Geomorfología fundamental para el Diseño de Puentes

La selección de características geomorfológicas y geológicas es fundamental para el diseño de puentes que deben soportar flujos de huaycos y escombros. Estas características influyen directamente en la estabilidad del terreno, el comportamiento de los flujos y la ubicación adecuada del puente. En este blog te detallaremos los aspectos más relevantes:

Puente antes del huayco

Puente post huayco (Colmatación)

1. Características Geomorfológicas

La geomorfología estudia las formas del terreno y los procesos que las originan. Para el diseño de puentes en zonas propensas a huaycos, es esencial analizar:

a. Topografía y Pendientes

Pendientes pronunciadas: Identificar áreas con pendientes pronunciadas, ya que son más propensas a deslizamientos y flujos de escombros. El puente debe ubicarse en zonas con pendientes menos críticas o diseñarse para resistir el impacto de materiales que descienden rápidamente.

Confluencias y estrechamientos: Evitar ubicar el puente en zonas donde el cauce se estrecha o en confluencias de ríos, ya que estas áreas tienden a concentrar flujos y aumentar la energía del huayco.

Terrazas aluviales: Preferir ubicaciones en terrazas aluviales o zonas llanas, donde el flujo de escombros tiende a dispersarse y perder energía.

b. Formas del Cauce
Cauces encajonados: Evitar cauces encajonados o cañones, ya que concentran la energía del flujo y aumentan la velocidad del agua y los escombros.

Cauces amplios: Preferir cauces amplios donde el flujo pueda expandirse, reduciendo su velocidad y fuerza destructiva.

Curvas y meandros: Analizar las curvas del cauce, ya que en estas zonas se pueden generar zonas de erosión y deposición de sedimentos.

Fuente: Parque aluvial Quebrada Malanche – Arquitectura

c. Zonas de Depósito y Erosión

Zonas de deposición: Identificar áreas donde los sedimentos y escombros tienden a depositarse, ya que estas zonas pueden ser más estables para la ubicación del puente.

Zonas de erosión: Evitar áreas con alta erosión, ya que pueden socavar las cimentaciones del puente.

2. Características Geológicas

La geología del área influye en la estabilidad del terreno y en la generación de huaycos. Es crucial analizar:

a. Tipo de Suelo y Roca

Materiales sueltos: Evitar zonas con suelos no consolidados (como arenas, gravas o limos), ya que son más propensos a la erosión y deslizamientos.

Rocas fracturadas: Identificar áreas con rocas fracturadas o meteorizadas, ya que son más susceptibles a desprendimientos y flujos de escombros.

Rocas resistentes: Preferir zonas con rocas ígneas o metamórficas bien consolidadas, que ofrecen mayor estabilidad para las cimentaciones.

b. Estructuras Geológicas

Fallas y fracturas: Identificar fallas geológicas y zonas de fractura, ya que pueden ser puntos débiles que favorecen deslizamientos y flujos de escombros.

Estratificación y buzamiento: Analizar la orientación de las capas de roca (buzamiento), ya que capas inclinadas pueden favorecer deslizamientos.

c. Susceptibilidad a Deslizamientos

Zonas inestables: Evitar áreas con antecedentes de deslizamientos o movimientos de masa, ya que son propensas a reactivarse durante eventos de lluvias intensas.

Análisis de estabilidad de taludes: Realizar estudios de estabilidad de taludes para identificar zonas críticas y diseñar medidas de mitigación, como muros de contención o anclajes.

¿CÓMO NOS AYUDA HEC-RAS Y FLO 2D?

Estas herramientas son especialmente útiles en el diseño de puentes que deben soportar flujos de huaycos y escombros, ya que permiten predecir el comportamiento de estos fenómenos y evaluar su impacto en la infraestructur

Consideraciones para modelar huaicos con HEC-RAS:

Versión 5.0.3 o superior:
- HEC-RAS incluye la capacidad de modelar flujos de escombros (debris flow) mediante un módulo específico. Este módulo permite simular el comportamiento de flujos hiperconcentrados, como los huaycos, considerando la interacción entre el agua y los sedimentos. Cuenta con la Ecuación de O» Brien y muchas más para modelar flujo hiperconcentrado.

Ecuaciones disponibles en la ventana Unsteady Flow Data

2. Datos requeridos:

- Geometría del cauce: Se necesita un modelo digital del terreno (MDT) preciso del área de estudio, incluyendo el cauce del río y las zonas aledañas.
- Propiedades del material: Es necesario definir las características de los sedimentos y materiales que componen el huayco, como densidad, tamaño de partícula y concentración.
- Condiciones de flujo: Se deben establecer las condiciones hidrológicas, como el caudal pico y la duración del evento, que pueden obtenerse de análisis hidrológicos o datos históricos.
  3. Limitaciones:
  - HEC-RAS es más adecuado para flujos de escombros de baja a media complejidad. Para fenómenos extremadamente violentos o con grandes volúmenes de material, pueden requerirse herramientas más especializadas, como FLO-2D
  - El modelado de huaycos con HEC-RAS requiere un buen entendimiento de los parámetros de entrada y su calibración, lo que puede ser un desafío si no se cuenta con datos suficientes

Edición de la malla y condiciones con el uso del Plugin en QGIS

📌 Ojo:

El primer método de lodo y escombros (solo aumento de volumen – Bulking Only) no es realmente un método no newtoniano, porque solo cambia el volumen del fluido. El método de volumen único no se aparta del modelo newtoniano ni calcula pérdidas internas. Los otros cinco métodos de flujo de material y detritos son enfoques no newtonianos, que calculan las pérdidas internas de los modelos de tensión-deformación que no tienen una intersección con cero y / o no son lineales

Selección del método no newtoniano a utilizar en HEC-RAS

La edición de la malla en HEC-RAS

¿Cuál software elegir?

La elección entre FLO-2D y HEC-RAS depende del tipo de fenómeno que deseas modelar, los recursos disponibles y los objetivos del estudio.

Comparación resumida:

Característica	HEC-RAS	FLO-2D
Costo	Gratuito	Comercial (requiere licencia)
Enfoque principal	Inundaciones fluviales y flujos moderados	Flujos de escombros y huaycos complejos
Manejo de sedimentos	Limitado (versiones recientes mejoradas)	Muy detallado
Facilidad de uso	Moderada	Mayor curva de aprendizaje
Integración con GIS	Excelente	Buena
Recomendación principal	Proyectos con limitaciones de presupuesto	Proyectos especializados en huaycos

Elige HEC-RAS si:

- Tu proyecto se enfoca en inundaciones fluviales o flujos de escombros de baja a media complejidad.
- Tienes limitaciones de presupuesto.
- Ya tienes experiencia con HEC-RAS o necesitas una herramienta más generalista.

2. Elige FLO-2D si:

- Tu objetivo es modelar huaicos o flujos de escombros complejos con alta precisión.
- Necesitas un manejo detallado de sedimentos y materiales.
- Cuentas con los recursos para adquirir una licencia y dedicar tiempo a la curva de aprendizaje.