05 - Dinámica Fluvial en el área de actividad petrolera.pdf

HIGEOMA: Pueyrredón 904; 4400 Salta. e-mail: [email protected] ; [email protected] Tel. (0387) 4215889; (0387) 4921464; Fax (0387) 4312311 1

DINÁMICA FLUVIAL EN EL ÁREA DE ACTIVIDAD PETROLERA. NOROESTE ARGENTINO. Dpto San Martín. Prov. Salta.

Sciortino, Juan B. y Amengual. Rodolfo E. RESUMEN El trabajo trata la problemática erosiva que afecta tanto a los ductos como a las demás instala-ciones fijas que componen la infraestructura necesaria para la actividad petrolera. Las características de las cuencas hídricas que avenan el área están vinculadas con los com-ponentes ambientales de la región los que deben ser convenientemente reconocidos y tenidos en cuenta en los estudios específicos necesarios para no interferir con el medio natural. La falta de datos referidos a precipitaciones, caudales y demás componentes del medio natural dificultan aún más la toma de decisiones adecuadas durante la etapa de diseño y construcción. La selección de los datos y de la metodología a aplicar requiere experiencia y conocimiento de la región ya que determinará las características de la obra a construir por lo que deberá reflejar de la manera más ajustada posible todos los parámetros que rigen el comportamiento de las cuencas. 1. INTRODUCCIÓN Las cuencas hídricas que avenan el área donde se concentra la actividad petrolera en el no-roeste argentino tienen características que le son propias y están vinculadas con los componen-tes ambientales de la región por lo que, el desarrollo de la infraestructura necesaria para la pro-ducción requiere el conocimiento detallado del comportamiento de las mismas a efectos de adoptar las medidas que mejor se adapten y de esa manera no interferir con el entorno natural. La falta de datos confiables referidos a precipitaciones, caudales y demás componentes del medio natural, necesarios para la planificación y diseño de obras dificultan más aún la actividad por lo que, los estudios de respaldo necesarios deben ser específicos, muy especializados y deben desarrollarse con datos coherentes que sean compatibles con la realidad. La selección de estos datos suele ser una de las tareas más difíciles, requiere experiencia y conocimientos sobre el funcionamiento de la dinámica y de su estado evolutivo a efectos de poder predecir, dentro de ciertos límites, el comportamiento futuro de la cuenca. Las características litológicas, el tipo de cobertura vegetal, la modalidad de las precipitaciones, la energía del relieve, el tipo de suelos, su escaso desarrollo y la actividad antrópica inciden directamente sobre la estabilidad de las laderas y la dinámica fluvial, condicionando las inter-venciones especialmente las que se requieren para la construcción de ductos. 2. CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL DEL ÁREA El área está ubicada en la unidad morfoestructural Sierras Subandinas, la que tiene un relieve montañoso abrupto, de alta energía, con tres cordones montañosos paralelos que coinciden con estructuras braquianticlinales y que provienen de Bolivia. El oriental, la serranía de Campo Du-rán-Madrejones, de rumbo submeridiano tiene el flanco occidental con pendiente más elevada que el oriental, con una altura máxima que apenas supera los 700 m s.n.m. y un desnivel, con respecto al piso del valle, de unos 120m. El cordón central constituye la sierra de Aguaragüe o de Tartagal, de rumbo submeridiano, tiene el flanco oriental con pendiente más elevada que el occidental, con una altura máxima de aproximadamente 1.300 m s.n.m. y una diferencia entre la cumbre y la base de unos 750 m. El occidental, la sierra de Macueta que hacia el sur constituye la sierra de San Pedro y en su ex-tremo austral se la conoce como sierra del Alto Río Seco o Cumbres de San Antonio, tiene una


altura máxima de 1.200 m s.n.m. y una diferencia entre la cumbre y el entorno basal de aproxi-madamente 550 m; entre estas se ubican estructuras sinclinales que dan lugar a valles por donde fluyen los colectores principales. Hacia el este del sector montañoso y luego de las fallas que permitieron el ascenso de la estruc-tura se extiende la llanura chaqueña; el contacto entre ambas es abrupto, produciéndose una violenta reducción de la pendiente que hace que el drenaje, que proviene del oeste, pierda la capacidad de erosión y transporte que tenía y deposite el material que transportaba al mismo tiempo que los cauces menores se insumen perdiendo identidad. Es en este sector de contacto entre ambas unidades donde se concentran las poblaciones y la infraestructura de comunicaciones las que generalmente soportan inconvenientes producidos por las crecidas durante la temporada estival. El área tiene un clima Sub Húmedo, de transición entre Semi Cálido y Cálido Tropical, con un régimen de precipitaciones tropical con estación seca, con un promedio anual de precipitacio-nes que varía entre los 900 y 1.200 mm en el sector montañoso, los que se distribuyen en el período comprendido entre los meses de noviembre y marzo, concentrándose fundamentalmen-te entre los meses de enero y marzo, durante los cuales la intensidad de las mismas es muy elevada. Hacia el este, en la llanura, las precipitaciones disminuyen paulatinamente. En el sector montañoso se extiende una densa cobertura vegetal arbórea que pertenece al Do-minio Amazónico, Provincia de las Yungas, la que muestra evidencias de una intensa explota-ción que se inició en las primeras décadas del siglo pasado. En la llanura, la cubierta vegetal está muy degradada y en sectores extensos, la misma fue eli-minada para incorporar el terreno a la actividad agrícola. Estas profundas modificaciones de las condiciones naturales del área producen alteraciones en los parámetros de las cuencas las que cambian su comportamiento y evolucionan para adecuarse a la nueva situación, lo que gene-ralmente atenta contra la integridad de la infraestructura. Profundización, erosión lateral y prolongación de cauces, caídas de puentes, cortes de caminos, deslizamientos, colmatación prematura de diques, ductos expuestos y en riesgo de colapso, inundaciones de sectores poblados son los problemas más comunes en la región e insumen ingentes sumas de dinero en medidas de protección que no siempre tienen la efectividad que se pretende. 3. EXPOSICIÓN DE CASOS Se expondrán, a modo de ejemplos, los resultados obtenidos en diferentes estudios realizados en la zona a efectos de determinar las características de las cuencas que afectan obras ya construidas o a realizarse y de las medidas a implementarse para su correcto emplazamiento. 3. 1. CUENCA DEL RÍO CARAPARÍ – ITIYURO. Estudio realizado en el año 2005 para Refinor para el cruce de un oleoducto de 18”. La cuenca del río Caraparí – Itiyuro está integrada, hasta la zona del cruce, por tres subcuencas principales; las del mencionado río, la de la Quebrada de Pocitos y la del río Capiazuti.

Parámetros Geomorfológicos.

Cuenca Área (km2)

Longitud colector principal. L (km)

Perímetro P (km)

Índice de Com-pacidad Kc

Factor Forma Ff

Pendiente media %

Caraparí Itiyuro 1.463,6 128,8 222,5 1,63 0,09 1,01 Qda. Pocitos 169,6 28,9 62,7 1,35 0,10 2,40 Río Capiazuti 59,9 21,9 58,7 2,12 0,20 3,60 El análisis de estos resultados en conjunto con las características de las precipitaciones, las diferentes coberturas que existen y lo observado en el lugar permite determinar que estas cuen-


cas producen crecientes considerablemente altas de media a alta duración. El grado de intervención antrópica que tiene esta cuenca en territorio boliviano es elevado pu-diéndose observar grandes extensiones, a lo largo del colector principal cursos y menores, desmontadas y dedicadas a la actividad agrícola ganadera unido a una intensa actividad de producción de gas e hidrocarburos con al menos 8 pozos y una extensa red caminera desarro-llada en los valles y filos montañosos.

FCN

GB

FFC

C DE

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Z

Salvador Mazza

San José de Pocitos

Yacuiba

Bolivia

Ao. San Francisco

Ao. MacuetaRío Carapari

Río ItangüeDique

Itiyuro

Río Itiyuro

Planta Gral.E. Mosconi

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Río Capiazuti

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34

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itos

Argentina

7540

000

4410000 4420000 4430000

7550

000

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000

500600

600

600

800

1000

800

1000

1000

1000

1000

1200

1400

1200

1000 80

0

800

1000

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00

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1200800

800

800

800

800

Ríos y arroyosCurvas de Nivel y cotas

Borde de Cuenca Total

Borde Subcuenca Río Capiazuti

Rutas

Borde Subcuenca Arroyo Pocitos

Ferrocarril

0 5 10 km

Escala Gráfica

Equidistancia100 m

800

Poblaciones

Pozos explotación hidrocarburos

Limite Internacional

Base: Imágenes Landsat 7ETM - 230-076 y 230-075Fecha de Toma setiembre 2003

Ducto. Zona de Cruce

Cruce Oleoducto


Precipitaciones. En toda la región las precipitaciones se concentran en el período estival; entre los meses de noviembre y marzo se supera el 80% del total anual. La información pluviométrica existente corresponde al sector sureste de la zona estudiada no contándose con registros en el sector boliviano de la cuenca ni en el valle intermedio entre las sierras de Tartagal o de Aguaragüe y de Macueta. Los valores existentes indican:

Localidad Período completo Precipitación mm/ año Tobantirenda 1938/88* 940 Piquirenda 1934/90 946 Tartagal 1932/90 910 C. Vespucio 1952/86 1079

*Año 1984:sin información Estimación de crecidas. modelo lluvia – caudal. Con la finalidad de tener una caracterización detallada, aunque aproximada, del comportamien-to de toda la cuenca de aporte se estimó la respuesta del sistema utilizando el programa IPHS1 de Tucci C, Zamanillo E. y otros del Instituto de Pesquisas Hidráulicas de la Universidad Federal de Río Grande do Sul. La entrada al modelo es una tormenta de diseño con una recurrencia determinada, en este caso se toman 10 y 25 años; para la determinación de las pérdidas y separación del escurrimiento superficial se utiliza el modelo denominado Curva Número (CN) del Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos, para propagar las crecidas en la cuenca se propone el hidro-grama unitario Nash modificado y para la propagación en cauces se utiliza el método de Mus-kingum - Cunge. A los efectos del cálculo se dividió la cuenca en tres subcuencas de aportes concentrados: la del río Caraparí hasta el dique, la de la quebrada de Pocitos hasta la confluencia con el río Itiyu-ro y la del río Capiazuti hasta la confluencia con el mencionado río; y tres cuencas de aportes distribuidos: la denominada Cuenca Intermedia 1, comprende toda la superficie de aporte al río Itiyuro en el tramo que va desde el dique hasta la confluencia con la quebrada de Pocitos, la Cuenca Intermedia 2 compuesta por la superficie que drena al río Itiyuro en el tramo que va desde la quebrada de Pocitos hasta la confluencia con el río Capiazuti y la Cuenca Intermedia 3 que incluye al área que vierte el escurrimiento al río Itiyuro entre el río Capiazuti y la sección donde se ubica el cruce del ducto; tal como se observa en el esquema adjunto.

Tormenta de diseño Del estudio “Precipitaciones Máximas Diarias. Su aplicación en la Conservación del Suelo” y “Contraste de los Factores de Recurrencia de Lluvias Máximas en Salta. Fecha Media del Máximo Evento” Sciortino J, Villanueva G. (2000) se obtuvieron las curvas adjuntas de Intensi-dad – Duración para Recurrencias de 10 y 25 años.

CuencaItiyuro

CuencaPocitos

CuencaCapiazuti

Cuenca Intermedia 1 Cuenca Intermedia 2 Cuenca Intermedia 3

Propagación Tramo 1 Propagación Tramo 2 Propagación Tramo 3

Salid

aA B C D


Curvas Intensidad-Duración-Recurrencia. Campamento Vespucio

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8Duración (horas)

Inte

nsid

ad (m

m/h

)T =10 años T=25 años

La precipitación máxima diaria para una recurrencia de 10 años es de 185,4 mm y la de 25 años es de 222,7 mm; aplicando los coeficientes correctores de Hersfield para llevar estos eventos a 24 horas de duración se tienen valores de 209,5 y 256,1 mm respectivamente. Por su ubicación, los datos provenientes de la estación meteorológica Campamen- to Vespucio pueden ser considerados como similares a los que se desarrollan al oeste del pie de la sierra de Tartagal o de Aguaragüe por lo que las precipitaciones pueden ser consideradas como similares, o algo superiores a las que se producen en al pie de estas pero, ante la incerti-dumbre, por la escasez de la información, se estima conveniente asumir que las curvas I - D - R precedentes son representativas de la superficie de aporte de la cuenca hasta el sector de cruce del ducto. De acuerdo a las características físicas de la cuenca de aporte y al tiempo de concentración se adopta una tormenta de 15 horas de duración con un intervalo de tiempo de evaluación de 30 minutos. En los siguientes gráficos se puede apreciar la evolución de las tormentas adoptadas; es evi-dente que trata de eventos con intensidades de lluvias elevadas; en la tormenta de menor recu-rrencia, la máxima intensidad media en 30’ de 115,2 mm/h y en 60’ 88,5 mm/h; mientras que la de 25 años de recurrencia tiene una intensidad media máxima en 30’ es de 141 mm/h y en 60’ 108,3 mm/h.:

Exceso de lluvia. Método de la curva número Para evaluar las pérdidas iniciales y las que se producen en el transcurso de una tormenta se adoptó la metodología del Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos,. Se caracteriza por un lado el tipo de suelo, dividiendo en 4 categorías, de menor a mayor po-tencial de escorrentía (A a D); y por otro la cobertura que es una función del tipo, uso, pendien-te, vegetación, etc. para tres estados de humedad del suelo: AMSI (suelo seco), AMSII (hume-dad normal, más de 36 mm de lluvia acumulado en 5 días antes de la tormenta) y AMSIII (suelo saturado, más de 53 mm acumulados en los 5 días previos a la tormenta). La combinación de elementos Suelo - Vegetación - Humedad, determina, por tablas, un valor de CN para distintos sectores de cada cuenca; los valores tabulados pertenecen al estado de humedad AMSII. De acuerdo a las observaciones realizadas en el campo, a lo observado en las imágenes sateli-

Tormenta: Recurrencia 10 años.

0

15

30

45

60

75

Tiempo, intervalo 30 minutos

Prec

ipita

ción

(mm

)

Tormenta: Recurrencia 25 años.

0

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75

Tiempo, intervalo 30 minutos

Prec

ipita

ción

(mm

)


tales y a los distintos tipos de usos del suelo se pudieron establecer las siguientes condiciones: Tipo de Suelo: Tipo B. Los ubicados en los sectores altos de la cuenca, donde predomi-nan las fuertes pendientes, los suelos pueden ser considerados permeables pero poco profundos, con moderada permeabilidad en superficie por la intensa meteorización. Tipo A. Los ubicados en sectores medianamente ondulados, valles por donde escurren los cursos de agua y la parte baja de la cuenca, al pie de la serranía; los suelos tienen mayor profundidad y por ende una mayor capacidad de infiltración. Cobertura Vegetal y Usos: En general se trata de un ambiente ampliamente antropizado en el que se individualizan los siguientes elementos: bosque nativo, cultivos, desmontes y casco urbano, este último en la cuenca de la quebrada de Pocitos. En las serranías se desarrolla la formación de bosque nativo (Yungas), intensamente explotado pero con un gran poder de recuperación y buena densidad de cobertura, en ge-neral presenta una condición hidrológica de buena a regular pero con un fuerte control dado por las pendientes naturales del terreno. Los cultivos se ubican en gran parte de la zona plana y valles de los cursos de agua, in-vadiendo la zona pedemontana y en amplios sectores ocupan parte de la serranía, con desmontes en pendientes muy pronunciadas. En general, la condición hidrológica de este tipo de cobertura puede ser considerada buena (abundante retención de agua) en la zona plana, regular en la pedemontana y valles de ríos y muy mala (pobre retención de agua) en las serranías, en este último caso se debe tener en cuenta que el suelo es del tipo B. Los sectores desmontados y abandonados están cubiertos con malezas y pastizales, para evaluar una condición desfavorable se los considera como cultivados. El casco urbano presenta un amplio abanico de ocupación, desde sectores densamente poblados (zona comercial y adyacentes) con calles pavimentadas hasta pequeñas comu-nidades con viviendas dispersas y amplias superficies sin edificar; se consideraron tres núcleos poblacionales importantes, ordenados de sur a norte: Prof. Salvador Mazza de Argentina, San José de Pocitos y Yacuiba, ambos de Bolivia y pequeñas comunidades dispersas en el nor - noreste de la cuenca. “Estudio de socavación quebrada de Pocitos. Cruce gasoducto 24“ Amengual R y Sciortino J. 2004. Refinor.

Escurrimiento superficial El hidrograma unitario utilizado en cada una de las subcuencas es el de Nash modificado, algo-ritmo desarrollado por el S.C.S. basado en el modelo de cascada de reservorios lineales de Nash. Para determinar la forma y características de este hidrograma se requiere determinar el tiempo al pico “Tp” en hora y el tiempo de retardo del reservorio lineal simple (K) o almacenamiento de la cuenca en horas, ambos valores están en función del tiempo de concentración de la cuenca (Tc), de la forma de la cuenca, pendiente media del cauce principal, densidad de drenaje, etc.; el número de embalses lineales (n) que representa cada cuenca se calcula en función de Tp y K. La propagación de los hidrogramas en los tramos del río Itiyuro se realiza por el método de Muskingum - Cunge que relaciona la difusión numérica que se obtiene al aplicar el método de Muskingum con un esquema difusivo resultante de simplificar las ecuaciones hidrodinámicas de Saint Vennant para las características físicas del tramo del río en que se propaga la crecida. Los elementos básicos que se requieren de cada tramo del río son: longitud del tramo (Lt), an-cho medio del cauce (Bm), pendiente media del cauce activo (Sm) y el coeficiente de rugosidad de Manning (n). Se realizaron dos corridas del modelo con las entradas definidas por las tormentas de diseño de 10 y 25 años de recurrencia, debiéndose aclarar que los hidrogramas de salida resultan-tes presentan una recurrencia superior a la de la tormenta, en función de las hipótesis adoptadas en el cálculo.


Se adopta como caudal de diseño primario 800 m3/s (recurrencia superior a 50 años) y 1.350 m3/s (recurrencia superior a 120 años) como caudal de comprobación. Evaluación del comportamiento hidráulico del tramo Para conocer el comportamiento del flujo en el tramo del río considerado es indispensable reali-zar una evaluación hidráulica del escurrimiento con los caudales de diseño y comprobación an-tes mencionados, determinando la curva de remanso y evaluando las velocidades en las distin-tas secciones analizadas. El cálculo de la variación del pelo de agua en el tramo relevado topográficamente se realiza con 12 perfiles transversales y se utiliza el modelo “HEC – RAS v3.1” River Análisis System, des-arrollado por Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Enginners, que permite ob-tener la curva de remanso aplicando el método Estándar por Pasos para Cauces Naturales Los elementos básicos utilizados en el cálculo son: ! Caudal: 800 y 1350 m3/s, se realizó una verificación con 300 m3/s, caudal que ocupa com-

pletamente el cauce principal sin desbordes considerables, este valor es comúnmente de-nominado Caudal de Régimen o Gasto Formativo.

Hidrogra m a s de Cre cida s: Río Itiyuro Torm e nta T= 10 a ños

0

100

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

T ie m po (h o ras )

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)

Itiyuro (dique) Poc itos Capiaz uti Salida

H Id. 1

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Hidrogra m a s de Cre cida s: Río Itiyuro Torm e nta T= 25 a ños

0

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1400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

T ie m p o (h or as )

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3/s)

Itiyuro (dique) Poc itos Capiazuti Salida

H Id. 1

H Id. 2

H Id. 3

H Id. 11


! Perfiles transversales. ! Sobremargen derecha: en cada perfil transversal a partir de los sectores con vegetación,

considerando un coeficiente de rugosidad de 0,05 en aquellos sectores con predominancia de arbustos y pastizales altos y 0,07 en la parte central de esta donde se observaron mato-rrales y árboles.

! Rugosidad del lecho: se adoptó un n = 0,026 por efecto de la rugosidad que genera el mate-rial del lecho (arena fina con rodados dispersos)

! Régimen de escurrimiento: subcrítico. ! Para mejorar la estabilidad del proceso numérico se incrementó el número de secciones por

interpolación directa entre las definidas por la topografía. Con las hipótesis de cálculo se han obtenido los resultados que se esquematizan

en la siguiente figura:

Del presente análisis en el tramo del río se destacan los siguientes conceptos: !!!! El escurrimiento es subcrítico; el adimensional de Froude varía entre 0,36 y 0,8 para el

Caudal de Régimen y disminuye al aumentar el caudal; con 800 m3/s el agua ocupa todo el cauce inundando la sobremargen izquierda y se producen desbordes en casi toda la margen derecha del tramo en estudio; con un caudal de 1300 m3/s esta margen es su-perada en un promedio de 2 m de altura.

!!!! Se produce una fuerte contracción entre las Secciones Nos. 1 y 2, sobreelevando el ni-vel de agua y generando un importante remanso hacia agua arriba, esto se manifiesta con una disminución de la velocidad de la corriente a medida que aumenta el caudal.

!!!! Debido a esto, la condición más desfavorable desde el punto de vista erosivo se produ-ce con el Caudal de Régimen, donde el estrechamiento pierde peso en la sección de cruce del ducto y el flujo abarca toda la sección activa del cauce.

!!!! Agua abajo de la Sección No. 12 y hasta la No. 10, la sobremargen derecha es muy ba-ja por lo que el curso de agua tiende a desbordar aún con caudales muy bajos y escurrir por un antiguo cauce ubicado en el extremo izquierdo, al pie de la barranca episódica); esto se ve acentuado por la formación de islotes en margen izquierda y cauce activo por la deposición de troncos y sedimento entre estas secciones. De continuar este proceso el curso de agua tenderá a desviarse hacia la margen derecha ocupando el antiguo cauce.

Perfil Longitudinal

195

196

197

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200

201

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0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

Distancia (m)

Cota

s (m

)

Nivel del lecho 1350 m3/s 800 m3/s 300 m3/s

Sector de cruce del gasoducto

8 7 6 5 4 3 2 1

9101112


En las siguientes figuras se puede apreciar la variación del nivel de agua en todo el tramo, para el Caudal de Régimen y para 800 m3/s, estos esquemas están fuera de escala y con una rela-ción vertical / horizontal = 10 (exageración):

Caudal:800m3/ s

Caudal de Régimen 300 m3/s


El estudio del material del lecho se realizó en la sección de cruce del gasoducto hasta 3,0 m de profundidad, los resultados del análisis de laboratorio se incluyen en el Anexo II, para el presen-te análisis se destacan los siguientes estratos:

Profundidad Material Compactación Observaciones

(a) 0,0 y 0,10 m Arena fina, limpia color rojiza Suelto D84 = 0,297 mm material de depósito de crecidas

(b) 0,10 y 0,25 m Grava arenosa, granos subredondeados Poco denso D84 = 26,5 mm material resistente a la erosión

(c) 0,25 y 0,55 m Arena fina uniforme, limpia color rojiza Poco denso D84 = 0,297 mm material fácilmente erosionable

(d) 0,55 y 1,0 m Arena mediana con gravas Poco denso D84 = 0,50 mm material erosionable

(e) 1,0 a 2,0 m Grava arenosa limpia bien graduada Denso D84 = 13,4 mm material resistente a la erosión

(f) mayor a 2,0 m Arena fina rojiza y rodados aislados de 10 a 15 cm de diámetro Denso

D84 = 0,38 mm material medianamente erosio-nable

Cálculo de la profundidad de socavación El método de Lischtvan – Lebediev es recomendado por el Dr. José Maza Álvarez para eva-luar la socavación general que se produce en el lecho de un río en el transcurso de una crecida; la hipótesis de cálculo establece las condiciones de equilibrio del flujo entre la velocidad media de la corriente y la velocidad media requerida para erosionar el material del lecho. Para aplicar la Teoría del Régimen de Blench se utiliza la metodología desarrollada por A. Lara. El mayor proceso erosivo se puede presentar con el caudal denominado de régimen (crecidas de 10 años de recurrencia), donde el flujo no desborda e inunda la sobremargen derecha y no hay influencia del estrechamiento de agua abajo; en estas condiciones la máxima socavación calculada llega a 1,1 m de profundidad, por lo que apenas ingresa en el estrato (e). Si bien la Sección No. 6 se encuentra en régimen, la inmediata agua arriba es muy estrecha, es más factible esperar un ensanchamiento hasta llegar al equilibrio que una profundización. La máxima socavación localizada que se puede esperar por cambio de dirección del flujo en una curva es, según los cálculos realizados por la Teoría del Régimen de Blench, de 1,77 m de profundidad, superando la mitad de la potencia del estrato (e). Por lo tanto la máxima socavación general en el tramo del cruce del ducto es de 1,10 m y la localizada de 1,77 m. Dada las características morfológicas del tramo en estudio, con la barranca de margen izquier-da superada con crecidas importantes, una amplia sobremargen derecha entre la barranca ac-tual y la episódica y un cauce abandonado al pie de esta última que es ocupado aún con cre-cientes de baja recurrencia (300 m3/s), se puede establecer que, de seguir las actuales condi-ciones la margen izquierda continuará erosionándose con la consecuente ampliación del cauce hacia el norte formando una curva; otra alternativa de evolución del cauce se puede producir si continúa la formación y crecimiento de islas en el tramo entre las Secciones Nos. 10 y 12, el flujo tenderá a desplazarse hacia el sur con la posibilidad de instalarse en forma permanente en el antiguo cauce, al pie de la barranca episódica derecha.


Foto No. 1. Toma al E – SE. Margen derecha del río en la curva agua arriba del cruce; en primer plano a la derecha la barranca episódica labrada en rocas del terciario; luego esta se abre hacia el sur ubicándose en el sector que indican las flechas.

Foto No. 2. Toma al S. Panorámica de margen derecha desde la zona de cruce. Las flechas rojas indican la posición de la barranca actual la que es sobrepasada durante las crecien-tes; las negras indican la posición de la barranca episódica derecha y las celestes la posición del flujo durante las crecidas, entre ambas barrancas.

Foto No. 3. Toma al S – SE Panorá-mica del cruce; las flechas rojas indi-can la posición del primer nivel de barranca de margen derecha y las negras la posición de la barranca episódica de margen derecha.


Foto No. 4. Toma al E. Vista hacia agua abajo; en el fondo al medio se observa la barranca episódica de margen izquierda (flecha negra) que se acerca a la de margen derecha (flecha roja) constituyendo un angosto.

3. 2. Tramo Arroyo La Brida y zona aledaña El presente estudio se realizó para Vector S.A. para la construcción del Gasoducto Atacama y muestra claramente la influencia de la actividad antrópica sobre el comportamiento de los cur-sos de agua. En este tramo, ubicado pocos kilómetros al sur del río Seco y pocos al norte de la localidad de Embarcación, se ha desmontado una gran extensión de terreno ubicada agua arri-ba de la ruta Nac. No. 34; se han realizado terrazas a nivel que han concentrado en ciertos cau-ces la escorrentía superficial; a esto se suma el ingreso de un caudal importante que proviene del área desmontada más alejada a través de un camino vecinal. Este tramo de aproximadamente 7 km de longitud, constituye una planicie inclinada y está ave-nado por cuatro cuencas que desembocan en la depresión de la Laguna San José. Para atravesar los cursos de agua originalmente había sobre la ruta nacional No. 34 alcantari-llas de no más de 2 m de longitud las que debieron ser reemplazadas por puentes de hasta 30 m de longitud, protegidos por estructuras de gaviones lo que es índice elocuente del gran in-cremento de caudales que se experimentó. Los ductos emplazados en este tramo, al aumentar la escorrentía quedaron expuestos y en algunos casos se construyeron estructuras para cruces aéreos.

Cota PlanoComparación 185,00Cota terrenonatural (m)

Distanciaparcial (m)

Distanciaacumulada (m)

Cota extradósOleoducto (m)

Tapada (m)

200,

42

200,

31

200,

18

198,

14

197,

61

197,

32

197,

52

198,

10

198,

63

197,

88

197,

50

197,

65

199,

43

200,

00

199,

68

199,

54

198,

76

199,

24

205,

06

205,

29

0,00

67,6

6

0,00

88,5

0

105,

19

115,

38

134,

08

139,

45

84,8

0

176,

06

192,

42

199,

01

206,

81

212,

29

262,

47

288,

98

312,

37

321,

92

328,

32

372,

49

307,

78

44,80 17,14 16,69 18,70 36,61 16,36 50,48 26,21 18,80 34,173,70

10,1

9

5,37

6,59

7,80

5,48

4,59

9,55

6,40

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

32

194,

3219

4,32

194,

32

194,

32

22,86

194,

3220

0,35

44,8

0

198,

92

194,

32

10,0

0

338,

3220

5,11

Oleoducto

1,50

6,03

5,99

3,82

3,29

3,78

4,31

3,56

3,18

5,11

3,33

5,68

5,36

5,22

4,44

4,92

10,7

4

10,7

9

1,50

3,00

3,20

5,86

Cauce ActivoSobremargen derecha

Barranca episódicaderecha (sur)

40,0 m

Barranca margenizquierda (norte)

10,0 m

293,5 m

203,

79


Arroyo La Brida Este curso es angosto y circula entre barrancas altas, medianamente limpio de vegetación en el fondo pero abundante en las márgenes compuesta por árboles y matorrales. Las obstruccio-nes al escurrimiento se dan principalmente por árboles caídos que fueron arrastrados por la corriente hasta cerrarlo parcialmente en algunos tramos. Otra obstrucción es generada a la altu-ra del cruce de los gasoductos existentes por una serie de caños en desuso que retienen los troncos que arrastra la corriente. Caudal de Diseño Las marcas más importantes corresponden a dos secciones agua abajo del cruce, separadas unos 20 m entre sí. Aplicando el método Areas - Pendientes entre estas dos secciones, variando los valores rugosi-dad de Manning entre 0.045 y 0.06, e iterando hasta que converja la pendiente de energía, se obtuvo el siguiente resultado: Qa = 60 m3/s con Se = 0.0027. Debido a la incertidumbre se adoptó un Qd = 70 m3/s que será aplicado a la sección próxima al cruce. Material de Fondo El estrato superior de 0.2 m a 0.4 m de espesor está compuesto por arenas finas depositadas luego del paso de una crecida. Por debajo hay arcillas compactas de baja plasticidad (CL) con las siguientes características: T200 pasante 55 % de la muestra Indice de Plasticidad = 8.6 γd = 1920 kg/ m3 Cálculo de Socavación Aplicando el método de Lischtvan - Lebediev para el cálculo de la erosión de fondo durante una crecida y con: Q = 70 m3/s , dm = 2.30 , B = 14.13 m y γd = 1920 kg/ m3 ⇒ α = 1.24 y λ = 0.784 para: do = 3.83 m ⇒ ds = 5.53 m por lo tanto sc = 1.7 m En el cruce ferroviario, realizado mediante un puente se construyó una obra de control de fondo la que, con los nuevos caudales fue colapsada por su margen derecha produciendo erosión de fondo del cauce y una socavación en la pila del puente de aproximadamente 1,60 m. El gráfico muestra una serie de elementos como saltos y rápidas que evidentemente están ge-nerando un serio proceso de erosión retrocedente que deben ser analizados en detalle.

Perfil Longitudinal. Arroyo La Brida

259

260

261

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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200Progresivas

Cot

as

Cruce Gasoducto

Meandro a punto de cortarse

Tramo de saltos y rápidas

Tramo de cauce fuertemente obtruido por árboles

Fondo estable

Probable perfil de fondo estable


Como se puede observar, a la erosión de fondo calculada se debe sumar la que producirán es-tos saltos retrocedentes que podría alcanzar 3,60 m, la suma de ambas arroja un resultado de 5,30m por lo que el cruce debería emplazarse a unos 6 m por debajo del piso del lecho actual. Arroyo Innominado ubicado al sur del arroyo La Brida De cauce angosto y profundo, con barrancas casi verticales de hasta 8m de altura. Este curso proviene de un sector cultivado y concentra caudales por construcción de terrazas. El nivel de base de este curso es la depresión de la laguna San José y tiene una cuenca de superficie im-portante. El cauce, que está acomodando sus dimensiones a los nuevos caudales produjo el colapso de la alcantarilla sobre ruta 34 la que está siendo reemplazada por un puente de 30m de longitud por 3m de altura con una importante obra de control de fondo de gaviones. En el cruce del gasoducto la socavación dejó expuesta la cañería. Caudal de Diseño El lecho evidencia gran circulación de agua, medianamente limpio de vegetación en el fondo pero abundante en las márgenes compuesta por árboles y matorrales, agua abajo donde el ni-vel de barrancas desciende a 4 m de altura se pueden apreciar troncos retenidos sobre las mismas evidenciando el gran tirante de agua que alcanza normalmente. Las marcas más importantes, e inclusive extremadamente altas, corresponden a dos secciones agua abajo del cruce, separadas unos 16.3 m entre sí. Aplicando el método Áreas - Pendientes entre estas dos secciones. Como resultado del cálculo de crecidas se obtuvo Qa = 118 m3/s con Se = 0.00278, por caudal importante se puede adoptar Qd = 120 m3/s. Material de Fondo El estrato superior de 0.5 m de espesor esta compuesto por arenas finas depositadas luego del paso de una crecida. Por debajo hay arcillas compactas de baja plasticidad (CL) con las siguientes características: T200 pasante 58 % de la muestra Indice de Plasticidad = 8.6 γd = 1990 kg/ m3 Cálculo de Socavación Aplicando el método de Lischtvan - Lebediev para el cálculo de la erosión de fondo durante una crecida y teniendo en cuenta que la sección tomada coincide con una curva que concentra fuertemente el flujo en la zona cóncava de la misma, se tiene: Q = 120 m3/s , dm = 1.34 , B = 57.65 m y γd = 1990 kg/ m3 ⇒ α = 1.278 y λ = 0.788 para: do = 5.04 m ⇒ ds = 8.00 m por lo tanto sc = 2.96 m Segundo Arroyo Innominado De características similares a las descritas para los otros cursos, este también produjo el colap-so de la alcantarilla original ubicada en el cruce de la ruta 34 la que está siendo reemplazada por un puente de 30m de longitud por 3m de alto con una colchoneta de 1m de espesor de ga-viones para controlar el descenso del piso del curso. Dado que el cruce de este curso está ubicado agua arriba y próximo del puente se estima que no habrá problemas de socavación. Tercer Arroyo Innominado Este pequeño curso experimentó una socavación de aproximadamente 1,8m que dejó expuesto el ducto.


Foto No. 1: Arroyo La Brida, toma al E, vista del cruce aéreo, obsér-vese el descenso del nivel del lecho que dejó varios ductos expuestos.

Foto No. 2: Arroyo La Brida, toma al E; la flecha muestra el nivel del agua alcanzado por una avenida.

Foto No. 3: Arroyo La Brida, toma al E, vista de un control de fondo co-lapsado ubicado agua abajo, próxi-mo a las vías del ferrocarril, se ob-serva un descenso del nivel del lecho de aproximadamente 1,7 m.


Foto No. 4: Arroyo Innominado ubicado al sur del arroyo La Brida, Toma al E. Un ducto quedó ex-puesto por efecto del descenso del nivel del lecho.

Foto No. 5: Arroyo Innominado ubicado al sur del arroyo La Brida, Toma al E, agua abajo del sector de cruce del ducto; la flecha mues-tra el nivel de agua alcanzado du-rante una crecida.

Foto No. 6: Segundo arroyo inno-minado, toma al O, vista del puente en construcción con control de fondo en el lecho de colchonetas de piedras. Este puente reemplazó una alcantarilla de pequeño porte.


Foto No. 7: Tercer arroyo innomi-nado, toma al E. Vista de un ducto expuesto por efecto del aumento de la escorrentía y la consiguiente formación de un cauce más ancho y profundo.

3. 3. Arroyo Las Lajitas El estudio de esta cuenca se realizó en 1998 para Vector S.A. para la construcción del Gaso-ducto Atacama y muestra claramente la influencia del cambio del nivel de base de en el com-portamiento de los cursos de agua.


Análisis de Situación El valle de este arroyo es estrecho, con barrancas casi verticales de hasta 7m de altura consti-tuidas por material arenoso con intercalaciones conglomerádicas cuya erosión aporta al cauce rodados de hasta 0,40m de diámetro que por tramo lo acorazan produciéndose saltos y rápidas. El análisis de las fotografías aéreas muestra un aumento del la superficie cultivada en los terre-nos vecinos y, lo más importante, un cambio en el nivel de base. En 1968 este curso no llegaba a verter sus aguas al colector principal, el río San Francisco el que posteriormente se desplazó hacia el oeste erosionando una importante superficie cultivada y elaborando una barranca de unos 4m de altura que es donde desemboca este curso actual-mente. Este importante cambio desencadenó un vigoroso proceso de socavación que avanzó rápida-mente hacia las cabeceras produciendo el colapso del puente ferroviario. Hacia agua arriba, en el puente canal para riego se comprobó una socavación de 2m lo que obligó a la construcción de una obra de control de fondo; en el cruce del actual ducto se construyó en 1997 una obra de control de fondo en gaviones. El proyecto contemplaba el cruce de este arroyo próximo al puente en la ruta 34 el que tiene una solera que controla el fondo por lo que se debe considerar la erosión en curvas y lateral en el tramo en que el ducto se ubica casi paralelo al curso. Cálculo de Socavación. Caudal de diseño: 60m3/s. Los cálculos indican una capacidad de socavación de 1,70m, observándose próximo, agua aba-jo un salto retrocedente de 1,10m dos rápidas más alejadas que generarían una socavación de 2,10m.

Foto No. 1: Toma al S.O.. Vista hacia agua arriba del nuevo puente ferroviario construido con control de fondo de colchonetas, las del lecho se encuentran revestidas. La flecha señala la ubicación del puente colapsado.


Foto No. 2: Toma al O. Vista hacia agua arriba de un puente canal de riego; en las pilas se observa que el nivel de degrada-ción del lecho ha alcanzado 2 m de profundidad. La flecha señala la ubicación de una estructura de gaviones que ha detenido un salto de 1 m de altura.

Foto No. 3: Toma al O. Vista hacia agua arriba de un control de fondo construido en gaviones y colchone-tas para la protección de un ducto existente que esta a punto de ser destapado.

Foto No. 4: Toma al E. Vista de las características del cauce agua abajo del cruce, obsérvese que por secto-res el lecho se encuentra acorazado por rodados de gran tamaño.


4. CONCLUSIONES La dinámica hídrica que afecta el área de norte de la Provincia de Salta, donde se desarrolla la actividad petrolera está regida por numerosas variables que dependen de las condiciones am-bientales de la comarca. El conocimiento de estas variables requiere de estudios específicos los que se ven dificultados por la falta de datos confiables, especialmente los referidos a precipita-ciones y caudales. La obtención de estos datos es una tarea que requiere experiencia y conocimientos ya que son los que intervienen en los resultados de los estudios y por lo tanto en las características de las obras. Los ejemplos expuestos indican que la metodología aplicada, consistente en el uso de datos provenientes de sensores remotos tales como fotografías aéreas e imágenes satelitales, trata-das y analizadas mediante un Sistema de Información Geográfica permiten obtener información adecuada de superficie de cuencas, topografía, estado evolutivo de las mismas y demás pará-metros geomorfológicos los que una vez cotejados en el terreno y tratados conjuntamente con los estudios hidrológicos e hidráulicos y de composición litológica (estudio de suelos) de los cauces brindan datos confiables referidos a socavación y erosión lateral de los lechos posibili-tando la construcción de ductos de una manera más segura. Los estudios hidrológicos, ante la frecuente carencia de información hidrométrica, se deben desarrollar con la aplicación de modelos de transformación lluvia - caudal para la obtención de hidrogramas de crecidas de distinta recurrencia y posterior contraste con las marcas de creci-das observadas en el campo. La evaluación del comportamiento hidráulico del río, en el sector de cruce del ducto, implica un relevamiento topográfico de un tramo importante de este curso de agua a fin de reproducir un modelo 3D y seleccionar los perfiles transversales para el cálculo hidráulico. Este permite esta-blecer el nivel de agua, velocidad, energía y demás variables, en todo el tramo, no solo para el caudal pico, también se debe verificar la dinámica del curso para caudales menores puesto que en muchos casos la peor condición no se produce con el caudal máximo de la avenida. 5. BIBLIOGRAFÍA Amengual R. 1994. "Origen de los fenómenos de remoción en masa en la cuenca del Río de las Piedras y su relación con la destrucción de la red de riego de Colonia Yuto. Provincias Salta y Jujuy". III Simposio Argentino de Teledetección. Córdoba. Actas Tomo I, Págs. 29 - 39. Amengual R. 1996. Evolución de la Laguna San José, su relación con la desestabilización de la Cuenca del Río Seco y con la actividad antrópica. Provincia de Salta. X II Congreso Geológico Boliviano. Memorias Tomo I, Págs. 145 - 147. Tarija, Bolivia. Amengual R. y J. Sciortino. 1998. “Estudio de Socavación. Gasoducto Atacama. Tramo Cnel Cornejo – Río Negro. Prov. Salta y Jujuy. Chow, V.T. 1959. "Hidráulica de Canales Abiertos", Mc.Graw-Hill. Colombia Gradowczyk y Asociados S.A.T (1980 - 1981) “Estudio Expeditivo Hidrológico y de Hidráulica Fluvial de los Ríos Ledesma, San Lorenzo y San Francisco”. Ledesma S.A. Argentina Maza Alvarez, J.1990 "Introduction to River Engineering" Universitá Italiana per Straniere. Pe-rugia. Italia. Raudkivi A.J. 1985 " Funtional trends of scour at bridge piers scour at bridge abutments". Curso


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