con taludes importantes y presencia de árboles.

Aplicando esta metodología, se estiman valores de “n” de Manning de 0.045 y 0.045 para el cauce y para las planicies de inundación respectivamente, sus cálculos se muestran a continuación.

Tabla N° 2.2-4 Estimación del “n” de Manning del cauce en Calle Calle-Pishuinco.

Variable Valor Observación

0.000 Grava fina

0.008 Moderada

0.001 Alternada Ocasionalmente

0.005 Obstrucciones menor que ocupan menos del 5% de la sección transversal

0.025 Vegetación en el rango mediano, como malezas y árboles.

1.15 Grado de meandros apreciable

0.045 Valor “n” de Manning

Fuente: Elaboración propia.

Tabla N° 2.2-5 Estimación del “n” de Manning de las planicies de inundación.


0.000 Grava fina

0.010 Grado de irregularidad Moderada

0.000 Variación de las secciones transversales alternada Ocasionalmente


0.025 Vegetación en el rango mediano, como malezas, arbustos y algunos árboles.




2.2.1.3 Caudales de modelación Del Estudio Hidrológico se extraen los caudales con los que se ejecutará el modelo del proyecto de acuerdo a lo dispuesto en el “Volumen 3 del Manual de Carreteras” y la “Guía de Presentación y Aprobación de Proyectos de Modificación de Cauces”.

Tabla N° 2.2-6 Caudales de modelación en el río Calle Calle-Pishuinco.

T Pishuinco

años m3/s

5 2493.38

100 4170.28


2.2.1.4 Obras existentes y proyectadas en el cauce HEC-RAS es capaz de modelar distintos tipos de obras hidráulicas situadas en el cauce. De acuerdo con su posición en el cauce, una obra se puede ingresar al modelo como una estructura transversal al escurrimiento, categoría en la que entran puentes, alcantarillas o compuertas frontales, o como una estructura lateral, como muros, vertederos o compuertas laterales. En el caso del río Calle-Calle-Pishuinco, no se registran obras existentes cercanas que interfieran con el escurrimiento. 2.2.1.5 Condiciones de borde Para calcular el eje hidráulico HEC-RAS necesita un valor de calado en los extremos del modelo a partir del cual empezar la resolución de la ecuación de energía. Dependiendo del régimen de escurrimiento es necesario informar al programa la condición de borde del extremo de aguas abajo, aguas arriba, o ambos, en caso de preverse régimen subcrítico (de río), supercrítico (de torrente) o mixto, respectivamente. El río presenta un régimen subcrítico o de río en las cercanías del río Calle-Calle-Pishuinco, por este motivo el modelo se corre en régimen subcrítico considerando como condición de borde altura normal en el extremo aguas abajo para una pendiente 0.02%

2.3 RESULTADOS A continuación, se muestran los resultados obtenidos de la modelación de manera gráfica, para los escenarios sin proyecto y que delimita la extensión del cauce.

Figura N° 2.3-1 Eje hidráulico para los caudales máximos instantáneos con periodo de retorno 5 y 100 años.


-21.58

-194.41 -289.94

-445.27

-576.35

-737.72

-902.38

-1061.97

-1210.58

-1314.16

-1463.84

-1593.54

-1720.51

-1900.76

-2107.54

-2236.18-2359.67

Legend

WS T005

WS T100

Ground

Bank Sta

0 500 1000 1500 2000 2500-10

-5

0

5

10

15

PISHUINCO_QINST_SP Plan: Plan 05 02/24/2020

Main Channel Distance (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG T100

WS T100

EG T005

WS T005

Crit T100

Crit T005

Ground

CALLE_CALLE_PISH ALINEAMIENTO_V02

2.4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES (Pishuinco) De la modelación del cauce, se extrae que, durante el tránsito del caudal con periodo de retorno 100 años, en el río Calle Calle-Pishuinco se observa una profundidad máxima de 18.49 m para la situación sin proyecto (SP), que no aumentará con la ejecución de extracción de áridos, puesto que se extraerá una tasa sustentable de áridos y que se recuperará al cabo de unos meses. En la simulación para T=100 años se observa régimen de río o subcrítico, con un valor máximo del número de Froude de 0.19. Se observa que la obra proyectada se encuentra dentro del área de inundación para ambos caudales modelados no se esperan cambios en las condiciones hidráulicas del cauce. Es importante mencionar, que la actividad proyectada cumple con lo indicando en la normativa vigente y se recomienda su ejecución.

3 MEMORIA Y ANALISIS DE ARRASTRE DE SEDIMENTOS RÍO CALLE CALLE-PISHUINCO

3.1 ANTECEDENTES GENERALES El presente capítulo busca determinar el arrastre sobre el río Calle Calle-Pishuinco para determinar el potencial de arrastre de sedimentos en el sector, de manera de garantizar la recuperación del lecho del cauce y su la seguridad ante el tránsito de crecidas. 3.1.1 Objetivos El presente capítulo busca determinar el arrastre sobre el río Calle Calle-Pishuinco para determinar el potencial de arrastre de sedimentos en el sector, de manera de garantizar la recuperación del lecho del cauce y la seguridad y estabilidad del cace ante el tránsito de crecidas. Específicamente se tienen los siguientes objetivos:

Estudiar el comportamiento del arrastre de sedimentos para las condiciones

medias del cauce, para caudales medios mensuales de alta probabilidad de

excedencia, esto es, 95%, 80% y 60%.


Sedimentation Engineering: Processes, Measurements, Modeling, and

Practice, Marcelo García, 2008.

P 24-20, Ettena R. et al, 2010.

3.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS Las metodologías empleadas para determinar el arrastre resuelven la ecuación de Exner (cambio morfológico) junto con la hidrodinámica, así, cuando el cauce está en régimen implica que las condiciones hidráulicas del escurrimiento ni la forma del lecho cambian. La estimación del arrastre de sedimentos estará dada por la ecuación de Meyer-Peter & Müller, método ampliamente utilizado en nuestro país para materiales granulares como arenas y gravas. Para determinación del arrastre de sedimentos se consideran los resultados obtenidos del cálculo mediante Hec-Ras y la curva granulométrica del lecho.

3.2.1 Condiciones de borde Aguas arriba del tramo, se consideró un arrastre de sedimentos a capacidad. Aguas abajo se fijó la pendiente de la línea de energía estableciendo flujo normal. 3.2.2 Caudales de modelación Se utilizaron los caudales medios mensuales con probabilidad de excedencia 95%, 80% y 60% de acuerdo con los resultados del estudio hidrológico.

Tabla N° 3.2-1 Caudales medios mensuales en Río Calle Calle-Pishuinco (Curva de variación estacional).


3/s)


0.95 1.05 86.18 117.08 186.75 282.02 483.26 369.64 260.25 186.83 144.94 76.52 41.83 60.62

0.80 1.25 123.50 216.80 508.02 588.07 577.92 511.82 351.38 308.44 203.09 132.25 100.37 92.12

0.60 1.67 144.46 296.49 667.68 739.00 732.14 655.24 433.56 331.21 282.39 157.41 132.85 114.47


Si bien el fenómeno del arrastre de sedimentos ocurre con mayor intensidad en las crecidas de caudales mayores, al utilizar los caudales medios mensuales se realizarán estimaciones por el lado de la seguridad del diseño y dejando la holgura de los caudales mayores (instantáneos) para la recuperación natural del cauce. 3.2.3 Disponibilidad de sedimentos Con los resultados del modelo hidráulico HEC RAS 4.1 se determinaron los siguientes volúmenes de arrastre de sedimentos en el área solicitada para la extracción de áridos:

Tabla N° 3.2-2 Disponibilidad de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle-

Calle@Pishuinco para distintas probabilidades de excedencia.

Probabilidad excedencia

(%) Vol anual

(m3)

95 601 513

80 682 926

60 720 134


Nota 1: El volumen anual de arrastre de sedimentos corresponde al total acumulado para un año calendario de los caudales medios mensuales.

Nota 2: Para el tramo del Río Calle Calle-Pishuinco el área de extracción está comprendido entre las secciones 1314.16 y 2359.67 del modelo hidráulico.

Nota 3: Se establecen dos sectores de extracción prioritaria: 1) el comprendido entre el tramo 1314.16 y 1720.5 y 2) tramo entre el 2236.18 y el 2359.67; en los sectores fuera de estos tramos no se recomienda

ejecutar la extracción.

El volumen de áridos solicitado en el sector del Río Calle Calle-Pishuinco se detalla a continuación:

Tabla N° 3.2-3 Demanda de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle-Calle@Pishuinco para distintas probabilidades de excedencia.

Mes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Total

Vol. Calle Calle-Pishuinco

5300 5300 5300 5200 5200 5200 5200 5200 5200 5300 5300 5300 63000

Se estima que el volumen demandado en el sector equivale a 10.5% del volumen que arrastra el río con una probabilidad de ocurrencia de 95%, sin considerar los eventos de mayor arrastre durante las crecidas. 3.3 CONCLUSIÓN (Pishuinco) En el tramo del río Calle Calle-Pishuinco se estima una capacidad de arrastre de sedimento de 601000 m3 al año con una probabilidad de excedencia de 95%. EL volumen solicitado sobre el tramo equivale a un total de 63000 m3 al año, esto es una tasa de explotación de 10.5% y que permite asegurar la recuperación natural del lecho en el transcurso de un año.

4 MEMORIA Y ANALISIS DE HIDRAULICA SECTOR RÍO CALLE-CALLE-HUELLELHUE

Este capítulo tiene como objetivo, estudiar el comportamiento hidráulico del Río Calle Calle, ante distintos caudales de crecida, y a partir de esto, determinar las condiciones del escurrimiento en el cauce en la situación sin proyecto. Específicamente se tienen los siguientes objetivos:




sin proyecto.






Vialidad, 2018.



ras/=)










4.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS El estudio se realiza siguiendo recomendaciones y procedimientos descritos en literatura nacional e internacional, de manera de cumplir con lo exigido en la “Guía de Presentación y Aprobación de Proyectos de Modificación de Cauces” (DGA, 2016) y en el Manual de Carreteras Volumen 3 (DV, 2018). A continuación, se explica la metodología y criterios empleados durante la ejecución del estudio. 4.2.1 Modelación hidráulica del cauce Se realizó la modelación hidráulica del río Calle Calle en el sector conocido como Huellelhue para los caudales que definen la extensión del cauce mediante el Software HEC-RAS (desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Engineers), basado en la ecuación de Manning, para la situación sin proyecto. 4.2.1.1 Geometría del cauce La geometría necesaria para realizar la modelación hidráulica del río Calle Calle-Huellelhue, fue obtenida desde la batimetría realizada en el mismo cauce, se dispuso de 13 secciones transversales en una longitud de aproximadamente 1520 metros a lo largo del tramo. Estos fueron obtenidos del estudio topo-batimétrico del río y luego exportados desde AutoCAD Civil 3D para ser importados en Hec Ras 4.1.


ii) El método de Cowan (1956), de acuerdo a lo establecido en “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains” (United States Geological Survey Water-Supply Paper 2339, George J. et al, 1989) y en base a observaciones de terreno; y









0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0

0.012 0.017 0.020 0.022 0.023 0.025 0.026

- - - - - - -


Hormigón - 0.012-0.018 0.011


Suelo firme - 0.025-0.032 .020

Arena gruesa 1-2 0.026-0.035 -

Grava fina - - .024

Grava 2-64 0.028-0.035 -


Adoquines 64-256 0.030-0.050 -

Bolones 256 0.040-0.070 -






En que 62 corresponde al peso específico del agua, en lb/pies2, R corresponde al radio hidráulico de la sección transversal en que se evalúa el régimen del flujo, en pies, SW corresponde a la pendiente del eje hidráulico, en pies/pies, y V corresponde a la velocidad media del escurrimiento, en pies/s. El factor de corrección de irregularidades, n1, toma relevancia cuando la relación ancha/profundidad del cauce es pequeña. Considera condiciones como erosión de lecho y laderas, cauces dragados, sin forma, dentados con superficies irregulares, entre otros. El factor de corrección por variación en la sección transversal del cauce, n2, se utiliza cuando se observan alternancia entre secciones de distintas dimensiones a lo largo del cauce, es decir, cuando se observan angostamientos o ensanches, graduales o fuertes, a lo largo del cauce. El factor de corrección por obstrucciones, n3, comprende la presencia de cuerpos que obstruyen al flujo, como troncos, bolones, escombros, pilotes, etc., dentro del cauce, los que alteran el patrón de flujo, aumentando la rugosidad. Su valor se especifica considerando efectos como la forma, tamaño, espaciamiento, lugar y numero de obstrucciones en una sección transversal. Chow (1959) definió valores para 4 niveles de obstrucción, despreciable, menor, apreciable y severa. El factor de corrección por presencia de vegetación en el cauce, n4, depende de la profundidad del flujo, el porcentaje de perímetro mojado cubierto por vegetación, la densidad de la vegetación bajo el nivel de agua y el alineamiento de la vegetación en relación al sentido de escurrimiento. Por último, el factor de corrección por grado de meandros del cauce, m, depende de la relación entre la longitud real del recorrido del cauce, con curvas y meandros, y la longitud que tendría el cauce si fuese recto. Se consideran 3 niveles de grado de meandros; menor, apreciable y severa. Según Chow (1959) los meandros pueden elevar hasta un 30% el valor de n, cuando el flujo está confinado al cauce principal. En “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains” (USGS, 1989), se presentan diferentes valores de los factores de corrección de nb para cauces principales, y para planicies de inundación. Los valores sugeridos se muestran a continuación.



( )

Suave 0.000

Menor 0.001-0.005

Moderada 0.006-0.01

Severa 0.011-0.02


( )

Gradual 0.000




( )


Menor 0.005-0.015


Severa 0.04-0.05


( )

Pequeña 0.002-0.01

Mediana 0.01-0.025

Grande 0.025-0.05


Grado de meandros

( )

Menor 1.00

Apreciable 1.15

Severa 1.30

Fuente: USGS, 1989




( )

Suave 0.000

Menor 0.001 - 0.005

Moderada 0.006 - 0.01

Severa 0.011 - 0.02


( )

0.00


( )


Menor 0.005 - 0.019



( )

Pequeña 0.001 - 0.01

Mediana 0.011 - 0.025

Grande 0.025 - 0.05


Extrema 0.10 - 0.20

Grado de meandros

( ) 1.00

Fuente: USGS, 1989.



Tabla N° 4.2-4 Estimación del “n” de Manning del cauce en Calle Calle-Huellelhue.


0.000 Grava fina

0.008 Moderada







Tabla N° 4.2-5 Estimación del “n” de Manning de las planicies inundación del tramo Huellelhue.


0.000 Grava fina









Tabla N° 4.2-6 Caudales de modelación en el río Calle Calle-Huellelhue.

T Q

años m3/s

5 2498.7

100 4179.2


4.2.1.4 Obras existentes y proyectadas en el cauce. HEC-RAS es capaz de modelar distintos tipos de obras hidráulicas situadas en el cauce. De acuerdo con su posición en el cauce, una obra se puede ingresar al modelo como una estructura transversal al escurrimiento, categoría en la que entran puentes, alcantarillas o compuertas frontales, o como una estructura lateral, como muros, vertederos o compuertas laterales. En el caso del río Calle Calle-Huellelhue, no se registran obras existentes cercanas que interfieran con el escurrimiento. 4.2.1.5 Condiciones de borde Para calcular el eje hidráulico HEC-RAS necesita un valor de calado en los extremos del modelo a partir del cual empezar la resolución de la ecuación de energía. Dependiendo del régimen de escurrimiento es necesario informar al programa la condición de borde del extremo de aguas abajo, aguas arriba, o ambos, en caso de preverse régimen subcrítico (de río), supercrítico (de torrente) o mixto, respectivamente. El río presenta un régimen subcrítico o de río en las cercanías del río Calle Calle-Huellelhue, por este motivo el modelo se corre en régimen subcrítico considerando como condición de borde altura normal en el extremo aguas abajo para una pendiente 0.02%




-14.2

-218.08 -310.79

-421.46

-540.84

-673.15

-867.89

-1043.87

-1217.46

-1405.25

-1518.03

Legend

WS T=5

WS T=100

Ground

Bank Sta

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-10

-5

0

5

10

15

HUELLELHUE_QMM_P95 Plan: Plan 03 02/24/2020


Ele

vation (

m)

Legend

EG T=100

WS T=100

EG T=5

WS T=5

Crit T=100

Crit T=5

Ground

HUELLELHUE EJE_HUELLELHUE

4.4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES (Huellelhue) De la modelación del cauce, se extrae que, durante el tránsito del caudal con periodo de retorno 100 años, en el río Calle Calle-Huellelhue se observa una profundidad máxima de 18.49 m para la situación sin proyecto (SP), que no aumentará con la ejecución de los áridos puesto que se extraerá una tasa sustentable de áridos y que se recuperará al cabo de unos meses. En la simulación para T=100 años se observa régimen de río o subcrítico, con un valor máximo del número de Froude de 0.19. Se observa que la obra proyectada se encuentra dentro del área de inundación para ambos caudales modelados no se esperan cambios en las condiciones hidráulicas del cauce. Es importante mencionar que la actividad proyectada cumple con los lo indicando en la normativa vigente y se recomienda su ejecución.

5 MEMORIA O ANALISIS DE ARRASTRE DE SEDIMENTOS RÍO CALLE-CALLE-HUELLELHUE

5.1 ANTECEDENTES GENERALES El presente capítulo busca determinar el arrastre sobre el río Calle Calle-Huellelhue para determinar el potencial de arrastre de sedimentos en el sector, de manera de garantizar la recuperación del lecho del cauce y su la seguridad ante el tránsito de crecidas. 5.1.1 Objetivos El presente capítulo busca determinar el arrastre sobre el río Calle Calle- Huellelhue para determinar el potencial de arrastre de sedimentos en el sector, de manera de garantizar la recuperación del lecho del cauce y la seguridad y estabilidad del cace ante el tránsito de crecidas. Específicamente se tienen los siguientes objetivos:







P 24-20, Ettena R. et al, 2010.

5.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS. Las metodologías empleadas para determinar el arrastre resuelven la ecuación de Exner (cambio morfológico) junto con la hidrodinámica, así, cuando el cauce está en régimen implica que las condiciones hidráulicas del escurrimiento ni la forma del lecho cambian. La estimación del arrastre de sedimentos estará dada por la ecuación de Meyer-Peter & Müller, método ampliamente utilizado en nuestro país para arenas y gravas. Para determinación del arrastre de sedimentos se consideran los resultados obtenidos del cálculo mediante Hec-Ras y la curva granulométrica del lecho.


Tabla N° 5.2-1 Caudales medios mensuales en Río Calle Calle-Huellelhue (Curva de variación estacional).


3/s)


0.95 1.05 82.57 112.17 178.93 270.20 463.00 354.15 249.34 179.00 138.86 73.31 40.08 58.08

0.80 1.25 118.32 207.71 486.73 563.42 553.70 490.37 336.65 295.51 194.58 126.71 96.16 88.26

0.60 1.67 138.40 284.07 639.69 708.02 701.45 627.77 415.39 317.33 270.55 150.81 127.28 109.67


5.2.3 Disponibilidad de sedimentos Con los resultados del modelo hidráulico HEC RAS 4.1 se determinaron los siguientes volúmenes de arrastre de sedimentos:

Tabla N° 5.2-2 Disponibilidad de sedimentos en el tramo Río Calle Calle-Huellelhue para distintas

probabilidades de excedencia.

Probabilidad excedencia (%)

Vol anual (m

3)

95 1 697 615

80 1 788 371

60 1 779 818


Nota 1: El volumen anual de arrastre de sedimentos corresponde al total acumulado para un año calendario de los caudales medios mensuales.

Nota 2: Para el tramo del Río Calle Calle-Huellelhue el área de extracción está comprendido entre las secciones 133.54 y 1446.82 del modelo hidráulico.

El volumen de áridos solicitado en el sector del Río Calle Calle-Huellelhue se detalla a continuación:

Tabla N° 5.2-3 Demanda de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle Calle-Huellelhue para distintas probabilidades de excedencia.

Mes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Total

Vol. Calle Calle-Huellelhue

1600 1600 1500 1500 1400 1400 1400 1400 1500 1500 1600 1600 18000

Se estima que el volumen demandado en el sector equivale a 1.1% del volumen que arrastra el río con una probabilidad de ocurrencia de 95%, sin considerar los eventos de mayor arrastre durante las crecidas.

5.3 CONCLUSIÓN (Huellelhue) En el tramo del río Calle Calle-Huellelhue se estima una capacidad de arrastre de sedimento de 1700000 m3 al año con una probabilidad de excedencia de 95%. El volumen solicitado sobre el tramo equivale a un total de 18000 m3 al año, esto es una tasa de explotación de 1.1% y que permite asegurar la recuperación natural del lecho en el transcurso de un año.

6 MEMORIA Y ANALISIS DE HIDRAULICA SECTOR RÍO CALLE CALLE-MECHUCO

Este capítulo tiene como objetivo, estudiar el comportamiento hidráulico del Río Calle Calle en sector de interés, ante distintos caudales de crecida, y a partir de esto, determinar las condiciones del escurrimiento en el cauce en la situación sin proyecto. Específicamente se tienen los siguientes objetivos:




sin proyecto.






Vialidad, 2018.



ras/=)










6.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS. El estudio se realiza siguiendo recomendaciones y procedimientos descritos en literatura nacional e internacional, de manera de cumplir con lo exigido en la “Guía de Presentación y Aprobación de Proyectos de Modificación de Cauces” (DGA, 2016) y en el Manual de Carreteras Volumen 3 (DV, 2018). A continuación, se explica la metodología y criterios empleados durante la ejecución del estudio. 6.2.1 Modelación hidráulica del cauce Se realizó la modelación hidráulica del río Calle Calle en el sector conocido como Mechuco para los caudales que definen la extensión del cauce mediante el Software HEC-RAS (desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Engineers), basado en la ecuación de Manning, para la situación sin proyecto. 6.2.1.1 Geometría del cauce La geometría necesaria para realizar la modelación hidráulica del río Calle Calle-Mechuco, fue obtenida desde la batimetría realizada en el mismo cauce, se dispuso de 15 secciones transversales en una longitud de aproximadamente 1650 metros a lo largo del tramo. Estos fueron obtenidos del estudio topo-batimétrico del río y luego exportados desde AutoCAD Civil 3D para ser importados en Hec Ras 4.1.


iii) El método de Cowan (1956), de acuerdo a lo establecido en “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains” (United States Geological Survey Water-Supply Paper 2339, George J. et al, 1989) y en base a observaciones de terreno; y









0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0

0.012 0.017 0.020 0.022 0.023 0.025 0.026

- - - - - - -


Hormigón - 0.012-0.018 0.011


Suelo firme - 0.025-0.032 .020

Arena gruesa 1-2 0.026-0.035 -

Grava fina - - .024

Grava 2-64 0.028-0.035 -


Adoquines 64-256 0.030-0.050 -

Bolones 256 0.040-0.070 -






En que 62 corresponde al peso específico del agua, en lb/pies2, R corresponde al radio hidráulico de la sección transversal en que se evalúa el régimen del flujo, en pies, SW corresponde a la pendiente del eje hidráulico, en pies/pies, y V corresponde a la velocidad media del escurrimiento, en pies/s. El factor de corrección de irregularidades, n1, toma relevancia cuando la relación ancha/profundidad del cauce es pequeña. Considera condiciones como erosión de lecho y laderas, cauces dragados, sin forma, dentados con superficies irregulares, entre otros. El factor de corrección por variación en la sección transversal del cauce, n2, se utiliza cuando se observan alternancia entre secciones de distintas dimensiones a lo largo del cauce, es decir, cuando se observan angostamientos o ensanches, graduales o fuertes, a lo largo del cauce. El factor de corrección por obstrucciones, n3, comprende la presencia de cuerpos que obstruyen al flujo, como troncos, bolones, escombros, pilotes, etc., dentro del cauce, los que alteran el patrón de flujo, aumentando la rugosidad. Su valor se especifica considerando efectos como la forma, tamaño, espaciamiento, lugar y numero de obstrucciones en una sección transversal. Chow (1959) definió valores para 4 niveles de obstrucción, despreciable, menor, apreciable y severa. El factor de corrección por presencia de vegetación en el cauce, n4, depende de la profundidad del flujo, el porcentaje de perímetro mojado cubierto por vegetación, la densidad de la vegetación bajo el nivel de agua y el alineamiento de la vegetación en relación al sentido de escurrimiento. Por último, el factor de corrección por grado de meandros del cauce, m, depende de la relación entre la longitud real del recorrido del cauce, con curvas y meandros, y la longitud que tendría el cauce si fuese recto. Se consideran 3 niveles de grado de meandros; menor, apreciable y severa. Según Chow (1959) los meandros pueden elevar hasta un 30% el valor de n, cuando el flujo está confinado al cauce principal. En “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains” (USGS, 1989), se presentan diferentes valores de los factores de corrección de nb para cauces principales, y para planicies de inundación. Los valores sugeridos se muestran a continuación.



( )

Suave 0.000

Menor 0.001-0.005

Moderada 0.006-0.01

Severa 0.011-0.02


( )

Gradual 0.000




( )


Menor 0.005-0.015


Severa 0.04-0.05


( )

Pequeña 0.002-0.01

Mediana 0.01-0.025

Grande 0.025-0.05


Grado de meandros

( )

Menor 1.00

Apreciable 1.15

Severa 1.30

Fuente: USGS, 1989




( )

Suave 0.000

Menor 0.001 - 0.005

Moderada 0.006 - 0.01

Severa 0.011 - 0.02


( )

0.00


( )


Menor 0.005 - 0.019



( )

Pequeña 0.001 - 0.01

Mediana 0.011 - 0.025

Grande 0.025 - 0.05


Extrema 0.10 - 0.20

Grado de meandros

( ) 1.00

Fuente: USGS, 1989.



Tabla N° 6.2-4 Estimación del “n” de Manning del cauce en Calle Calle-Mechuco.


0.000 Grava fina

0.008 Moderada







Tabla N° 6.2-5 Estimación del “n” de Manning de las planicies inundación del cauce en Calle Calle-Mechuco.


0.000 Grava fina









Tabla N° 6.2-6 Caudales de modelación en el río Calle Calle-Mechuco.

T Q

años m3/s

5 2501.6

100 4184.1


6.2.1.4 Obras existentes y proyectadas en el cauce HEC-RAS es capaz de modelar distintos tipos de obras hidráulicas situadas en el cauce. De acuerdo con su posición en el cauce, una obra se puede ingresar al modelo como una estructura transversal al escurrimiento, categoría en la que entran puentes, alcantarillas o compuertas frontales, o como una estructura lateral, como muros, vertederos o compuertas laterales. En el caso del río Calle Calle-Mechuco, no se registran obras existentes cercanas que interfieran con el escurrimiento. 6.2.1.5 Condiciones de borde Para calcular el eje hidráulico HEC-RAS necesita un valor de calado en los extremos del modelo a partir del cual empezar la resolución de la ecuación de energía. Dependiendo del régimen de escurrimiento es necesario informar al programa la condición de borde del extremo de aguas abajo, aguas arriba, o ambos, en caso de preverse régimen subcrítico (de río), supercrítico (de torrente) o mixto, respectivamente. El río presenta un régimen subcrítico o de río en las cercanías del río Calle-Calle-Mechuco, por este motivo el modelo se corre en régimen subcrítico considerando como condición de borde altura normal en el extremo aguas abajo para una pendiente 0.02%




-4.42

-187.66

-399.96

-539.86

-679.98

-839.76

-979.76

-1179.43

-1299.45

-1499.47

Legend

WS T=5

WS T=100

Ground

Bank Sta

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-2

0

2

4

6

8

10

12

14

mechuco_QMM_P95 Plan: Qinst 02/24/2020


Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 2

WS PF 2

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 2

Crit PF 1

Ground

mechuco mechuco

6.4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES (Mechuco). De la modelación del cauce, se extrae que, durante el tránsito del caudal con periodo de retorno 100 años, en el río Calle Calle-Mechuco se observa una profundidad máxima de 18.49 m para la situación sin proyecto (SP), que no aumentará con la ejecución de los áridos puesto que se extraerá una tasa sustentable de áridos y que se recuperará al cabo de unos meses. En la simulación para T=100 años se observa régimen de río o subcrítico, con un valor máximo del número de Froude de 0.19. Se observa que la obra proyectada se encuentra dentro del área de inundación para ambos caudales modelados no se esperan cambios en las condiciones hidráulicas del cauce. Es importante mencionar que la actividad proyectada cumple con lo indicado en la normativa vigente y se recomienda su ejecución.

7 MEMORIA Y ANALISIS DE ARRASTRE DE SEDIMENTOS RÍO CALLE CALLE-MECHUCO

7.1 ANTECEDENTES GENERALES El presente capítulo busca determinar el arrastre sobre el río Calle Calle-Mechuco para determinar el potencial de arrastre de sedimentos en el sector, de manera de garantizar la recuperación del lecho del cauce y su la seguridad ante el tránsito de crecidas. 7.1.1 Objetivos El presente capítulo busca determinar el arrastre sobre el río Calle Calle-Mechuco para determinar el potencial de arrastre de sedimentos en el sector, de manera de garantizar la recuperación del lecho del cauce y la seguridad y estabilidad del cace ante el tránsito de crecidas. Específicamente se tienen los siguientes objetivos:







P 24-20, Ettena R. et al, 2010.

7.2 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA Y RESULTADOS Las metodologías empleadas para determinar el arrastre resuelven la ecuación de Exner (cambio morfológico) junto con la hidrodinámica, así, cuando el cauce está en régimen implica que las condiciones hidráulicas del escurrimiento ni la forma del lecho cambian. La estimación del arrastre de sedimentos estará dada por la ecuación de Meyer-Peter & Müller, método ampliamente utilizado en nuestro país para arenas y gravas. Para determinación del arrastre de sedimentos se consideran los resultados obtenidos del cálculo mediante Hec-Ras y la curva granulométrica del lecho.


Tabla N° 7.2-1 Caudales medios mensuales en Río Calle Calle-Mechuco (Curva de variación estacional).


3/s)


0.95 1.05 86.28 117.22 186.97 282.35 483.83 370.08 260.55 187.05 145.11 76.61 41.88 60.69

0.80 1.25 123.64 217.05 508.62 588.76 578.60 512.43 351.79 308.80 203.33 132.41 100.49 92.23

0.60 1.67 144.62 296.84 668.46 739.86 733.00 656.01 434.07 331.60 282.72 157.59 133.00 114.60


7.2.3 Disponibilidad de sedimentos Con los resultados del modelo hidráulico HEC RAS 4.1 se determinaron los siguientes volúmenes de arrastre de sedimentos:

Tabla N° 7.2-2 Disponibilidad de sedimentos en el tramo Río Calle Calle-Mechuco para distintas

probabilidades de excedencia.

Probabilidad excedencia

(%) Vol anual

(m3)

95 368 616

80 389 734

60 376 224

Nota 1: El volumen anual de arrastre de sedimentos corresponde al total acumulado para un año

calendario de los caudales medios mensuales. Nota 2: Para el tramo del Río Calle Calle-Mechuco el área de extracción está comprendido entre las

secciones 133.54 y 1446.82 del modelo hidráulico. Nota 3: Se establecen un sector de extracción prioritaria comprendido entre el tramo 133.54 y 673.15; en

los sectores fuera de ese tramo no se recomienda ejecutar la extracción.

El volumen de áridos solicitado en el sector del Río Calle Calle-Mechuco se detalla a continuación:

Tabla N° 7.2-3 Demanda de sedimentos en el área de extracción en el Río Calle Calle-Mechuco para distintas probabilidades de excedencia.

Mes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Total

Vol Calle-Calle@Huellelhue

0 800 0 800 0 650 0 650 0 800 0 800 4500

Se estima que el volumen demandado en el sector equivale a un 1.2% del volumen que arrastra el río con una probabilidad de ocurrencia de 95%, sin considerar los eventos de mayor arrastre durante las crecidas.

7.3 CONCLUSIÓN (Mechuco) En el tramo del río Calle Calle-Mechuco se estima una capacidad de arrastre de sedimento de 368000 m3 al año con una probabilidad de excedencia de 95%. El volumen solicitado sobre el tramo equivale a un total de 4500 m3 al año, esto es una tasa de explotación de 1.2% y que permite asegurar la recuperación natural del lecho en el transcurso de un año.

CONCLUSION GENERAL Y FINAL. Considerando las mediciones realizadas y resultado de análisis, sobre información o datos obtenidos de cada sector (Huellelhue, Pishuinco y Mechuco), se puede establecer, que el proyecto en ejecución y desarrollo de la actividad de producción de áridos o extracción mecanizada de áridos, cumple con los volúmenes de extracción anual declarados y sometidos a evaluación ambiental, indicados en texto de resolución que aprobó el proyecto. Cabe destacar, que en los tres casos y datos analizados, la tasa de explotación es significativamente inferior a la capacidad de arrastre de sedimentos, lo que permite asegurar la recuperación natural del lecho del cauce, en el transcurso de un año de explotación. De lo anterior, se puede agregar, que el grado de modificación del lecho producto del impacto de la actividad es mínimo y que la actividad, por las características naturales de los tres sectores, no produce efectos hidráulicos relevantes que afecten el Medio Ambiente. Febrero 2020. Lautaro Guerrero M. Asesoría & Consultoría Marítima y Topográfica Integral

KRISTELL J. FULGERI GOMEZ Ingeniera Civil U.de.C,

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PROYECTO PRODUCCION DE ÁRIDOS EN RÍO CALLE CALLE ...

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