Cálculo simplificado determinación de parámetros de inundación causada por rotura
La necesidad de agua para mantener y dar vida es
primordial. Muchas son las construcciones ejecutadas a lo largo
de la historia para abastecernos como usuarios, ya sea para
consumo o para mantener los campos de cultivos.
Una de las construcciones realizadas como embalse para
almacenar este preciado líquido, es la Presa de tierra.
Muchos son los asentamientos poblacionales que están
localizados aguas abajo de estos embalses y en caso de
catástrofe, rotura total o parcial de la cortina de la
presa, se debe contar con un plan de contingencia, que sirva como
herramienta para evaluar las condiciones y brinde datos concretos
de los niveles alcanzados por el volumen de agua producido por la
rotura en cada una de las secciones aguas abajo del embalse, para
saber con precisión el daño que ocasiona y el
tiempo que demora en llegar a cada sección el gasto de
rotura.
En Cuba, este proceso de cálculo, se utiliza como
herramienta para controlar niveles de inundación en las
diferentes cuencas de los diferentes ríos que cuentan con
embalses, por la defensa Civil, organismo rector en caso de
catástrofes, aunque se han hecho estudios, cada cierto
tiempo se debe recalcular pues las condiciones de frontera,
secciones y cauces están en constante cambio y para
mantener datos fidedignos se debe evaluar las
características de los mismos, para rectificar los cambios
ocurridos en el cauce del rio, en las laderas o en la cuenca. A
partir de estos estudios se distribuyen las tierras cercanas o
dentro de la zona de inundación, por parte de organismos
rectores como es Planificación Física, la cual
aprueba las Micro localizaciones, para el uso de esos terrenos ya
sea para construir alguna obra en esas localidades o para
desarrollarla de manera agraria.
Para desarrollar este se método se precisa de los
siguientes datos:
Longitud de la cortina de la presa
Nivel de aguas máximas (NAM).
Nivel de aguas normales (NAN).
Cota de corona de la presa.
Volúmenes total, útil y muerto del
embalse.Ubicación de la obra. N; E.
1. Se determina el espaciamiento entre
secciones a partir de la cortina de la presa. Se trata de
escoger una distancia entre secciones en equidad, ejemplo
(5000 m), habrá secciones que por
características propias tendrán un
espaciamiento diferente, debido proximidad de un pueblo,
características topográficas de la zona
etc.2. Se debe conocer en las secciones
determinadas y en el trayecto del río, las
características del cauce y de las laderas para
determinar con certeza los coeficientes de fricción de
los mismos.
Es muy importante escoger los coeficientes de
fricción lo más cercano a la realidad, pues depende
de estos, que los resultados de tiempo
Proceso de cálculo
Para calcular el gasto máximo que
puede ser vertido durante la rotura se utiliza la
expresión de Shorlich:
Donde:Qn: gasto máximo de vertidob:
longitud de la parte destruidaB: longitud de la presa en el nivel
que se está considerandoH: Carga
hidráulica
Cálculo del gasto que llega a cada
sección Fórmula:
Donde:Q gasto calculado para la
sección.Qn gasto máximo de rotura. W0 volumen en el
embalse para el nivel de cálculo.L distancia desde la
presa hasta la sección.T parámetro que depende del
tamaño del río.
Cálculo de la curva de gasto en la
sección, fórmula de Chezy:
Donde:-A área de la sección-C
coeficiente de Chezy-R radio hidráulico-i pendiente
hidráulica, se considera como la pendiente de fondo del
río
Donde:M: depende de las
características del cauce del río y fuera del
cauce.
Tiempo de retardo. (Método de
Alexeiev)Tr = 16,67 L / V (min)
Donde:-L longitud del río hasta la
sección
El anterior proceso de cálculo
arroja como resultado las siguientes Tablas.
Con esta metodología se obtiene en
cada sección aguas abajo del embalse las cotas o niveles
alcanzados por la inundación y el tiempo que demora en
llegar el volumen de inundación a cada una de
ellas.
Ejemplo de un
caso específico de cálculo de rotura en una presa
de tierra
El resultado, expuesto en las tablas que se
brindan a continuación, como ejemplo de cálculo de
rotura de presa de tierra, en la provincia Villa Clara, Cuba, se
corresponde a la Presa "Palmarito".
Las tablas antes presentadas se
corresponden a un cálculo de roturas desarrollado por
ingenieros del INRH.VC en el año 2003.
La cortina de la Presa Palmarito
está constituida por un material rocoso, con pantalla de
arcilla y cortina de inyección, el período a
analizar es seco, se harán secciones, estando la primera
(sección I) a 1000 m de la cortina, la segunda
sección (sección II), está a una distancia
de 5000 m de la cortina, las otras secciones se encuentran a 5000
m, un a de la otra, excepto en algunos casos que por necesidad se
deben hacer secciones intermedias, el total de secciones es de
14.
El cálculo se realizó para
cuando el embalse se encuentre en NAN y en NAM.
Para NAN = 109,6 m
B = 2426 m H = 20 m
WD = 84,69 hm3
El valor de b se calculó de la
siguiente forma, siendo b el ancho de la rotura.
b = 10 % B = 242,6 m
b = 5 veces el ancho de río = 100
m
b = 8 veces el ancho del río = 160
m
Se tomó b = 160 m, por ser el
parámetro intermedio entre los tres valores
calculados.
Para NAM = 110 m
B = 2426 m H = 21 m
W0= 85,47 hm3
b = 160 m
Este Ejemplo arroja como resultado
inundaciones en Poblados que están ubicados aguas abajo
del embalse, como son:
Los poblados de 26 de Julio, y Delicias,
quedan parcialmente dentro de la zona de inundación, en
ambos casos las viviendas o construcciones que estén
próximos a las márgenes del río se
encuentran en la zona de inundación. El ferrocarril en la
zona próxima a 26 de Julio se verá afectado ya que
este pasa por encima del cauce del río. Además la
autopista A1, se encuentra próxima al embalse, se
encuentra en la zona de inundación y la
comunicación por la misma se interrumpe.
Como se observa en el ejemplo, en las
diferentes secciones obtengo la altura o cota que alcanza el agua
y el tiempo en horas y minutos en que demora llegar desde la
presa y hasta cada sección dicho volumen de
agua.
Conclusiones
– Con
esta información brindada por este proceso de
cálculo se pueden evitar las pérdidas de vidas
humanas y económicas. – No solo se saben los lugares que
se inundan, también cuanto tarda en llegar la
inundación por el cauce del rio.- Se puede a partir de
esta información lograr una planificación de los
recursos.- Permite tomar decisiones y distribuir el uso de las
tierras que estén afectadas o en zonas
aledañas.
Anexos
Fotos tomadas de internet donde se muestra
el daño ocasionado por la rotura de una presa o por
inundaciones producto a un evento natural
Detalle Rotura Dique Ajka (sacada de
internet)
Fallo Presa Teton(sacada de
internet)
Inundaciones Provocadas por evento
meteorológico Junio 2012 en el poblado de El Santo, Villa
Clara. Aguas abajo Presa Minerva y Derivadora Pavón.
(Fotos-Tomadas por el autor)
Río Sagua la Chica(aguas debajo de
presa derivadora). Foto tomada por el autor, Puente
Pavón
Autor:
Yany Portal Carvajal