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I. INTRODUCCIÓN
El Perú es un país con una geografía particular, muy rico en minerales y diversidad, pero también muy vulnerable al cambio climático y a los fenómenos naturales. Las lluvias, huaicos e inundaciones, muestran que nuestros gobernantes y la población local no han estado preparados para prevenirlos 1. Cada año, las lluvias en el sur del Perú generan pérdidas de vidas humanas, daños materiales, paralización económica y contaminación 2. Los ríos constituyen un sistema de circulación lineal, vectorial, jerarquizada y estructurada para trasladar sedimentos y fluidos vitales a través de las Cuencas Hidrográficas y sus desembocaduras 3.
El diseño de ingeniería de los proyectos de aprovechamiento hídrico requiere de información hidrológica para su adecuado dimensionamiento 4. La medición del caudal (también, descarga o gasto) en los estuarios es un asunto de importancia para evaluar el balance hídrico a nivel de cuencas, controlar la calidad del agua, diseñar estructuras de transporte, y validar y calibrar los modelos hidrológicos de precipitaciones, escorrentías, inundaciones y transporte de los elementos suspendidos 5.
Las defensas ribereñas son estructuras construidas para proteger las áreas aledañas a los ríos, contra los procesos de erosión de sus márgenes producto de la excesiva velocidad del agua, que tiende arrastrar el material ribereño y la socavación que ejerce el río, debido al régimen de precipitaciones abundantes sobro todo en época de invierno 6. Los gaviones tienen versatilidad de empleos y facilidad constructiva, por lo que se adaptan a cualquier geometría y tipo de suelo 7, a la vez que aseguran poco mantenimiento durante su explotación 8. Por otra parte, estos gaviones no necesitan fundaciones profundas y se integran al medio ambiente 9. Además, alcanzan una excelente relación costo/beneficio social y disminuyen los costos y tiempos de ejecución 10. El objetivo fue determinar un diseño de una infraestructura de protección ribereña mediante gaviones en una quebrada en la selva Peruana. La investigación tiene importancia porque generó un gran aporte teórico de las principales características hidrológicas de la zona, además que amplió los conocimientos del comportamiento meteorológico y profundizara el conocimiento en relación a la importancia de estructuras de protección ribereña que defiendan los lechos de los ríos. El diseño de una infraestructura de protección ribereña se basó en aplicación de técnicas para que no ocurran desbordes de la quebrada, a través de un estudio meteorológico, hidrológico y topográfico, garantizando la protegiendo de la infraestructura de sus viviendas, infraestructura vial y educativa. La importancia técnica se enfocó en prevenir daños por efecto de los fenómenos naturales como, grandes avenidas por efecto de enérgicas lluvias; de esta forma se tendrá una zona segura ante dichos fenómenos naturales, permitiendo su desarrollo social y sobre todo económico.
II.DESARROLLO
Trabajos previos realizados 11 afirman que existe la necesidad de un sistema de defensa ribereña para dicho tramo, a consecuencia de las crecidas que se presentan en el río Urubamba, debido a las intensas y extensas lluvias que provienen de las franjas más altas de su cuenca, mismas que generan súbitas elevaciones del nivel freático del río, dichas avenidas a su vez forman palizadas de magnitudes importantes generando un riesgo la vida de las personas y el balneario de Cocalmayo que se localiza la zona de investigación. Otros autores 12) han desarrollado investigaciones donde se concluye que se tiene la necesidad de la construcción de la defensa ribereña por el agudo peligro de inundaciones, en la zona de llega a tener para un periodo de retorno de 50 años un total de 1203 m3/s de caudal, Precipitaciones de máximas en 24 horas 78.20 mm, y se plantea la utilización de diques de tierra con revestimiento de enrocado, debido a tener un menor costo con respecto a otras propuestas de estructuras de defensa ribereña.
Otras investigaciones 13 muestran que el diseño de una defensa ribereña puede realizarse con una extensión de 11+379km, con suelos conformados por arenas limosas, arenas mal graduadas, limos, arenas finas y arcillas de baja plasticidad, además el afirmado estará compuesto por material de la cantera Cerro Escute, pudiendo utilizar este material para la ejecución de los diques y para el encauzamiento del rio, pudiendo afirmar que los tipos de defensa adecuados serán: enrocados de diferentes tipos, gaviones, colchonetas de diferentes tipos que serán dispuestos en zonas específicas del cauce de acuerdo a las características topográficas que se encuentra a los márgenes del rio.
III. METODOLOGÍA
La realización del estudio topográfico se realizó con el fin de obtener el relieve para la presente investigación. Se empezó con el reconocimiento general de cada ruta para el respectivo levantamiento y pudiendo ubicar puntos convenientes para el estacionamiento; el levantamiento tuvo como punto de origen al parque de la zona; posteriormente se realizó la colocación de puntos de apoyo los cuales son identificados como E-1, E-2 y E-3; se realizó la nivelación del BMs para el inicio del levantamiento topográfico; posteriormente se realizó el levantamiento topográfico respectivo tomando cuatro puntos seguidos cada cinco y/o seis metros de intervalo, tomándose puntos de la vía, eje de la vía y postes y lotes. Finalmente se culminó el levantamiento topográfico a veinte metros referentes al eje de la Panamericana Norte. Dicha información levantada fue llevada a gabinete donde mediante el software Civil 3D 2018 y Microsoft Excel se realizó el procesamiento topográfico.
El estudio de tráfico se realizó en tres etapas: La primera se dio mediante un reconocimiento de los puntos que son claves para poder ubicar todos los puntos de control, la segunda etapa fue la medición y georreferenciación de la vía, es así que se situó un punto de control la caseta de vigilancia; y la tercera etapa fue el relevamiento de campo y su información, como es el registro de automóviles que circulan en los tramos detrocha, realizado con el modelo de conteo del ministerio de transporte. Después de terminadas las etapas mencionadas se realizó el procesamiento en el programa Microsoft Excel y se estableció el índice medio diario (IMD). En función de una muestra del PM10 (material particulado), y conforme el ECA (estándares de calidad ambiental para el Aire) y por mediación de fórmulas calculamos que tanto porciento del área contaminada existe mediante el programa Image J y los límites tolerables, se presenta como se determinó su incidencia, antes de la ejecución de la obra dando como resultado para la muestra 1 (de un total de 20 Muestras).
En el trabajo se considera al agua de mar como principal agente de la investigación, por lo que se tomaron muestras de este agente y se hizo el respectivo análisis de los componentes físicos químicos. La empresa encargada del análisis fue BALTIC CONTROL SAC. Para ello se realizó la captación del agente con un recipiente (jarra), adicionándose gotas de preservantes en los recipientes, una vez realizada la muestra se procede a guardar los recipientes en el cooler para su respectivo análisis. Y se finalizara con el llenado del acta. Para el procedimiento se realizaron 2 calicatas a una profundidad de 1,50 m y unas dimensiones de largo 1,00 m, ancho 1,00 m. Antes de la ejecución del proyecto se ejecutó las siguientes pruebas: ensayo granulométrico por tamizado ASTM D-422, contenido de humedad, límites de consistencia, Proctor y CBR. Posterior a la ejecución del proyecto de investigación: Ensayo de densidad y peso unitario - método del cono de arena MTC E-117, ensayo de relación de capacidad de soporte - CBR; MTC E - 132 y ensayo de penetración dinámico de cono - PDC.
El tipo de investigación fue aplicada, el enfoque de la investigación fue cuantitativo, la muestra es el área entre los kilómetros 1,060 y 1,660 de la quebrada Chaupimayo, Madre de Dios, Perú. El muestreo es por conveniencia debido a que el investigador seleccionara un área específica para el desarrollo de la investigación. La técnica a utilizar de acuerdo a esta investigación fue la observación no participante. En primer lugar, se realizó un reconocimiento de la quebrada Chaupimayo, haciendo un recorrido sobre toda su extensión, y de esta forma identificar las zonas afectadas por el crecimiento de esta quebrada, además de identificar el tipo de terreno, climatología y características más relevantes. Seguidamente se realizó el estudio topográfico con nuestro instrumento de estudio: la estación total es un equipo que permite encontrar las curvas de nivel. Después de obtención de los datos en campo, se determinó los cálculos elaborados en gabinete para tener los caudales, máximas avenidas y otros.
Además, se realizaron los estudios de suelos con el fin de identificar las características físicas y propiedades del terreno Y finalmente se determinó las dimensiones las cuales se utilizarán para el determinado diseño de la estructura de protección ribereña para esta zona de estudio utilizando. Utilizando para el cálculo hidráulico programas como: HEC HMS, HECRAS 5.0.7, ArcMap 10.3.
IV. RESULTADOS
El diseño de una infraestructura de protección ribereña, es de una combinación de tres tipos de gaviones, los cuales deberán estar distribuidos de la siguiente manera: La base está conformada por dos gaviones del tipo A, el segundo nivel está compuesto por un gavión del tipo B, y en la parte más alta por un gavión del tipo A, además la estructura contara con un colchón del tipo C; lo cual guarda relación con 13 que indica que luego de elaborar su análisis y selección de alternativas concluye que los tipos de defensa seleccionados son: Gaviones, colchonetas, enrocados de diferentes tipos aplicados en tramos específicos del cauce según la topografía de los márgenes (Fig. 1).
Fig. 1 Sección típica de la estructura de protección ribereña Las secciones de los tipos de gaviones diseñadas Son de tres tipos la A, B y C (Tabla. 1)
La quebrada Chaupimayo posee una extensión de 1,717 km, además que presenta una topografía sinuosa y con una pendiente promedio de 4,5% en la zona más alta y una pendiente promedio de 1,11% en la zona más baja, lo cual difiere de 14 debido a que indica que el tramo de se encuentra localizada en la margen derecha de este tramo, abarcando una longitud de aproximadamente 300 m; esta diferencia guarda lógica, debido a que se trata de diferentes áreas de estudio, por un lado la quebrada Chaupimayo está ubicada en la zona 19 sur UTM - WGS84, y por otra parte el tramo de Morella medio se ubica en la zona 30 norte UTM - WGS84. Las características geomorfológicas de la microcuenca en estudio reflejan el área, perímetro, longitud y demás necesarios para el diseño (Tabla. 2)
En base a los datos obtenidos se puede diseñar la curva hipsométrica, utilizando el área entre las curvas de nivel y la altura media (Fig. 2).
La estación san Gaban proporciona datos de la precipitación máxima en el periodo de 24 horas por cada año estudiado (Fig. 3)
Con los datos de la estación san Gaban sobre la precipitación máxima en el periodo de 24 horas por cada año se puede graficar las variaciones máximas y mínimas (Fig. 4)
El estudio de suelo a través del análisis granulométrico por tamizado realizado en 2 calicatas y de 2 muestras por calicata, muestra el tipo de suelo (Tabla. 3).
El análisis de los límites de consistencia permite determinar si el suelo estudiado tenía consistencia plástica o no plástica (Tabla. 4).
La clasificación de suelos mediante el sistema unificado de clasificación de suelos, muestra la presencia de áreas y arcillas en altos porcentajes (Tabla. 5).
LEl ensayo de corte directo es importante para determinar su ángulo de fricción interna y su cohesión del suelo de la cuenca (Tabla. 6).
CONCLUSIONES
Una vez finalizado el trabajo es posible concluir:
Para establecer los parámetros de hidrología, y de hidráulica fluvial se obtuvo los datos históricos de precipitaciones registradas a lo largo del tiempo y combinados con los valores obtenidos por recolección y procesamiento de datos se realizó la simulación del comportamiento hidráulico a la largo de la sección de estudio.
Se determina que para un periodo de retorno de 100 años se tiene un caudal de hasta 32.4 m3/s, un tirante máximo de 2.22 m y una velocidad máxima de 3.78 m/s.
El suelo en la superficie es una arena arcillosa (SC) y en la profundidad una grava limosa (GM), la microcuenca tiene un área de 0,365 km2, perímetro de 3,03 km, longitud de cauce de 1,06 km, pendiente de 8,37 %, factor de forma de 0,324, índice de compacidad de 1,42, altitud media de 423,10 m.s.n.m y pendiente de cuenca de 8,37 %.
La base del diseño estará conformada por dos gaviones del tipo A de 1,00 m x 1,00 m, el segundo nivel estará compuesto por un gavión del tipo B de 1,50 m x 1,00 m, y en la parte más alta por un gavión del tipo A, además la estructura contará con un colchón del tipo C de 1,00 m x 0,50 m.
