Distribucion de Agua Potable de Limon

UNIVERSIDAD FIDÉLITASFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Portada

TESISPara optar al grado de

Licenciatura en Ingeniería Civil

Análisis Hidráulico e Hidrológico Preliminar de las cuencas de los ríos Banano y Bananito

para ubicar un sitio de Bocatoma para el abastecimiento de agua potable a la

ciudad de Limón

Paola Gómez AriasAdrián Rojas Barrantes

San José, Costa RicaMayo del 2007

I

DECLARACIÓN JURADA

Yo, Adrián Rojas Barrantes, soltero, egresado de la carrera de Ingeniería Civil,

vecino de Heredia, con cédula de identidad número uno novecientos ochenta y uno ciento

noventa y tres.

En este acto, debidamente apercibido y entendido de las penas y consecuencias

con las que se castiga en el Código Penal el delito de perjuicio, ante quienes se constituyen

en el Tribunal Examinador de mi trabajo de investigación titulado “Análisis Hidráulico e

Hidrológico Preliminar de las cuencas de los ríos Banano y Bananito para ubicar un sitio de

Bocatoma para abastecer de agua potable a la ciudad de Limón”, es una obra original que ha

respetado todo lo preceptuado por las Leyes Penales, así como la Ley de Derecho de Autor

y Derechos Conexos N° 6683 del 14 de octubre de 1982 y sus reformas, publicada en La

Gaceta Nº 226 del 25 de noviembre de 1982; incluyendo el numeral 70 de dicha ley que

advierte: Artículo 70º: “Es permitido citar a un autor, transcribiendo los pasajes pertinentes

siempre que éstos no sean tantos y seguidos, que puedan considerarse como una producción

simulada y sustancial, que redunde en perjuicio del autor de la obra original”.

Asimismo, quedo advertido que la Universidad se reserva el derecho de protocolizar

este documento ante Notario Público. En fe de lo anterior, firmo en la ciudad de San José, a

los quince días del mes de mayo del año dos mil siete.

Adrián Rojas Barrantes

1-0981-0193

II

DECLARACIÓN JURADA

Yo, Paola Gómez Arias, soltera, egresada de la carrera de Ingeniería Civil, vecina de

Tibás, con cédula de identidad número uno mil siete seiscientos treinta y ocho.

En este acto, debidamente apercibido y entendido de las penas y consecuencias

con las que se castiga en el Código Penal el delito de perjuicio, ante quienes se constituyen

en el Tribunal Examinador de mi trabajo de investigación titulado “Análisis Hidráulico e

Hidrológico Preliminar de las cuencas de los ríos Banano y Bananito para ubicar un sitio de

Bocatoma para abastecer de agua potable a la ciudad de Limón”, es una obra original que ha

respetado todo lo preceptuado por las Leyes Penales, así como la Ley de Derecho de Autor

y Derechos Conexos Nº 6683 del 14 de octubre de 1982 y sus reformas, publicada en La

Gaceta Nº 226 del 25 de noviembre de 1982; incluyendo el numeral 70 de dicha ley que

advierte: Artículo 70º: “Es permitido citar a un autor, transcribiendo los pasajes pertinentes

siempre que éstos no sean tantos y seguidos, que puedan considerarse como una producción

simulada y sustancial, que redunde en perjuicio del autor de la obra original”.

Asimismo, quedo advertida que la Universidad se reserva el derecho de protocolizar

este documento ante Notario Público. En fe de lo anterior, firmo en la ciudad de San José, a

los quince días del mes de mayo del año dos mil siete.

Paola Gómez Arias

1-1007-0638

III

AGRADECIMIENTOS

Queremos agradecer a las siguientes personas:

A nuestro Tutor, ingeniero José Antonio Aragón, por la ayuda, tiempo, esfuerzo y sacrificio

que depositó en este trabajo de graduación.

Al ingeniero Omar Vargas, por compartir sus conocimientos y dedicarnos gran parte de su

tiempo dirigiéndonos por el camino correcto de la investigación.

Al ingeniero Alejandro Rodríguez y a la oficina cantonal de la Región Huetar Atlántica, por

su valiosa ayuda.

Al ingeniero José Luis Arguedas, así como a todo el personal de la Dirección de Estudios y

Proyectos del AyA, donde siempre pudimos contar con el consejo de sus profesionales, la

información necesaria y la ayuda del departamento de Dibujo.

Al ingeniero Carlos Vargas y a los empleados de la Dirección de Gestión Ambiental del

AyA, por los aportes de los profesionales y toda la colaboración prestada por el personal

que ahí labora, en especial las cuadrillas de Estudios Básicos, integradas por Adonay

Carrillo, Gerardo Rojas, Marcial Peña, José Ordoñez, Elicinio Segura y José Zamora.

Al señor Juan Murillo, por los aportes, consejos y correcciones.

A las otras dependencias del AyA que colaboraron: Biblioteca, Dirección Financiera,

Dirección de Planificación, Gestión y Riesgo, entre otras.

IV

DEDICATORIA

A Dios por darme la sabiduría, el conocimiento, la inteligencia, paciencia y, sobre todo, la

constancia para poder culminar esta carrera.

A mis padres, porque a través de su ejemplo aprendí la responsabilidad, la lucha hasta el

final y dar lo mejor de mi persona en todo lo que hago.

A todas las personas cercanas a mí, quienes, de una u otra forma, me dieron el apoyo y la

motivación, y siempre me mostraron su interés por terminar con éxito este trabajo.

A los trabajadores personal de Recursos Hídricos, mis grandes compañeros, quienes fueron

siempre incondicionales en las labores de campo y en las grandes caminatas. Ellos, gracias

a su gran disposición y experiencia, nos cuidaron y arriesgaron hasta sus vidas en aquellos

momentos difíciles que compartimos al elaborar esta investigación.

Adrián Rojas Barrantes

V

DEDICATORIA

A Dios, por darme fuerzas cuando creí no tenerlas más…

A mis padres, por motivarme a alcanzar mis metas.

A mis compañeros de Estudios y Proyectos, por su cariño, apoyo y ayuda incondicional en

todo momento. ¡Muchas gracias; los quiero mucho!

A los compañeros de las cuadrillas, que en todas las giras nos ayudaron con su experiencia y

nos cuidaron en todo momento. ¡Gracias, chicos!

A mis amigos y amigas por darme ánimo siempre, apoyarme y ayudarme cuando lo

necesité.

¡Gracias infinitas a todos y un gran abrazo!

Paola Gómez Arias

VI

ÍNDICE GENERAL

Objetivo General ................................................................................................................. XXVII

Objetivos Específicos ........................................................................................................... XXVII

Trabajos que se elaborarán en la tesis ............................................................................... XXVII

Alcances ............................................................................................................................ XXVIII

Limitaciones ....................................................................................................................... XXVIII

VII

ÍNDICE DE FIGURAS

INTRODUCCIÓNFig. 1: Esquema del Sistema del Acueducto de Limón ................................................... XXII Fig. 2: Esquema del Sistema del Acueducto de Limón ................................................. XXIII Fig. 3: Mapa del cantón de Limón ......................................................................................... 2 Fig. 4. Mapa de la cuenca del río Banano .......................................................................... 12 Fig. 5. Mapa de la cuenca del río Bananito ........................................................................ 16 Fig. 6: Planta y sección de un cauce trenzado....................................................................24Fig. 7. Cauce meandriforme: morfología (planta y secciones transversales vistas en el sentido de la corriente) y evolución ideal (derecha).......................................................... 25 Fig. 8 Meandros regulares, irregulares, simples y compuestos...................................... 25 Fig. 9. Estrangulamiento o corte natural de un meandro y formación de lagos.... 25

Fig. 10. Parámetros de una planta sinuosa. ( λ = longitud de onda, a = amplitud, Q= caudal, B= anchura del cauce en la superficie libre, s = sinuosidad, l = longitud del valle)......................................................................................................................................27Fig. 11. Cauce colgado de dos albardones o diques.......................................................... 28 Fig. 12. Formas de lecho en canales de fondo móvil........................................................ 41 Fig. 13. Diámetros de ejes perpendiculares....................................................................... 44

Fig. 14. Curva de Shields en el sistema de ejes ( τ *, Re*)................................................. 56

Fig. 15. Curva de Shields en el sistema de ejes ( τ *, D*)................................................... 57 Fig. 17 Llanura de inundación del río Bananito.............................................................. 69 Figs. 18 y 19. Tala ilegal y erosión en las márgenes del río Bananito........................... 70 Fig. 20. Meandros en la cuenca del río Bananito.............................................................70Fig. 21. Toma del río Bananito.......................................................................................... 71 Fig. 22. Caudales medios para 1961, año más parecido al promedio, para SE1 …........73 Fig. 23. Análisis de frecuencia de caudales …...................................................................74 Figs. 24 y 25. Aguas arriba de la toma, SE1..................................................................... 75 Fig. 26. Curvas granulométricas del río Bananito en SE1............................................... 76 Fig. 27. Curva granulométrica, muestra tomada 500 mts aguas arriba de SE1.............. 77 Figs. 28 y 29. Tramo y secciones del río Bananito en SE1 ................................................. 78 Fig. 30. Variación de la n de Manning con el tirante y el D84 en SE1 .............................. 80

VIII

Fig 31. Perfil longitudinal de la superficie del agua para diferentes caudales en SE1 ..... 81 Fig. 33. Velocidades medias en cada sección de SE1 .......................................................... 84 Fig. 34. Falla en la margen derecha del río Bananito ........................................................ 86 Fig. 35. Perfil longitudinal de los ríos Bananito, Gobán, Tuguela y Quebrada Burrico . . 87 Fig. 36. Vagones del ferrocarril puestos en la margen derecha del río Bananito ............. 89 Fig. 37. Margen externa en la curva, río Bananito ............................................................ 90 Fig. 38. Caudales medios para los sitios de estudio en la cuenca del río Banano ............. 95 Fig. 39. Análisis de frecuencia de caudales de los sitios de estudio en la cuenca de río Banano .................................................................................................................................. 96 Fig. 40. Curva granulométrica, varias muestras en la cuenca del río Banano ................. 97 Fig. 41. Perfil longitudinal de los ríos Banano, Nuevo, Segundo, Tercero y Aguas Zarcas ............................................................................................................................................... 99 Figs. 42 y 43. Río Banano en SE2 .................................................................................... 100 Fig. 44. Variación del n de Manning con el tirante y el D84 en SE2 .............................. 101 Fig. 45. Perfil longitudinal de la superficie del agua para diferentes caudales en SE2 .. 102 Fig. 46. Arrastre de sedimento por el fondo en cada sección y para los diferentes caudales analizados en Hec-Ras ........................................................................................................ 104 Figs. 47 y 48. Tipo de sedimentos en el lecho y márgenes de la SE2 ............................... 104 Fig. 49. Velocidades medias en cada sección de SE2 ........................................................ 105 Fig. 50. Sección de estudio SE3 río Nuevo en Asunción .................................................. 107 Fig. 51. Vehículo atascado en el cauce del río Aguas Zarcas .......................................... 109 Fig. 52. Cauce río Banano y las 5 secciones analizadas en Hec-Ras ............................... 111 Fig. 53. Variación del n de Manning con el tirante y el D84 en SE5 .............................. 111 Fig. 54. Sedimento muestreado en SE5 ............................................................................. 112 Fig 55. Perfil longitudinal de la superficie del agua para diferentes caudales en SE5 ... 113 Figs 56 y 57. Medición de caudal en cauce muy amplio del río Banano en SE5 ............ 113 Fig. 58. Arrastre de sedimento por el fondo en cada sección y para los diferentes caudales analizados en Hec-Ras ........................................................................................................ 114 Fig. 59. Velocidades medias en cada sección de SE2 ........................................................ 115 Fig. 60. Sitio propuesto para toma en río Banano, margen derecha ............................... 120 Fig. 61 .Vista aguas abajo, sitio propuesto para toma en el río Banano .......................... 120 Fig. 62 .Vista aguas arriba, sitio propuesto para toma en el río Banano ......................... 121

IX

ÍNDICE DE TABLAS

CAPÍTULO ITabla 1. Precipitación y temperatura promedio anual .......................................................... 8 Tabla 2. Parámetros morfológicos de la cuenca del río Banano ........................................ 14 Tabla 3. Parámetros morfológicos de la cuenca del río Bananito ...................................... 18 Tabla 4. Clasificación de ríos por pendiente ....................................................................... 23 Tabla 5. Clasificación de la rugosidad ................................................................................. 46 Tabla 6.Comparación de fórmulas tipo Keulegan ............................................................... 50 Tabla 7. Resultados de laboratorio para la cuenca del río Bananito ................................. 68 Tabla 8. Análisis de frecuencia de caudales ........................................................................ 75 Tabla 9. Características del sedimento en el río Bananito .................................................. 77 Tabla 10. Estacionamiento de las secciones y nivel mínimo .............................................. 79 Tabla 11. Análisis de calidad del agua en la cuenca del río Banano (07-09-2005) ........... 93 Tabla 12. Ubicación de los sitios de estudio en la cuenca de río Banano .......................... 94 Tabla 13 Caudal promedio anual para SE2, SE3, SE4 y SE5 ............................................ 95 Tabla 14. Análisis de frecuencia de caudales para SE2, SE3, SE4 y SE5 ......................... 96 Tabla 15. Características del sedimento en el río Banano .................................................. 98 Tabla 16 Estacionamiento de las secciones y nivel mínimo ............................................. 101 Tabla 17. Estacionamiento de las secciones y nivel mínimo ............................................ 111 Tabla 18. Caudales representativos para SE2 ................................................................... 120 Tabla 19. Datos principales de la línea de conducción y resultados de cálculo ............... 124 Tabla 20. Ubicación de válvulas de compuerta ................................................................. 125 Tabla 21. Ubicación de válvulas de aire ............................................................................ 126 Tabla 22. Ubicación de válvulas de limpieza ..................................................................... 126 Tabla 23. Datos de pasos .................................................................................................... 127 Tabla 24. Costos del sistema de bombeo para SE5 (Rehabilitación La Bomba) ............. 130 Tabla 25. Mejoras realizadas en la toma del río Bananito ............................................... 133 Tabla 26. Costo del consumo eléctrico por bombeo .......................................................... 133 Tabla 27. Costo de los contratos por concepto de materiales y maquinaria .................... 134 Tabla 28. Costos de conformación de presa por parte del AyA ........................................ 134

X

Tabla 29. Costos de limpieza de presa por parte del AyA .................................................. 135 Tabla 30. Costos por mantenimiento y reemplazo de equipos .......................................... 135 Tabla 31. Costos por seguro de sistema de agua potable de Limón .................................. 136 Tabla 32. Estimación de las entradas por concepto de tarifas del AyA ............................ 137 Tabla 33. Evaluación económica de la toma en el río Bananito (SE1) ............................ 138 Tabla 34. Presupuesto de las obras necesarias para la rehabilitación en La Bomba ..... 141 Tabla 35. Evaluación económica, rehabilitación de La Bomba (SE5) ............................ 143 Tabla 36 Presupuesto de las obras necesarias para la toma de río Banano en Asunción ….........................................................................................................................................146Tabla 37. Evaluación económica de la toma del río Banano en Asunción (SE2) .......... 149 Tabla 38. Resumen de evaluaciones económicas ............................................................ 150

XI

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Mapa de la zona de estudio.Anexo 2. Mapa de las zonas de vida según Atlas Costa Rica 2000.Anexo 3. Mapa de Geología según Atlas Costa Rica 2000.Anexo 4. Mapa de Precipitación anual (mm) según Atlas Costa Rica 2000.Anexo 5. Mapa de uso del suelo según Atlas Costa Rica 2000.Anexo 6. Mapa de recorrido de giras, realizadas en la zona de estudio.Anexo 7. Mapa de sitios de muestreos: calidad de agua y granulometría.Anexo 8. Mapa de sitios de estudio.Anexo 9. Vista en planta y ubicación de las secciones transversales en SE1, río Bananito.Anexo 10. Plano de curvas de nivel con el espejo del agua alcanzado por el caudal formativo, río Bananito SE1.Anexo 11. Movimientos del cauce río Bananito, SE1.Anexo 12. Ubicación de secciones transversales, río Bananito SE1.Anexo 13. Ubicación de secciones transversales, río Banano SE2.Anexo 14. Plano de curvas de nivel con el espejo del agua alcanzado por el caudal formativo, río Banano SE2.Anexo 15. Movimientos del cauce, río Banano en Asunción SE2.Anexo 16. Vista en planta y ubicación de las secciones transversales, río Banano SE5.Anexo 17. Plano de curvas de nivel con el espejo del agua alcanzado por el caudal formativo, río Banano La Bomba SE5.Anexo 18. Movimientos del cauce, río Banano SE5.Anexo 19. Registro histórico de mediciones de caudal en río Banano Asunción, SE2.Anexo 20. Láminas 1 y 2.Anexo 21. Láminas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.Anexo 22. Láminas 1 y 2.

XII

LISTA DE ABREVIATURAS

AyA: Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados.

CHW: Coeficiente C de Hazen y William.

Cm: Centímetros.

G/m3: Gramos por metro cúbico.

Ha: Hectárea.

HEC-RAS: Software que modela unidimensionalmente cálculos para flujos laminares y flujos turbulentos.

HF. : Hierro Fundido.

ICE: Instituto Costarricenses de Electricidad.

Kg/m3: Kilogramos por metro cúbico.

Kg/s: Kilogramo por segundo.

Km.: Kilómetros.

Km2: Kilómetro cuadrado.

L/s: Litros por segundo.

M: Metros.

m.s.n.m.: Metros sobre el nivel del mar.

M/s: Metros por segundo.

M/s2: Metros por segundo al cuadrado.

M3/s: Metro cúbico por segundo.

M3: Metros Cúbicos.

Mm.: Milímetros

MPM: Fórmula de Meyer Peter Muller.

N/m2: Newtons por metro cuadrado.

NPSH: Net Positive Suction Head (Carga Neta Positiva de Aspiración).

ºC: Grados Celsius.

PT: Planta de Tratamiento de Agua Potable.

PH: Potencial de hidrógeno.

Q: Caudal.

XIII

Qs: Caudal Sólido.

SSS: Sólidos Suspendidos Sedimentables.

SE: Sección de Estudio.

T/ha: Toneladas por hectárea.

TQ.: Tanque de Almacenamiento.

UCV: Unidades de Color Verdadero.

Und: Unidades.

UNT: Unidades Nefelométricas de Turbiedad.

Urb.: Urbanización.

Vm: Velocidad Media.

XIV

GLOSARIO

Acresión: Disminución de la erosión.

Aluvial: Formado por sedimentos acarreados por las aguas de un río.

Artesa:Valle por el que circula o ha circulado un glaciar de dimensiones importantes, que ha

desatado una morfología clara de glaciarismo.

Avenidas Máximas: Crecida impetuosa de un río que se mide por periodos de retorno.

Azolves: Obstrucción de una cañería o conducto de agua.

Basal: Referente a una base.

Buzamiento: Con inclinación hacia el río. Sentido u orientación de los estratos en

un relieve de plegamiento formado en rocas sedimentarias que son las

que se disponen en forma de capas y estratos.

Cachera: Conjunto de accesorios de tubería que incluyen: bombas, válvulas,

tee, codos, niples, etc.

Cárcavas: Desgarre del terreno en laderas o pendientes por efecto de la erosión,

principalmente pluvial.

Cimacio: Moldura de perfil en forma de S.

Coeficiente C: Coeficiente de Manning que se aplica en la fórmula de Chezy para el

cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos.

Control Piloto: Dispositivo que puede controlar una válvula desde un lugar remoto

como una caseta de operación.

Desgravador: Estructura que permite la sedimentación del material granular

disminuyendo la velocidad del agua.

Detritos: Resultado de la desagregación de una masa sólida en partículas.

Erosión Kárstica: Producida por las corrientes de agua que escurren bajo la superficie

terrestre debido a la acción de las aguas superficiales.

Hondonadas: Espacio de terreno hondo, depresión.

XV

Índice de Compacidad: Que muestra qué tan compacta es una cosa.

La Bomba: Lugar donde se encuentra la planta de tratamiento de aguas y la toma

antigua del AyA.

Lutitas: Roca formada por detritos, y está integrada por partículas del tamaño

de la arcilla y del limo.

Meándrico: Se refiere a un río que es curvado o sinuoso.

PAD MOUNTED: Transformadores Tipo Pedestal.

Periglaciar: Parte de la superficie de la tierra donde la congelación y la fusión del

suelo es el proceso más importante dentro del ciclo geográfico.

Flujo Subcrítico: Flujo a velocidad inferior a la crítica, con número de Froude inferior

a la unidad. Las fuerzas gravitacionales son mayores que las fuerzas

internas. El flujo tiene velocidades pequeñas y se describe como

tranquilo.

Flujo Supercrítico: Flujo a velocidad superior a la crítica, con número de Froude superior

a la unidad. Las fuerzas internas son predominantes, por lo que el

flujo tiene velocidades grandes y se describe como rápido.

Thalweg: Línea que se encuentra en medio de la parte más profunda del río

donde la corriente es más rápida.

TIR: Es la tasa de descuento que hace que el VAN sea igual a cero, o también, la tasa que

iguala la suma de los flujos o entradas descontados con la inversión

inicial del proyecto o con el valor presente de los desembolsos netos.

La tasa de retorno sobre la inversión, que es precisamente el TIR, no

es, ni más ni menos, que la tasa de interés promedio anual sobre el

saldo no recuperado de la inversión o el valor presente de los

desembolsos.

Toma: Desviación o lugar por donde se deriva una parte de la masa de un fluido.

VAN: Es el valor monetario que resulta de restar, a la suma de los flujos de caja o entradas

futuras descontadas del proyecto, la inversión inicial. La tasa de

XVI

descuento o actualización es la tasa mínima aceptable, que en

condiciones de riesgo “aceptable” es el costo de capital o de

oportunidad de la empresa.

XVII

RESUMEN

El objetivo principal de esta investigación fue el de encontrar el mejor sitio para

ubicar una toma de aguas para abastecer a la ciudad de Limón, con el fin de disminuir los

problemas en la actual toma ubicada en el río Bananito.

Desde hace más de diez años en el AyA se ha venido discutiendo cuál es la

solución para abastecer el sistema de agua potable de la ciudad de Limón, ya que algunos de

los profesionales se inclinan por mantener la toma en el río Bananito, debido a las

inversiones ya realizadas en este sitio. Otro grupo de profesionales considera que la mejor

opción es volver a la cuenca del río Banano, ya sea ubicando un nuevo sitio o habilitando la

infraestructura en el sitio denominado Bomba.

Este trabajo incluye cada una de las opciones que se habían planteado, además de

la que se encuentra en uso actualmente. Se realizaron estudios de morfología fluvial,

calidad del agua, arrastre de sedimentos, fotografías aéreas de distintos años, modelación

matemática de un tramo de las secciones estudiadas, entre otros, todo con el fin de escoger

los mejores sitios y compararlos con lo actual.

Los sitios estudiados se denominaron de la siguiente manera: SE1 Toma en el río

Bananito, SE2 Toma propuesta en el río Banano en Asunción, SE3 Toma propuesta en el río

Nuevo, SE4 Toma propuesta en el río Aguas Zarcas, SE5 Rehabilitación de río Banano en

la Bomba.

Con base en los estudios realizados en cada uno de los sitios, se determinó que:

La cuenca del río Banano tiene mejor calidad y características favorables para

obtener agua para consumo humano.

De los cuatro sitios propuestos en la cuenca del río Banano, se desecharon dos (el

río Nuevo y el río Aguas Zarcas), ya que presentan cauces muy anchos, lo que

influiría en realizar presas muy grandes; además, presentan el problema de que el

XVIII

cauce divaga por su llanura de inundación, lo que dificultaría el diseño de la toma

en ambos sitios.

Al dejar a un lado estas opciones, se procedió a diseñar las estructuras necesarias

para el funcionamiento de ambos sistemas.

En la toma del río Banano en Asunción, se diseñó la presa con su toma, un canal,

desarenador, tubería de conducción, hasta interconectar con la planta potabilizadora

existente en la Bomba. Aquí se tomó en consideración que en el futuro, al subir la

demanda, se podría pasar de captar 350 l/s a 500 l/s; por lo tanto se proponen dos diseños de

conducción en hierro dúctil.

En la rehabilitación de La Bomba, también se diseñó la presa, se propuso reponer

el sistema de succión, se realizó una estructura protectora para la succión y habilitar la

caseta de operación.

Para ambos proyectos se realizó un presupuesto para estimar el costo actual.

Además, se realizó una evaluación económica proyectada a 40 años, tomando en cuenta los

costos de construcción, los costos de operación y mantenimiento y las tarifas, determinando

las relaciones beneficio/costo para compararlas con la toma actual en el río Bananito.

Con base en las evaluaciones económicas, se pudo determinar que la toma actual

genera costos de operación y mantenimiento muy altos, que aunque pueden ser costeados

con las tarifas, requieren de constantes reparaciones que generan mucho trabajo para la

región.

La opción de toma en Asunción parece ser la más costosa. Sin embargo, resulta

ser un proyecto rentable, además de que no requiere de tanto cuidado por parte del AyA, y

tiene características muy favorables que no se pueden cuantificar económicamente; por esta

razón no se desecha esta opción totalmente.

Como último punto está la rehabilitación de La Bomba, que según las evaluaciones

económicas es el proyecto más rentable, ya que los costos de operación y mantenimiento

son menores, la inversión en construcción es relativamente baja, comparada con la opción

anterior, y se puede realizar en menos tiempo.

XIX

INTRODUCCIÓN

Dada la alta vulnerabilidad que presenta la actual toma de aguas ubicada en el río

Bananito, y por ser una de las principales fuentes de abastecimiento de agua para consumo

humano de la ciudad de Limón, se justifica la presente investigación, que pretende llegar a

ser una alternativa factible de una toma de aguas con una nueva ubicación. Con esto, se

beneficia tanto a la población urbana de la ciudad de Limón, la cual se ve afectada

constantemente por las deficiencias del sistema de agua potable actual, como al Instituto

Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (AyA), el cual tiene más de 10 años de

invertir en soluciones, que no han sido proyectadas hacia una solución integral y definitiva,

afectando, entre otras cosas, el presupuesto e imagen de la institución.

Antecedentes

Descripción del sistema de abastecimiento de agua potable para la ciudad de

Limón antes del terremoto de abril de 1991

Este sistema de abastecimiento consistía en tres fuentes de suministro. La fuente

principal era la captación de las aguas del río Banano y su posterior bombeo hasta la planta

potabilizadora ubicada en La Bomba, además de un pozo perforado ahí, y los manantiales

de Moín. (Véase la fig. 1: Esquema del Sistema del Acueducto de Limón).

Captación del río BananoSe realizaba por medio de dos tomas laterales, de donde se bombeaba el agua hacia

la planta potabilizadora. El sistema estaba conformado por una estación de bombeo con dos

motobombas eléctricas, que permitían impulsar un caudal de 130 l/s cada una; la segunda

XX

estación de bombeo, ubicada 200 metros aguas abajo respecto a la anterior, con dos

motobombas eléctricas, que permitía dejar una de ellas en reserva y también permitía

impulsar un caudal de 130 l/s cada una. La línea de impulsión desde las tomas hasta la

planta potabilizadora estaba compuesta por una tubería de 350 mm de diámetro, que se

bifurcaba en dos tuberías de 300 mm de diámetro. El caudal de diseño para esta impulsión

era de 350 l/s con las tres bombas en operación. La planta potabilizadora de filtración

rápida, diseñada para una capacidad nominal de 350 l/s, contaba con una cámara de

entrada, una canaleta Parshall para medición y aplicación de productos químicos.

También existían dos líneas de conducción, una de 300 mm de diámetro de hierro

fundido de aproximadamente 12 km, que llevaba las aguas hasta los tanques metálicos y Las

Pilas, y otra de 500 mm de diámetro en concreto pretensado, con una capacidad conjunta de

conducción por gravedad de 240 l/s, llevando las aguas hasta el tanque Colina Alta y Barrio

Limoncito.

Fuentes de MoínEn el año 1971 entró en operación el proyecto de Moín, el cual captaba unas fuentes

con una capacidad instalada de bombeo de 90 l/s. Constaba de una tubería de 200 mm de

diámetro en hierro dúctil, que conducía el agua hasta el tanque cisterna, una estación de

bombeo con dos bombas accionadas por motores eléctricos y con instalaciones para

cloración, cada bomba con una capacidad de 45 l/s. La línea de impulsión de 300 mm de

diámetro en hierro dúctil, con una longitud de 2,5 km hasta el tanque de Pueblo Nuevo; esta

tubería también abastecía al tanque de Villa del Mar, los Barrios Cangrejo, Cuesta de

Portete y al Puerto de Moín.

PozosEste sistema contaba con varios pozos, de los cuales solo el número seis estaba en

operación y se bombeaba con la tubería que venía de la planta potabilizadora, con una

producción mínima de 40 l/s, y no recibía tratamiento directo.

Antes del terremoto de 1991, en el sistema de captación del río Banano se habían

identificado importantes deficiencias, entre las cuales se puede mencionar:

XXI

• Desplazamientos longitudinales y de niveles del cauce en el sitio de la toma.

• Altos niveles de turbiedad (lo cual generaba altos costos en el tratamiento).

• Problemas de atascamiento en los sistemas de succión de las bombas.

• Contaminación, debida a la actividad humana.

• Problemas derivados de los cortes de energía eléctrica.Fig. 1: Esquema del Sistema del Acueducto de Limón

Fuente: AyA Dirección de Estudios y Proyectos, agosto de 1990.

XXII

Tanque Corales 1377 m3

A tanque Pueblo Nuevo

Tanque Las Pilas 4200 m3

Estación de Bombeo

Tanque metálico 3275

m3

350 l/s

Tanque La Colina 150 m3

Pozos La Bomba 50 l/s

BarriosCorales 1,2,3Triunfo Santa Gertrudis

BarriosSanta Eduviges CariariTrinidad

BarriosRooseveltHospital Cerro Mocho

Limón Centro

Barrio Cristóbal Colon

San Juan

Barrio Limoncito

ENVACO 300 mm H.F.

500 mm cemento

Tomas del río Banano

Esquema del sistema

Actualmente el sistema se opera como se muestra en la fig. 2.

Fig. 2: Esquema del Sistema del Acueducto de Limón

Fuente: AyA Optimización de Sistemas, octubre del 2004.

Como consecuencia del terremoto ocurrido en abril de 1991, y que afectó

principalmente al sector central-sur de la vertiente del Caribe, la cuenca del río Banano se

vió severamente afectada por condiciones de inestabilidad de suelos y taludes. Al

derrumbarse sobre el cauce del río por un tramo extenso, aguas arriba de la toma de aguas,

alteraron en forma determinante su composición, aumentando en gran medida el arrastre de

sedimentos en el flujo que llegó a la planta potabilizadora ubicada en la Bomba1; de tal

1 Planta Potabilizadora La Bomba: caudal de diseño de 350 l/seg. , río Banano, elevación 80 m.s.n.m.

XXIII

Esquema del Sistema

modo que a dicha planta comenzó a ingresar agua con turbiedades elevadísimas2, color alto

y sólidos en suspensión. Esto comprometió el buen funcionamiento de la planta, lo que

obligaba a sacarla frecuentemente de operación, haciendo discontinuo el suministro de agua

potabilizada a la Ciudad de Limón, ya que la planta potabilizadora del río Banano constituía

la principal fuente de abastecimiento del acueducto de esa ciudad (aproximadamente 43,7

%). Adicionalmente, la estructura de la toma lateral del río Banano ya había presentado

problemas de estabilidad y obstrucciones por las crecientes del río. Esto se agravó cada vez

que el río arrastraba grandes troncos, piedras y sedimento grueso, materiales que

colisionaban a gran velocidad contra la estructura metálica que protegía los tubos de

succión de la estación de bombeo durante las avenidas del río.

Con la finalidad de superar los problemas originados por el terremoto de abril de

1991, los cuales generaron una declaración de Emergencia Nacional por el gobierno de

entonces, el AyA analizó y decidió seleccionar una nueva toma lateral en el río Bananito.

En dicha cuenca la calidad del agua en apariencia se veía menos afectada,3 por los

problemas indicados en el caso del río Banano. Esta condición de emergencia, y con el

sistema de abastecimiento de agua tan dañado, obligó a tomar una serie de decisiones sobre

la marcha que no permitieron ejecutar previamente estudios básicos, tales como análisis de

mecánica de suelos referentes a la estabilidad de taludes, transporte de sedimentos,

capacidad de arrastre, hidráulica del río, tratabilidad de las aguas, entre otros. Se puede

decir que el río Bananito era prácticamente desconocido para los técnicos de AyA, cuando

se tomó la decisión de construir una toma lateral en la margen izquierda. Por ello no se

consideraron las características complejas de su mecánica fluvial, lo que comprometió la

eficiencia del sistema de suministro.

La decisión de construir una nueva bocatoma lateral en la margen izquierda del río

Bananito, sin disponer de los estudios básicos de hidráulica del río y calidad del agua para

tratabilidad, no fue precisamente acertada, entre otros factores4, porque el río en ese punto

presentaba un cauce antiguo que se reactivaba en condiciones de crecientes y dejaba a la

2 Se llegaron a detectar 60000 UNT.3 En la actualidad se ha demostrado que existen una mayor tendencia del río Banano a estabilizarse y el río Bananito a desestabilizarse en su perfil de su calidad de agua para tratabilidad.4 Existía premura por empezar las obras, por ser éste un requisito para que fuera concedido el préstamo a AyA por parte de organismos internacionales.

XXIV

bocatoma nueva y a la estación de bombeo en una isla, sin acceso a las estructuras, que han

tenido la necesidad de limpiarlas continuamente, pues los sedimentos del río, en períodos de

crecientes, prácticamente sepultaban toda la bocatoma y la estación de bombeo de agua

cruda hacia la planta de La Bomba.

Hacia 1998 se construyó un sistema de toma mediante tubos perforados cubiertos

con gaviones, que se limpiaban con el agua presurizada de las bombas de la impulsión de

agua cruda a la planta. Posteriormente se le han agregado algunas mejoras a esa nueva

toma, como aumento de los tubos perforados de toma directa, protección de la toma con

gaviones, reconstrucción de la presa que atraviesa el río y otras medidas, todo lo cual ha

mejorado la operación de la bocatoma nueva sobre el río Bananito, aunque persiste el

problema del arrastre de sedimentos sobre la toma, que es un problema propio del río,

ocasionado por alteraciones en su cauce aguas arriba de la bocatoma.

También se realizó una consultoría especializada en Hidráulica de Ríos, que

recomendó construir una serie de muros deflectores en abanico situados hacia aguas arriba

de la toma nueva. Las recomendaciones de este estudio se han implementado parcial y

gradualmente por el Instituto, dado su alto costo, de tal modo que el impacto sobre el

arrastre de sedimentos a la toma aún no se ha dado en forma completa. Adicionalmente, se

han realizado otros trabajos o investigaciones en el sitio de estudio tales como: Análisis del

Proyecto de Nueva Toma en el río Bananito para el Acueducto de Limón, Análisis de la

Producción de Sedimentos en la Cuenca del río Bananito y la Estabilidad Lateral del río, así

como diferentes estudios realizados por AyA.

Por otra parte, debe considerarse que el río Bananito, entre las elevaciones 8-12

m.s.n.m., tiene un comportamiento hidráulico muy errático y alterado por obras en su cauce,

realizadas sin ningún estudio de la hidráulica e hidrología. A la altura de la actual toma, ya

el río presenta meandros, lo que indica que ha perdido mucha energía cinética para un

ámbito de caudales inferiores al promedio, en tanto que en época de avenidas máximas, se

salta los meandros, se encauza por su antiguo curso y llega con mucha energía y arrastre de

sedimentos a la actual bocatoma. Además, el río ha sido muy alterado e interferido por

obras y obstáculos que diferentes entidades le han interpuesto. Para proteger sus márgenes

de erosión, se han depositado vagones viejos de ferrocarril y maquinaria pesada, sobre todo

XXV

en las márgenes derechas de los meandros, a su paso por fincas bananeras. Todas estas

alteraciones, obstáculos, extracciones de materiales aluvionales y demás acciones

perjudiciales al libre flujo del río, hacen ahora muy difíciles los estudios de hidráulica de

ríos necesarios para cualquier obra de protección que se proyecte para la bocatoma en su

localización actual.

Adicionalmente, ya la calidad del río Banano se ha estabilizado con respecto al

trastorno del terremoto de abril de 1991. En la actualidad es una agua de más baja turbiedad,

menor color, mejor perfil de tratabilidad, dada la presencia de iones de hidróxilo que

proporcionan un preacondicionamiento del agua para ser tratada con sulfato de aluminio

como agente coagulante único, en vez de la situación actual que se presenta en la planta

potabilizadora de La Bomba, donde el agua cruda del río Bananito presenta muy

deficientes condiciones de tratabilidad, alto color y turbiedad, lo que obliga a usar ayudantes

de la coagulación o polímetros aniónicos o catiónicos, de elevado costo. Mientras tanto, los

costos actuales del bombeo del “booster” de Santa Rosa, usando aguas del río Bananito, más

los costos del bombeo de agua cruda desde la bocatoma hasta el “booster” son muy

elevados, casi tres veces o más, que los costos en que se incurriría usando el río Banano.

Además, se deben agregar los altos costos del tratamiento con polímetros que hay que usar

ahora con aguas del río Bananito. Tal situación abre la posibilidad de volver a analizar la

reubicación de la toma en el río Banano.

XXVI

Objetivo General

Analizar el comportamiento hidráulico de las corrientes fluviales de los ríos Banano

y Bananito, con la finalidad de ubicar un sitio apropiado para construir la toma de aguas del

Acueducto de la ciudad de Limón. (Véase el anexo 1).

Objetivos Específicos

• Elaborar un diagnóstico de la situación actual de las cuencas de los ríos Banano y

Bananito como fuentes de abastecimiento del acueducto de la ciudad de Limón.

• Establecer una caracterización morfológica de ambas cuencas, con el fin de ubicar

el mejor sitio de captación respecto a características hidráulicas, hidrológicas y

operacionales.

• Proponer un diseño preliminar de obras destinadas a la captación de agua y su

conducción.

• Realizar una proyección del rendimiento futuro del acueducto desde la toma hasta la

planta.

Trabajos que se elaborarán en la tesis

• Definir la capacidad de transporte de sedimentos de las cuencas, identificar las

causas y, a la vez, proponer medidas para mitigar este fenómeno.

• Verificar los índices de calidad de agua para consumo humano.

• Delimitar las cuencas y su caracterización morfológica.

• Analizar los usos del suelo y su impacto en las cuencas.

• Determinar avenidas máximas y caudales medios y de estiaje.

• Determinar aspectos meteorológicos básicos.

• Hacer levantamientos topográficos en sitios de interés.

XXVII

• Analizar la condición y eficiencia de las obras hidráulicas actuales del acueducto,

desde la toma hasta la planta potabilizadora.

• Determinar calidad de agua (prueba de jarras y curvas de turbiedad).

• Realizar estudios generales de estabilidad de laderas y vulnerabilidad.

• Analizar y actualizar los datos de las diferentes consultorías realizadas.

Alcances

• Elaborar un diagnóstico actualizado de las cuencas de los ríos Banano y Bananito, a

partir del cual se pueda identificar y cuantificar parámetros hidrológicos, hidráulicos

y de calidad del agua, básicos para la ubicación más conveniente de la bocatoma del

acueducto de la ciudad de Limón.

• Diseño preliminar de la toma de aguas y estructuras conexas.

• Evaluación hidráulica del sistema de conducción desde la nueva toma de aguas

hasta la planta potabilizadora.

• Evaluación económica comparativa de las opciones de toma propuestas respecto a la

situación actual.

Limitaciones

• Este proyecto analizará, en forma preliminar, las características hidrológicas e

hidráulicas de ambas cuencas, para determinar y justificar el cambio de ubicación

del sitio de la bocatoma.

• El dimensionamiento de las obras civiles que se realice será preliminar y como

diseño conceptual, dejando la base para un estudio posterior con mayor detalle.

• El estudio se enfocará en los recursos existentes de aguas superficiales, por lo que no

se evaluarán las opciones de aguas subterráneas.

XXVIII

CAPÍTULO I

DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL

1. Generalidades

1.1.Localización y población del cantón de Limón

El cantón 1º de la provincia de Limón, Limón, ubicado en las coordenadas

geográficas medias, están dadas por 09º 47′ 04′′ Latitud Norte y 83º 11′ 50′′ Longitud Oeste.

La anchura máxima es de setenta y seis kilómetros, en dirección noreste a sureste, desde la

ciudad de Limón hasta el macizo del Chirripó Grande. (Véase la fig. 3)

En la Ley No. 44 de 25 de julio de 1892, Limón se erigió en cantón, al crearse una

municipalidad para la comarca del mismo nombre. En esta oportunidad no se designó la

cabecera ni los distritos de este nuevo cantón.

La población total actual5 es de 52602 habitantes, de los cuales 26582 son hombres

(50,5%) y 26020 mujeres (49,5%).

La fuerza de trabajo, según los sectores de actividad, son: sector primario 23,1%,

sector secundario 12,5 %, sector terciario 47,0% y actividades no especificadas 17,4%.

1.2.Altitudes

Las elevaciones en metros sobre el nivel medio del mar de algunos centros urbanos

del cantón son los siguientes:

Ciudad Limón 3 m.s.n.m., poblado Asunción: 140 m.s.n.m., poblado La Bomba 40

m.s.n.m., poblado Pandora: 18 m.s.n.m. y poblado Tuba Creek: 10 m.s.n.m.

5 Datos tomados del Censo 2002.

1

Fig. 3: Mapa del cantón de Limón

Fuente: Los autores.

2

1.3.Zonas de vida ecológica

En el área de influencia de las cuencas de los ríos Banano y Bananito se definen

cinco zonas de vida ecológicas que son: bosque muy húmedo tropical, bosque muy húmedo

tropical transición a premontano, bosque muy húmedo premontano transición a basal,

bosque pluvial premontano y bosque pluvial montano bajo. Se definen dos bioclimas que

son: superhúmedo con un período máximo de dos meses secos al año y superhúmedo sin

meses secos al año. (Véase el anexo 2).

1.4.Aspectos físicos

1.4.1. Topografía

Las elevaciones en la ciudad de Limón oscilan entre los 0 m.s.n.m. y los 74 m.s.n.m.

en las regiones más altas. El promedio de elevación de la ciudad de Limón es de 20

m.s.n.m. Su conformación topográfica es de planicies y zonas montañosas de baja altura.

La toma de aguas se ubica a una elevación de 10 m.s.n.m.

La planicie más notoria se extiende desde la ciudad de Limón hacia el sureste, hasta

el río Banano. Su ancho promedio entre el mar y los límites de la cordillera (20 m.s.n.m.) es

de 4 km. La pendiente tiene un valor aproximado de 0,5 % en dirección noroeste.

Al noroeste se ubica otra planicie, comprendida entre el río Moín, en la cota 20

m.s.n.m. con una pendiente aproximada de 1,8 % en dirección norte.

Una gran área de las planicies es pantanosa en forma permanente; se inunda en

promedio los 9 meses más lluviosos del año.

Las zonas montañosas presentan colinas y serranías con ondulaciones abruptas y

cimas redondeadas con elevaciones menores a los 200 m.s.n.m. En esta zona se ubica un

macizo de colinas, sobre las cuales se ubica la ciudad de Limón, y que abarca las filas de

Pueblo Nuevo, las alturas de Garrón al noroeste de la ciudad y el caserío de Newcastle, al

sur de la ciudad cerca de La Bomba.

3

1.4.2. Geología

El cantón de Limón está constituido geológicamente por materiales de los períodos

Terciario y Cuaternario, y predominan las rocas sedimentarias del Terciario.

Del período Terciario se encuentran rocas de origen sedimentario, intrusivo y

volcánico. Las sedimentarias corresponden a materiales indiferenciados que se encuentran

dispersos en toda la región. De la época del Mioceno también se localizan rocas de las

formaciones Uscari y río Banano.

La formación Uscari está compuesta por lutitas, de tonalidades oscuras y suaves,

lutitas limosas, friables, gris verdosas al estado fresco, que se meteorizan a colores gris

amarillentos con manchas amarillas oscuras. Se sitúan en las laderas de la fila Asunción, y

de la ladera sureste de la anterior fila hasta el valle La Estrella, al igual que en las márgenes

del río Cuen, así como en el sector aledaño al barrio Corales. La formación río Banano está

constituida de areniscas verdes fosilíferas, conglomeradas, arrecifes coralinos; se localizan

en las márgenes del río entre los poblados La Bomba y Quitaría. Las rocas intrusivas de la

época antes citada corresponden a los intrusivos ácidos de la Cordillera de Talamanca, tales

como dioritas cuárcicas y granodioritas, también gabros y granitos, los cuales se ubican en

pequeños sectores dispersos al sur y oeste del cantón. Las rocas volcánicas de la época del

Mioceno están representadas por rocas y edificios volcánicos, localizadas en la Fila

Matama, próxima al límite con el cantón de Talamanca.

De los materiales del período Cuaternario se localizan rocas de origen sedimentario

de la época del Holoceno, tales como Pantano, ubicadas al norte del poblado Búffalo, y

depósitos fluviales, coluviales y costeros recientes, localizados en una franja desde el sector

entre el barrio Cieneguita y el poblado Santa Rosa hasta el poblado de Tuba Creek, lo

mismo que en el área aledaña a la carretera entre los poblados Sandoval y Búffalo, así

como en la proximidades de las márgenes de los ríos Estrella y Duruy, cerca de las fincas

Siete, Doce y Catorce. (Véase el anexo 3).

4

1.4.3. Geomorfología

El cantón de Limón presenta cuatro unidades geomórficas, clasificadas de acuerdo

con su origen en: tectónica y erosiva, de sedimentación aluvial, glaciárica y estructural.

La unidad de origen tectónico y erosivo se divide en tres subunidades, llamadas

Cordillera de Talamanca, Cerros y Lomas de Pendiente Reglar, y Lomeríos Bajos. La

subunidad Cordillera de Talamanca cubre la mayor parte del cantón, la cual está

comprendida por los siguientes poblados: al sur Búffalo, al noroeste Quitaria, al este Aguas

Zarcas y María Luisa, al oeste Bolivia y Cuen, la hacienda La Antonia y el sitio Victoria.

La unidad de sedimentación aluvial se divide en cuatro subunidades, llamadas

Llanura Aluvial de San Carlos y del Caribe, Valle del Río Estrella, Pantano Permanente o

Temporal, y Llano Aluvial de los ríos Banano y Limoncito.

La subunidad Llanura Aluvial de San Carlos y del Caribe está representada por una

llanura aluvial que, cerca de la costa, puede tener influencia marina en la formación de sus

suelos, la cual se localiza desde el sector entre el barrio Cieneguita y el poblado Santa Rosa

hasta el poblado Tuba Creek, así como en el sector aledaño a la carretera que está entre los

poblados Búffalo y Buenos Aires de Jamaica, el cual presenta una superficie plana, con

pendiente de 1% a 2 %; esta pendiente está dirigida siempre en forma general a menos del

1%, o sea un promedio de 3,5 centímetros por cada 100 metros de distancia. Los cauces

principales que cortan la llanura tienen un valle ancho, con orillas casi siempre de uno a dos

metros sobre el nivel del río; su patrón es meándrico como una consecuencia de una escasa

pendiente; la presencia de terrenos pantanosos es frecuente; los sitios ligeramente

ondulados, en gran parte, ocasionados por tobas y corrientes de lodo en mayor grado de

meteorización que las rocas superficiales, y que tienen, por efectos de la erosión, la forma

de lomeríos bajos, sobre los cuales se depositaron materiales aluviales recientes. La forma

de la llanura es interrumpida en las vecindades de los ríos por un microrelieve, producto de

la erosión y de la deposición final; se observan bastantes canales abandonados; la llanura

presenta cierto grado de salinidad, debido a que en su reciente formación y vecindad con el

mar todavía permanece dentro del terreno algo de contenido salino. El origen se debe al

aporte que en épocas pasadas hacían los ríos que drenan la zona; el relleno, en su inicio, es

5

posible que se efectuara dentro de la fosa de Managua, que estaba ocupada por el océano, y

con el transcurso del tiempo fue totalmente rellenada en el sector correspondiente al

territorio costarricense; es factible que restos de vieja topografía volcánica, a un nivel muy

inferior al actual de la llanura, hayan dado origen a una ligera ondulación en su superficie.

La subunidad Valle del río Estrella se encuentra en las márgenes del río Estrella,

desde su confluencia con el Cariei hasta el poblado Pléyades, incluyendo la zona aledaña al

curso inferior de sus afluentes principales, la cual es una superficie plana, de suave

pendiente menor del 1%. En algunos sitios se pueden ver ligeras diferencias de relieve,

correspondientes a bordes de terraza o cauces abandonados; pero las intensas labores de

cultivo las han ido borrando. Esta subunidad se compone de un conjunto de fragmentos de

diverso tamaño de rocas sedimentarias, el que disminuye al alejarse del pie de la ladera o de

los cauces actuales. En el valle las fracciones son finas, limosas y arcillosas con lentes de

grava y su origen es aluvial, aunque puede haber algo de influencia de corrientes de lodo.

La subunidad Pantano Permanente o Temporal se ubica al noroeste del poblado Y

Griega lo mismo que en las proximidades de Estero Negro. Está constituida por zonas de

terreno plano, que suelen tener un microrrelieve de pequeñas ondulaciones. Esta subunidad

se compone de un relleno de fragmentos líticos muy finos, con dominancia de arcilla y limo

y pequeños lentes arenosos; su origen se debe a rellenos por aportes fluviales.

La subunidad Llano Aluvial de los ríos Banano y Limoncito, se sitúa al oeste del

poblado Trébol, así como entre los poblados de Quitaría y Aguas Zarcas.

La unidad de origen glaciar se manifiesta en las formas de erosión y depositación

glaciárica, la cual se encuentra al suroeste de la región, próxima al límite cantonal, y que

constituye formas redondeadas en rocas ígneas, testigos de la erosión glaciárica de esta área.

En el cerro Chirripó presenta todas las características de un valle glaciárico en forma de

artesa. El cerro Chirripó Grande presenta un fracturamiento muy denso, ocasionado por la

acción de congelamiento y descongelamiento de agua en las fisuras de la roca. Esta unidad

se compone de rocas ígneas, y hay granitos y basaltos. Su origen se debe a la erosión por

glaciares, que posiblemente existieron durante la última glaciación, junto con la

depositación de fragmentos acarreados, que dio origen a estas formas. Posteriormente, la

congelación y descongelación del agua terminó de modelar la unidad.

6

La unidad de Origen Estructural se divide en tres subunidades, llamadas falla del río

Estrella, falla del río Tuba y falla del río Chirripó.

1.4.4. Hidrografía

El sistema fluvial del cantón Limón corresponde a la subvertiente Caribe de la

vertiente del mismo nombre, la cual pertenece a las cuencas de los ríos Estrella, Matina,

Banano, Moín y Bananito.

La primera es drenada por el río La Estrella, al que se le unen los ríos Cuen, Cariei,

Abuy, Suruy, Bitey, Niñey, así como los ríos Tuba, Seco, Bote y Dixibre. Los citados

cursos de agua nacen en el cantón, los cuales van en dirección suroeste a noreste y noroeste

a sureste, hasta desembocar en el Mar Caribe. El río Tuba es límite con el cantón de

Talamanca.

La cuenca del río Matina es drenada por el río Chirripó y sus afluentes los ríos Cuen,

Nari, Xikiari y Boyei, que se originan en la región, cuyas aguas presentan un rumbo de

suroeste a noreste. Los ríos Chirripó y Borey son límites cantonales, el primero con

Turrialba de la provincia Cartago y el otro con Matina.

La cuenca del río Banano es drenada por el río, de igual nombre, y sus afluentes los

ríos Segundo, Tercero, Nuevo y Aguas Zarcas, así como por el río Vizcaya. Los citados

cursos de agua van en dirección suroeste a noreste, hasta desembocar en el mar Caribe.

La cuenca del río Moín es drenada por los ríos Limoncito y Moín; este último recibe

al río Blanco con sus afluentes los ríos René y Quito; ahí mismo drenan el área los ríos

Madre, Toro y Bartola. Los cursos de agua nacen en la región y presentan un rumbo de

suroeste a noreste, hasta confluir en el canal y al este en el mar Caribe. El río Toro es límite

con el cantón de Matina.

La cuenca del río Bananito es drenada por el río de igual nombre, así como por los

ríos San Andrés y Congrio. Al Bananito se le unen los ríos Burrico, Tugela, Yalú, Gobán y

Carbón. Éstos nacen en el cantón, y presentan una dirección de suroeste a noreste y de

noroeste a sureste, hasta desembocar en el mar Caribe.

7

1.4.5. Precipitación y temperatura promedio anual

En la tabla 1 se presentan los datos de precipitación promedio, obtenidos durante

nueve años en ocho estaciones meteorológicas de la zona. Estos datos corresponden a la

información obtenida del Atlas Cantonal de Costa Rica. En el anexo 4 se presenta el mapa

de precipitación de la zona.

Tabla 1. Precipitación y temperatura promedio anualEstación Latitud

NorteLongitud Oeste

Altitud (m.s.n.m.)

Precipitación Temperatura

Años (9)

Promedio (mm)

Años (9)

Promedio(ºC)

Asunción 09º 54′ 83º 10′ 130 22 3.499,4Finca 16 09º 42′ 82º 59′ 30 14 2.450,8Fortuna 09º 44′ 83º 01′ 30 18 2.516,4 4 25,6Limón 09º 58′ 83º 02′ 5 44 3.328,8 18 25,4Moín 10º 00′ 83º 05′ 5 7 3.846,3Pandora 09º 45′ 82º 57′ 17 19 2.597,9 7 25,7San Andrés

09º 52′ 82º 59′ 30 11 2.411,3

Vesta 09º 43′ 83º 03′ 30 12 3.893,6 7 26,9 Fuente: Atlas Cantonal de Costa Rica.

1.4.6. Capacidad de uso del suelo

La presencia del ser humano en la zona ha generado una serie de cambios en el

uso original del suelo. Esta serie de variantes, en la mayoría de los casos, se puede

catalogar como necesaria, pues él en su afán de desarrollo, busca nuevos sitios donde

ubicarse. Sin embargo, se debe tener claro que estas modificaciones conllevan un costo

asociado para las zonas afectadas, pues los nuevos pobladores, con el paso del tiempo, se

van adentrando en las cuencas sin ningún control y realizan cambios en las propiedades

físicas del lugar. Con estos cambios se pone en peligro la calidad del recurso hídrico y la

vida de los habitantes. (Véase el anexo 5).

8

Las categorías de uso del suelo que se encuentran en la zona son las siguientes:

• Bosque: cubre la mayor parte de las cuencas y se ubica en las partes media y

alta. En su mayoría forma parte del Parque Internacional La Amistad, la Zona

Protectora Río Banano y La Reserva Indígena Tayni, y debido a las fuertes pendientes lo

hacen poco atractivo para la agricultura. Se caracteriza por tener follaje muy denso, el

cual regula las aguas de escorrentía, ya que disminuye la velocidad del flujo y favorece

el amortiguamiento de la lluvia sobre el suelo. El bosque de esta zona actúa como un

gran núcleo de condensación, pues las nubes, al empezar a ascender hacia las montañas,

chocan con estas y producen fuertes precipitaciones; esto causa el incremento en el

caudal que transportan los ríos.

Posterior al terremoto de Limón de abril de 1991, en la parte alta de las cuencas se

produjo una gran cantidad de deslizamientos, los cuales causaron la destrucción del bosque,

pérdida de suelo y cambio de los cauces.

• Pastos: se ubican en la parte media y baja de las cuencas; ocupan algunas de las

terrazas aluviales formadas por los materiales acarreados por el río. En esta área la

actividad que se desarrolla principalmente es la ganadería de tipo extensiva.

• Pastos y árboles dispersos: se ubican en las partes bajas y medias de las cuencas

y se presentan como una transición al bosque de las zonas altas.

• Cultivos: se ubican en las partes medias y bajas de las cuencas, principalmente

cerca de los cauces de los ríos. Los principales cultivos que se presentan en la zona son:

banano y cacao, agricultura de subsistencia a menor escala y actividades de índole

forestal (en la cuenca del río Bananito).

• Poblados: se ubican en las partes bajas y medias de las cuencas. La mayor

densidad se presenta en las partes bajas, cerca de las márgenes de los ríos. En las partes

medias existen caseríos, los cuales también están relativamente cerca de los cauces.

9

1.4.7. Recursos hídricos de la región

Esta zona se caracteriza por poseer condiciones ambientales (clima, cobertura

boscosa, relieve) que son propicias para contar con recursos hídricos de gran valor para el

abastecimiento de agua a las poblaciones.

La región se caracteriza por un clima lluvioso, lo que supone un gran potencial

hídrico. En la actualidad las principales fuentes de agua potable que abastecen la zona son:

• Cuenca del río Banano.

• Cuenca del río Bananito.

• Fuentes de Moín.

• Campo de pozos de La Bomba.

En marzo de 1980 el río Bananito presentó un caudal mínimo de 782 l/s6. Al formar

parte de la unidad montañosa que contiene a la cuenca del río Banano, posee condiciones

propicias para lograr el control sobre los factores de impacto que; en el largo plazo,

determinarán la calidad y disponibilidad del recurso.

La cuenca del río Banano no es utilizada en la actualidad para el abastecimiento de

agua potable, aunque si lo fue durante el período comprendido entre 1982 y el terremoto de

abril de 1991. Sin embargo, tiene un gran potencial hidrológico que en el futuro podría

utilizarse como fuente alterna al sistema del río Bananito.

6 Dato tomado de Análisis del Proyecto de Nueva Toma en el río Bananito para el Acueducto de Limón. enero del 2001.

10

1.5.Aspectos generales de la cuenca del río Banano

1.5.1. Localización

La cuenca se encuentra definida por las siguientes coordenadas geográficas: 83º 15’

12’’ y 83º 03’ 45’’ Longitud Oeste y 09º 55’ 34’’ y 09º 47’ 40’’ Latitud Norte, hojas

topográficas Barbilla 3545 IV Edición 1963, Estrella 3545 II Edición 1968 y río Banano

3545 I Edición 1978, escala 1:50.000 del Mapa Básico de Costa Rica del Instituto

Geográfico Nacional. (Véase la fig. 4).

La cuenca se encuentra en la Vertiente Atlántica, al sur de la ciudad de Limón. Sus

nacientes se encuentran en la Fila de Matama, drenando sus aguas hacia el Mar Caribe. Los

límites de la cuenca son: al norte con la Fila Asunción (elevación media 500 m.s.n.m.), al

este con el río Aguas Zarcas, al sur con la Fila Matama (elevación media 1600 m.s.n.m.) y

al oeste con el río Zent. La cuenca presenta una densa red de drenajes, debido a las

condiciones climáticas y del relieve en el área. Entre los afluentes principales en el área

están los ríos Nuevo, Tercero, Segundo, Aguas Zarcas y otros.

1.5.2. Superficie y vías de comunicación

El área de la cuenca es de 215,5 km2. La cuenca es accesible desde la ciudad de

Limón por una carretera de dos vías transitable todo el año pasando por Westfalia, Beverly,

Filadelfia Sur, New Castle, La Bomba, para seguir luego por un camino de grava de una

sola vía, pasando por Quitaría hasta el río Aguas Zarcas. La distancia desde Limón hasta el

río Aguas Zarcas es de 23,75 kilómetros, y del río Aguas Zarcas hasta Asunción sigue una

trocha, únicamente para vehículos de doble tracción, transitable sólo en época seca, y tiene

una longitud de 6,25 kilómetros.

11

Fig. 4. Mapa de la cuenca del río Banano


12

1.5.3. Población

La cuenca tiene seis poblaciones de influencia: Asunción, Quitaría, La Bomba, New

Castle, Beverly y Filadelfia del distrito 1º Limón. Posee una población de 46.919

habitantes, según el Censo del 2002.

1.5.4. Aguas superficiales

La capacidad de captación en La Bomba es de aproximadamente 350 l/s. Esta

cantidad se envía mediante bombeo hasta la planta potabilizadora. En la actualidad no es

utilizada esta toma, pero A y A proyecta su rehabilitación.

La cobertura vegetal en esta cuenca es sumamente boscosa en la parte alta, pero

existe el inconveniente de la explotación maderera y agrícola en uno de sus principales

afluentes, el río Aguas Zarcas, lo que provoca alteraciones en el caudal y una turbiedad alta.

A esto se une la extracción de material del río, que genera variaciones aguas arriba. En la

época lluviosa se presenta el problema de que la turbiedad es considerablemente elevada.

En las crecidas ocurridas, la captación sufre problemas, hay que dragar y reconstruir la presa

de tierra, lo cual genera altos costos de reparación y mantenimiento. Sin embargo, desde

hace unos años, la calidad del agua de este río ha mejorado en forma estable, y es de mejor

tratabilidad que las aguas del río Bananito.

1.5.5. Características morfológicas

El Banano puede ser catalogado como un río con lecho de grava. Este tipo de río

tiene un comportamiento significativamente diferente a los que tienen lecho arenoso. Por

ejemplo, en ríos como el Bananito y Banano no se dan formas de lecho relevantes (dunas,

antidunas, etc.) y es muy común el acorazamiento del lecho. En el río Banano se observan

varios tramos con acorazamiento.

13

En este tipo de ríos se identifican 5 variables independientes que controlan la

morfología del cauce:

• caudal,

• carga de sedimento por el fondo,

• tamaño del material en el lecho,

• características del material en las márgenes,

• la pendiente del valle.

Cualquier variación natural o artificial de estas características produciría un

desequilibrio en la morfología del cauce. Esto genera un proceso de adaptación del río

hacia un nuevo estado de equilibrio.

Las cuencas hidrográficas poseen condiciones particulares que influyen en las

corrientes de los ríos. Estas condiciones de forma se conocen como “índices

morfométricos” y se utilizan para denotar las propiedades geométricas de la superficie

sólida de erosión fluvial. La tabla 2 indica los principales parámetros morfológicos de la

cuenca del río Banano.

Tabla 2. Parámetros morfológicos de la cuenca del río BananoÍndice Valores

Área 215,5 km2

Perímetro 88,32 kmÍndice de compacidad 1,69Elevación media 1015 m.s.n.mLongitud total de los cauces 94,31 kmLado mayor, rectángulo equivalente 38,57 kmLado menor, rectángulo equivalente 5,58 kmLongitud del cauce principal 27,19 kmPendiente media del cauce 7,35 %


14

1.5.6. Impactos sobre la cuenca provocados por el terremoto del 22

de abril de 1991

El terremoto produjo un comportamiento acelerado, y a mayor escala, de río aluvial.

Es importante indicar que debido al aporte del material y a los deslizamientos (42 millones

de m3), es posible observar, además, un comportamiento divagatorio de algunos afluentes

(donde la pendiente y otros factores lo permiten); tal es el caso de río Aguas Zarcas, aunque

no en la escala del cauce principal.

Después del evento, y debido a la gran cantidad de material removido y

transportado, el lecho acentuó su patrón de río trenzado.

1.6.Aspectos generales de la cuenca del río Bananito

1.6.1. Localización

Esta cuenca se localiza en la vertiente Atlántica, al suroeste de la ciudad de Limón.

El sitio de la toma de aguas de AyA, como se puede observar en la fig. 5, está a unos 300 m

aguas arriba del paso de la línea férrea que conduce al Valle de La Estrella sobre el río

Bananito, en Bananito Sur y su naciente en la Fila Matama, que orienta y drena la totalidad

de sus aguas al mar Caribe. Sus límites son los siguientes: al norte con la cuenca del río

Vizcaya, al este con la Fila Sikurbeta y el mar Caribe, al sur con la Fila Matama y al oeste

con la cuenca del río Banano.

15

Fig. 5. Mapa de la cuenca del río Bananito


16

1.6.2. Superficie y vías de comunicación

El área de la cuenca es de 122,09 km2. El acceso se debe realizar por Limón, y la

carretera cuenta con dos vías, las cuales están en buen estado hasta llegar al puente del río

Vizcaya; a partir de este punto la carretera a menudo se ve afectada por los desbordamientos

del río Bananito, al punto de dejar cerrado el acceso de la zona. Se pueden recorrer la

cuenca media y alta por medio de una carretera, que hasta la línea del tren es de asfalto. El

resto del recorrido se debe realizar por una calle de lastre.

1.6.3. Población

La mayoría de la población se encuentra concentrada en pequeños poblados, a lo

largo de las carreteras y caminos existentes.

La densidad de población es baja; está situada en las partes planas del curso medio e

inferior del río Bananito, Finca San Cecilio y Bananito Sur.

1.6.4. Aguas superficiales

Las aguas superficiales en la zona son abundantes, debido a las características

climatológicas de las mismas; sin embargo, algunas no reúnen las condiciones sanitarias

para su aprovechamiento.

El caudal que se extrae es de 350 l/s, bombeados a la planta potabilizadora existente

en la localidad de La Bomba. Esta es la fuente de agua que se usa en la actualidad, ya que

la del río Banano se ha dejado para casos de emergencia. El río Bananito presenta el

problema de gran arrastre de sedimentos, lo que atasca el tanque desarenador e imposibilita

la operación de las bombas.

17

1.6.5. Características morfológicas

El Bananito puede ser catalogado como un río con lecho de gravas que van de

medianas a gruesas, pero en algunos sectores de la cuenca baja se ve la presencia de

material arcilloso. Este río, a la vez, presenta gran cantidad de sedimentos en suspensión, lo

cual aumenta los valores de color y turbiedad.

En el Bananito se observan varios tramos con acorazamiento del lecho, característica

muy común en este tipo de ríos. Al igual que el río Banano, éste es controlado por las cinco

variables morfológicas antes mencionadas, las cuales rigen su equilibrio natural, y un

cambio en las mismas producirá un desbalance en el río; lo cual se evidencia en los

alrededores de la toma de aguas de AyA.

Como se mencionó antes, es necesario conocer las condiciones hidrográficas o

índices morfométricos como parte importante de la caracterización de la cuenca.

Tabla 3. Parámetros morfológicos de la cuenca del río BananitoÍndice Valores

Área 122.09 km2

Perímetro 55.96 kmÍndice de compacidad 1.42Elevación media 150 m.s.n.mLongitud total de los cauces 148.86 kmLado mayor, rectángulo equivalente 34.93 kmLado menor, rectángulo equivalente 3.41 kmLongitud del cauce principal 32 kmPendiente media del cauce 2.12 %


En la parte alta, entre los 1000 y 600 m de elevación, se tiene una pendiente

pronunciada que influye en la respuesta rápida del río. La distribución del 50% del área se

encuentra aproximadamente a los 150 m.s.n.m.

El río Bananito debe ser clasificado como inestable, producto del terremoto de

Telire. Dicha inestabilidad de los cauces se observa por los cambios de dirección que éstos

producen en la etapa posterior a cualquier creciente. Es importante mencionar que el río

18

Bananito posee ocho afluentes, lo que se refleja en la densidad de drenaje y el número de

orden. Por último, la pendiente media es llana, con tendencia suave.

1.6.6. Geomorfología

En la cuenca se presentan dos formaciones geomorfológicas, cada una de ellas con

dos unidades de diferentes orígenes: tectónico y erosivo. Las de origen erosivo están

conformadas por la unidad de la Cordillera de Talamanca, que se caracteriza por tener valles

profundos, con laderas de pendientes fuertes, cuya meteorización es muy profunda en todas

partes, lo que implica un suelo muy susceptible a la erosión.

La otra unidad que se presenta es de cerros y lomas, compuestos de pendientes

regulares, cuyos contornos son redondeados, orientados hacia el este, con pendientes

mayores al 30 % y susceptibles a erosión.

En dicha cuenca, de manera muy general, se pueden definir tres unidades

geomorfológicas básicas:

• Relieve abrupto.

• Relieve ondulado.

• Llanura de inundación.

Estas unidades geomorfológicas dan una idea de cómo varía la topografía de la zona.

La llanura de inundación juega un papel muy importante. Sin embargo, como cada río es

una unidad, se debe realizar un estudio integral para tener presente la dinámica que se

presenta en las zonas de mayor elevación (abrupta y ondulada), las cuales tienen una

influencia directa sobre la formación de las llanuras de inundación de las partes bajas. La

unidad de relieve abrupto abarca la parte más alta de la subcuenca del río Bananito.

La subcuenca del río Gobán se ubica a partir de los 300 m.s.n.m. hasta los 800

m.s.n.m.; en el río Bananito a partir de los 300 m.s.n.m. hasta aproximadamente los 700

m.s.n.m.; en el río Carbón de los 200 m.s.n.m. a los 500 m.s.n.m.; y en el río Burrico de los

200 m.s.n.m. hasta los 400 m.s.n.m.

19

Esta unidad se caracteriza por poseer las mayores pendientes de la zona (mayores al

60%) y el uso principal del suelo es bosque. En el área delimitada por esta zona, en la parte

más alta, se ubica la zona de recarga, y en su parte media las nacientes de los ríos.

La unidad de relieve ondulado abarca las partes medias de las subcuencas del río

Bananito. En el caso del río Bananito, esta unidad geomorfológica se ubica desde los 100

m.s.n.m. hasta los 250 m.s.n.m. Esta zona posee pendientes promedio del 30%, y se

caracteriza por el uso del suelo predominante de pastos y árboles, seguido de bosque y

algunos poblados.

La unidad de llanura de inundación se desarrolla en esta cuenca, en áreas localizadas

por debajo de los 150 m.s.n.m. La pendiente promedio de la cuenca es de aproximadamente

10 %, lo que ha influido a que en esta parte se desarrolle la mayor actividad humana. Por

tal razón aquí se localizan los poblados, las actividades agrícolas (cultivos de subsistencia y

cultivos permanentes) y la infraestructura.

1.6.7. Impactos sobre la cuenca provocados por el terremoto del 22

de abril de 1991

• Cuencas y subcuencas del río Bananito

A raíz del impacto y de los efectos secundarios del terremoto ocurrido el 22 de abril

de 1991, el área que se vio afectada correspondió principalmente a las laderas que se ubican

en el piedemonte de la Fila Matama, específicamente en las secciones superiores de la

subcuencas de los ríos Gobán y Bananito; mientras que en las otras áreas de drenaje también

se presentan desequilibrios en sus vertientes, pero en menor cantidad y magnitud.

Debe considerarse que en la actualidad existe una gran cantidad de material que se

está desplazando, principalmente porque su base la constituye el sustrato rocoso original

con buzamiento hacia el río y, a la vez, porque es drenada por una pequeña quebrada.

Evidencias de estos procesos se pueden observar en algunas márgenes del río

Gobán, específicamente en aquellos sectores donde el material arrastrado se fue depositando

en forma de una pequeño abanico aluvial.

20

Para el caso de la subcuenca superior del río Bananito, las condiciones son similares

a lo descrito anteriormente, aunque la magnitud y la distribución de los deslizamientos por

unidad de área son menores que las que presenta la subcuenca del río Gobán. Debe tomarse

en cuenta que la concentración de los deslizamientos principales se localiza en las nacientes

de dicho río, específicamente en los sectores donde las pendientes son más fuertes y los

valles de los cauces muy angostos y profundos.

Por otro lado, las áreas de las subcuencas superiores denominadas Quebrada

Bananito y río Burrico, aunque poseen un relieve bastante abrupto, presentan cantidades y

magnitudes mínimas en cuanto a la presencia de deslizamientos. Algunos de ellos son

evidentes en las laderas de la Fila Tigre y de la Fila Carbón.

• Impactos aguas abajo

El deterioro observado en los cauces corresponde al patrón observado en las otras

cuencas. No obstante, es evidente que en la cuenca del río Bananito los daños más serios se

localizan en la subcuenca del río Gobán. En este cauce se observaron evidencias de arrastre

de sedimentos de la formación y ruptura de represamientos, y modificación de los patrones

morfofluviales.

Los materiales depositados en los bancos de sedimentos, hasta la elevación 150

m.s.n.m., no presentan problemas de turbidez, por tratarse de arena, roca firme o piedra

meteorizada.

Podrían presentarse turbiedades altas, si las masas de suelo depositadas en el

deslizamiento ubicado a una elevación de 150 m.s.n.m. se activaran, o las masas de lodo del

embalse producido por el mismo fueran desestabilizadas por crecidas extremas.

En la sección baja de la cuenca se producen inundaciones, que muchas veces llegan

a afectar al sector de la población de Bananito Sur, cerca de la línea el ferrocarril.

21

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

MORFOLOGÍA FLUVIAL

2. Aspectos básicos de la morfología fluvial

2.1. Definición de morfología fluvial

Es la aplicación de las leyes de la física y el resultado experimental para describir los

procesos de erosión, transporte y deposición asociados a la formación y evolución de un río.

2.2. Morfología fluvial

Con la morfología fluvial se pretende proporcionar un conocimiento de las

características físicas de los ríos que son de utilidad para el diseño de obras en ellos.

Los ríos tienen un régimen hidrológico determinado por las características de la

cuenca y las precipitaciones (lluvia). En el caso de los ríos de clima tropical, este régimen

está muy marcado por la estacionalidad; es decir, que cada año se puede esperar un largo

período de caudales altos, por efecto de los meses de lluvia, y otro período de época seca, en

el que se mantendrá un caudal base, el cual va a ser controlado por las aguas subterráneas.

A este respecto se dividen los ríos en dos tipos, los efímeros o intermitentes, que

son aquellos que solo llevan agua en períodos de fuertes precipitaciones, manteniéndose

secos el resto del tiempo y los ríos permanentes, que son los que mantienen un caudal base

en época de estiaje, que discurren por diversidad de materiales, dependiendo de la geología

del cauce. El lecho de estos ríos es muy variable, desde roca compacta hasta materiales

granulares prácticamente sueltos. Asimismo, es muy común que los materiales aluviales

ocupen mucha más extensión horizontal que la del cauce actual, formando unas llanuras

ocasionalmente inundables, llamadas “llanuras de inundación”.

La pendiente de un río es el parámetro que establece la diferencia más importante en

cuanto al régimen hidráulico. Se llaman ríos torrenciales aquellos que tienen una pendiente

22

mayor del 1,5% y torrentes en los cursos de agua con pendiente mayor al 6 %. Se usan

mucho los términos “río de montaña” y “río de llanura” para aludir a este contexto. Sin

embargo, adoptaremos la clasificación por pendiente que proponen Montgomery y

Buffington (1997), la cual se puede observar en la tabla 4.

Tabla 4. Clasificación de ríos por pendienteGradiente

(decimales)Tipo río Tipo

sedimentoFuente

sedimentoAlmacenamiento

sedimento0.08 - 0.20 Cascada Bolones Fluvial,

deslizamientos, flujo detritos

Alrededor de obstrucciones

0.04 - 0.08 Grada-poza

Bolones Fluvial, deslizamientos,

flujo detritos

Formas de fondo

0.02 - 0.04 Fondo plano, pozas

forzadas

Grava y cantos

rodados

Fluvial, falla márgenes,

flujo detritos

Planicie de inundación

< 0.01 Poza – rápido

Grava Fluvial, falla márgenes

Planicie de inundación,

formas de fondo< 0.001 Dunas y

rizosArena Fluvial, falla

márgenes, formas de

fondo

Planicie de inundación

Fuente: Montgomery – Buffington (1997)

También, según la composición del material aluvial, se diferencia entre ríos de grava

y ríos de arena. El papel geológico de un río es, a grandes rasgos, la erosión en la parte alta

de la cuenca donde la pendiente es mayor y el material del cauce más grueso, el transporte

es de material en el tramo medio y la sedimentación en el tramo bajo, donde la pendiente es

menor y el material del cauce más fino. Esto da un perfil longitudinal típicamente cóncavo

y una distribución del tamaño del material granular menguante en la dirección aguas abajo.

23

2.2.1. Formas en planta

En la naturaleza es muy raro encontrar cauces rectos y regulares; por tal razón se

adoptan dos morfologías fluviales típicas en planta. La primera es el cauce trenzado, el cual

es muy ancho, compuesto por una multiplicidad de cauces menores entrelazados o

trenzados, que dejan islas (sumergibles) entre sí al unirse y separarse. Son cauces

inestables, ya que una crecida puede cambiarlos considerablemente. Por esta razón se les da

el nombre de divagantes, ya que un brazo principal puede encontrarse tan pronto en un lugar

como en otro. Su presencia se asocia a una gran capacidad de arrastre sólido. Una corriente

muy cargada de sedimentos es muy propensa a formar un cauce trenzado. Es muy común

encontrar este tipo de formas en cauces de montaña con pendiente alta y sedimento grueso;

también en las llamadas áreas de piedemonte, donde los ríos abandonan sus cursos de

montaña perdiendo pendiente y depositando su carga sólida. (Véase la fig. 6).

Fig. 6: Planta y sección de un cauce trenzado

Fuente: Martín (2001), página 27.

La segunda morfología típica es la de un cauce sinuoso o con meandros. El cauce es

único pero forma curvas. La ondulación en planta se acompaña de una asimetría en las

secciones transversales, ya que el calado es mayor junto a la orilla cóncava o exterior y

menor junto a la orilla convexa o interior. En la orilla interior se depositan materiales que

emergen en forma de playas, llamadas “barras alternadas”. (Véase la fig. 7). Los meandros

son una morfología dinámica en el sentido de que presentan una evolución. Esta evolución

24

es la combinación de dos movimientos: una progresión o desplazamiento aguas abajo y una

profundización a costa de las orillas, en dirección perpendicular a la anterior.

Fig. 7. Cauce meandriforme: morfología (planta y secciones transversales vistas en el sentido de la

corriente) y evolución ideal (derecha)

Fuente: : Martín (2001) página 28.

El ritmo de la evolución de los meandros depende de la resistencia de las orillas a la

erosión. Los meandros pueden ser regulares o irregulares, es decir “deformados”, debido a

la heterogeneidad en las orillas. (Véase la fig. 8). También pueden ser simples si solo

presentan una frecuencia o longitud de onda dominante, o bien compuestos, con más de una

frecuencia dominante. El punto final de evolución “libre” de un meandro es su

estrangulamiento. (Véase la fig. 9).

Fig. 8 Meandros regulares, irregulares, simples y compuestos


25

Fig. 9. Estrangulamiento o corte natural de un meandro y formación de lagos


2.2.2. Geometría hidráulica de un río

El problema de predecir o deducir la geometría de un río ha ocupado a muchos

investigadores en geomorfología. Se cuenta con observaciones relativamente sencillas

acerca de las características geométricas de los ríos que sugieren relaciones empíricas entre

ellas. La primera relación empírica de interés es en qué condiciones un río forma un cauce

trenzado o un cauce único meandriforme. La relación s * Q 0.44 = 0.0116 (ec. 1), donde s es

la pendiente y Q el caudal medio (m3/s), establece una frontera entre una y otra morfología.

Si la relación es mayor a 0.0116, el río es trenzado y, en caso contrario, meandriforme.

Muchos ríos son trenzados y sinuosos al mismo tiempo, y esto hace más difusa su

clasificación. Es frecuente que un río sea trenzado en su tramo alto y luego pase a ser

meandriforme aguas abajo, donde la pendiente es menor aunque el caudal es mayor.

La sinuosidad es otro parámetro geométrico de un río meandriforme, la cual es el

cociente de la longitud a lo largo del valle y la longitud de onda λ. La geometría en planta

de un meandro regular y simple se pueden describir mediante la ecuación θ= θ0 sen (2π s/l)

(ec. 2), donde θ es el ángulo del eje con la dirección del valle y s es la coordenada arco.

(Véase la fig. 10). Con esta relación se pueden dibujar meandros en cualquier grado de

evolución, incluso al límite de su estrangulamiento.

26

Fig. 10. Parámetros de una planta sinuosa. (λ = longitud de onda, a = amplitud, Q= caudal, B= anchura

del cauce en la superficie libre, s = sinuosidad, l = longitud del valle)

Fuente: : Martín (2001) página 29

Al examinar las dimensiones de las secciones transversales de los ríos, se ha

encontrado que la anchura B es proporcional a la raíz cuadrada del caudal. Esta relación

indica que un río cuatro veces más caudaloso que otro tendrá una anchura aproximadamente

del doble. Es un hecho en el movimiento del agua en lámina libre que la velocidad media es

mayor cuanto mayor es el tamaño de la sección. Es decir, un río más caudaloso dará un

cauce más ancho y profundo pero es aun más ancho, en proporción a su profundidad, que un

río menos caudaloso.

Otra relación empírica indica que el cociente B/y es mayor cuanto menor es el

contenido de material fino en el cauce; es decir, con material más grueso se tienen cauces

más anchos si se conservan las restantes condiciones. El mismo efecto de aumentar B/y

ocurre cuanto mayor es el transporte sólido del río (el tamaño del material aluvial y el

caudal de dicho material transportado tienen el mismo efecto morfológico en la sección

transversal). Otra consecuencia observada del aumento del transporte sólido es la

disminución de la sinuosidad; es decir, el cauce se hace más recto. Al seguir con este

razonamiento de un aumento del transporte sólido o de su tamaño característico, la sección

puede hacerse tan ancha y tan somera, y la planta del cauce tan poco curva, que el río pasa

de hecho de ser meandriforme a trenzado. Esto puede ocurrir cuando se producen

aportaciones grandes de material, procedente, por ejemplo, de las orillas.

27

2.2.3. Morfología de las llanuras de inundación

Las llanuras de inundación son las áreas próximas al cauce principal del río que

resultan ocasionalmente inundadas. El caso más característico son los ríos de poca

pendiente con morfología meandriforme (ríos aluviales de llanura). La llanura de

inundación es un terreno muy llano, pero con distintas formaciones. En un corte

transversal puede aparecer plano, ligeramente cóncavo o ligeramente convexo (Véase la

fig. 11). En este último caso se presenta cuando las orillas del cauce principal son más altas

que el terreno circundante, formando cordones (diques, albardones naturales). Los ríos con

esta propiedad se llaman “ríos colgados”. Otra formación asociada es la depresión o cubeta,

que está en los lugares más hondos de la llanura, donde se pueden acumular restos de cauces

abandonados o extintos o meandros cortados, dando así una multiplicidad de lugares altos y

depresiones. Algunos de estos cauces pueden ser activos; es decir, con un transporte de

agua cuando se ocupa la llanura, y en ocasiones llamados “cauces de alta”.

Fig. 11. Cauce colgado de dos albardones o diques

Fuente: Martín (2001) página 35

Los suelos de la llanura son muy variados, debido al modo en que se han depositado

los sedimentos. Existen, en primer lugar, los depósitos de material muy fino (arcilla) en los

lugares de menor velocidad, lejos del cauce principal. En las llanuras el proceso dominante

es la sedimentación; la cota de la llanura tiende a crecer y esta clase de crecimiento se llama

“acreción vertical”. Una avenida puede dejar un buen grosor de material fino sobre la

llanura. En segundo lugar, existen los depósitos de interiores de las curvas. Al depender de

la longitud y anchura del corredor fluvial, estos depósitos pueden ocupar grandes

extensiones. Por tal razón, en el fondo se encuentran materiales más gruesos y más finos

hacia la superficie, de acuerdo con su formación.

28

2.3. Degradación o erosión

Se entiende por “erosión” el proceso de desagregación y remoción de partículas del

suelo o de fragmentos y partículas de rocas, por la acción combinada de la gravedad con el

agua, viento, hielo y organismos (plantas y animales). La intensidad con que se presenta

depende de una serie de factores, básicamente regulados por la geología y el clima de la

región.

El estudio de la erosión exige el manejo de escalas espaciales y temporales muy

dispares. En el primer caso, la variación espacial puede abarcar desde lo continental hasta

lo microscópico, incluyendo todas las posibilidades intermedias. En cuanto a la escala

temporal, los episodios en que se manifiesta la erosión pueden ser de muy corta duración

como una tormenta; otros duran decenas o centenares de años (erosión por incisión de una

red fluvial) e incluso millones de años (arrasamiento de una cordillera).

Al tener en cuenta la amplitud de escenarios que puede abarcar el proceso de

erosión, se hace obligatorio definir cuáles son los factores que tendrán más peso dentro del

fenómeno estudiado.

En general, los procesos de erosión pueden agruparse en siete categorías: erosión

eólica, erosión fluvial, erosión marina y litoral, erosión glaciar, erosión periglaciar y erosión

kárstica. Para efectos de este estudio nos abocaremos en la erosión fluvial, en la que el

agente erosivo que produce el desprendimiento y arrastre de las partículas es el agua. Este

proceso consta de tres etapas.

• Desprendimiento: provocado por el impacto de las gotas. Las partículas finas se

mantienen en suspensión y las gruesas en rodamiento. La dispersión de los granos

sella los poros superficiales, lo que disminuye la capacidad de infiltración.

• Arrastre y transporte: se da cuando el agua no se infiltra en el suelo y se produce un

escurrimiento superficial. La capacidad erosiva de este último está determinada por

la cantidad, intensidad y distribución de las gotas.

• Deposición y sedimentación: ocurre cuando el flujo disminuye y las partículas en

suspensión se sedimentan en la superficie. El tamaño de las partículas tiene un papel

importante para la definición de la velocidad de sedimentación.

29

Los factores que intervienen en este tipo de erosión y que regulan las etapas antes

descritas, se esquematizan a continuación:

2.3.1. Factores que se deben tomar en cuenta en el estudio de la erosión

2.3.1.1. Propiedades físicas del terreno

Las propiedades físicas del suelo, principalmente textura, estructura, permeabilidad

y densidad, y las características químicas, biológicas y mineralógicas, ejercen diferentes

consecuencias en la erosión, al otorgar mayor o menor resistencia a la acción de las aguas.

La textura del suelo es la proporción relativa de sus diferentes componentes

minerales, los que se dividen en arenas, limos y arcillas.

2.3.1.2. Vegetación

La cobertura vegetal es la defensa natural de un terreno contra la erosión. Entre los

principales efectos de la cobertura vegetal se destacan los siguientes:

• Protección contra el impacto directo de gotas de lluvia.

• Dispersión y amortiguamiento de la energía de las aguas de escurrimiento

superficial.

• Aumento de la infiltración por la producción de poros en el suelo por acción de las

raíces.

30

Capacidad de absorción de agua del terreno

Propiedades físicas del terreno

Vegetación

Características de las lluvias

Pendiente y superficie del terrenoe

Fuerzas

Fuerzas

Erosiónfluvial

• Aumento de la capacidad de retención de agua por la estructuración del suelo,

debido al efecto de la producción e incorporación de materia orgánica.

La influencia de la cobertura vegetal, en la determinación de las pérdidas de suelo

por erosión laminar en áreas cultivadas, es definida por los factores “Uso y manejo del

suelo” y “Práctica conservacionista”. El factor “uso y manejo del suelo” es la relación

esperada entre las pérdidas del suelo de un terreno cultivado en determinadas condiciones y

las pérdidas correspondientes de un terreno mantenido continuamente descubierto. Por otro

lado, el factor “práctica conservacionista” es la relación entre la intensidad esperada de

pérdidas de suelo por erosión con determinada práctica y aquellas cuando el cultivo está

plantado en el sentido de inclinación. Se determinaron, a partir de datos experimentales,

valores de pérdidas de suelo por erosión en función de los diferentes factores “uso y manejo

del suelo” y “práctica conservacionista”.

2.3.1.3. Características de las lluvias

El agua de lluvia provoca la degradación del suelo por el impacto de las gotas sobre

su superficie, cayendo con velocidad y energía variables, y a través del escurrimiento del

torrente. Su acción erosiva depende de su acción pluviométrica, más o menos regular, en el

tiempo y en el espacio, y de su intensidad. Lluvias torrenciales o chaparrones intensos

constituyen la forma más agresiva de impacto del agua en el suelo. Durante esos eventos la

aceleración de la erosión es máxima.

El índice que expresa la capacidad de la lluvia de provocar erosión es conocida

como “erosividad”. Cuando los otros factores que provocan la pérdida del suelo por erosión

son mantenidos constantes, la erosividad es proporcional al producto de la energía cinética

total de las gotas de lluvia, y su intensidad máxima en treinta minutos. Ese producto,

obtenido experimentalmente, es considerado la mejor relación encontrada para medir la

potencialidad erosiva de la lluvia o erosividad.

31

2.3.1.4. Pendiente y superficie del terreno

La influencia de la topografía de terreno en la intensidad erosiva se verifica

principalmente por la inclinación y largo de la pendiente. Estos factores intervienen

directamente en la velocidad de los torrentes.

Las pérdidas de suelo por erosión laminar por influencia de la inclinación y largo de

la pendiente fueron determinadas por Bertoni (1959). Este autor determinó una ecuación

que permite calcular las pérdidas medias de suelo (LS) para los varios grados de inclinación

y largo de rampa:

18,163,00098,0 ⋅⋅⋅⋅= SLLS (ec. 3)

donde:

LS = Factor topográfico.

L = Largo de la pendiente en metros.

S = Grado de inclinación en porcentaje.

2.3.2. Efectos de la erosión

En el caso específico de la erosión hídrica, los efectos se pueden dividir en cuatro

categorías, que básicamente dependen de la intensidad del fenómeno:

2.3.2.1. Erosión laminar

La erosión laminar es una de las formas más comunes en las áreas de recepción, y

consiste en la remoción de delgadas capas del suelo extendido, más o menos uniformes, por

toda la superficie del área citada. Resulta de la disgregación de los elementos terrosos por

el impacto de las gotas y por la acción del escurrido. La formación de un flujo superficial

homogéneo en el espacio transportará las partículas previamente disgregadas y susceptibles

de ser arrastradas o puestas en suspensión. Así, el conjunto agua-tierra fluye a lo largo de

las pendientes como una lámina, y el suelo se va degradando por capas sucesivas.

32

La erosión laminar es muy perniciosa, ya que es la principal causa de grandes

aportes de sedimentos a los cursos de agua. La existencia de este tipo de erosión no es fácil

de determinar, pues permanece a veces totalmente oculta. Generalmente tiene ocurrencia en

suelos desprovistos de vegetación, donde las aguas se evidencian lodosas, y son más

propicias las áreas de terrenos con suelo superficial que descansa sobre subsuelo

impermeable, y en todos aquellos suelos de poca cohesión y de escaso contenido de materia

orgánica.

Para el estudio de la erosión por escurrimiento difuso; es decir, erosión laminar, se

desarrolló la ecuación universal de pérdidas de suelo, expresada por la relación:

PCSLKRA ⋅⋅⋅⋅⋅= (ec. 4)

donde:

A= Índice que representa la pérdida de suelo por unidad de área.

R= Índice de erosión producido por lluvia.

K= Índice de erosividad del suelo.

L= Índice relativo al largo de la ladera.

S= Índice relativo de la inclinación de la ladera.

C= Índice relativo al factor uso y manejo de suelo.

P= Índice relativo a la práctica conservacionista adoptada.

La determinación de los valores de pérdida de suelo provocados por la erosión

laminar, representados en toneladas/ha, se realiza a partir del cálculo de los índices de cada

componente de la ecuación a través de fórmulas empíricas.

Este cálculo es tanto más preciso cuanto menor sea la parcela de área estudiada,

considerando las variaciones espaciales normalmente observadas en los terrenos en relación

con los factores analizados.

33

2.3.2.2. Erosión por trenzada

En este caso, la lámina de agua no suele discurrir mucha distancia, ya que lo normal

es que se concentre en pequeñas depresiones e irregularidades formando pequeños hilillos

de corriente. Los efectos de este tipo de erosión sobre la superficie son similares a los

producidos por la erosión laminar.

2.3.2.3. Erosión en regueros o surcos

Los hilillos de corriente de trayectoria cambiante se van concentrando a favor de

líneas de máxima pendiente, debido al efecto de irregularidades y desniveles en la

superficie, así como por la presencia de obstáculos. Estas concentraciones de flujo generan

un aumento en la velocidad del agua y, por ende, del poder erosivo. En el terreno se

observan pequeñas incisiones longitudinales de hasta 30 cm de profundidad con forma de U

o de V.

2.3.2.4. Erosión en cárcavas o barrancos

Si los surcos persisten, estos irán progresando en profundidad y anchura, pudiendo

generar incisiones de varios metros. La presencia de estas cárcavas en el terreno indica un

estado avanzado de erosión.

2.4. Transporte de sedimentos

Una cuenca hidrográfica, en condición natural y abierta, funciona como un sistema

delimitado por una divisoria de aguas que divide la precipitación sobre cuencas adyacentes;

por lo tanto, esa precipitación puede considerarse como la principal alimentación de la

cuenca fluvial.

34

La red de drenaje, con sus cauces naturales labrados durante siglos, origina la

formación de escurrimiento fluvial, tanto liquido como sólido. Las características del agua

y su recorrido, desde el nacimiento de la corriente, están relacionados con múltiples causas

y factores determinantes, hasta que el río llega al final de su recorrido.

La erosión producida por la energía del agua, que arranca anualmente una cantidad

de toneladas de suelo considerable y es acarreada aguas abajo, que puede ser un elemento

dañino para las obras civiles existentes en la parte baja de la cuenca. El hombre no puede,

materialmente, evitar los procesos de erosión natural, pero sí puede reducirlos,

considerablemente con sus actividades antierosivas y, además, no crear condiciones para

nuevas formas erosivas.

El transporte del material es la función fundamental de las aguas corrientes. Los

materiales que llevan en suspensión junto con los que van por el fondo, constituyen la carga

o caudal sólido. La competencia de un río es la capacidad para movilizar y desplazar

partículas, también conocida como “capacidad de arrastre”. El transporte de sedimentos por

la corriente se acostumbra dividir en “sedimentos en suspensión” y en “sedimentos de

arrastre (de fondo o acarreo)”; pero también existe un tercer estado de los sedimentos,

denominado “saltación”, que constituye una transición entre los dos primeros.

Depende de la velocidad del flujo y la rugosidad; a mayor velocidad y rugosidad

mayor turbulencia y a mayor turbulencia más capacidad de arrastre, por lo que si la

velocidad del flujo disminuye, lo hace también la capacidad de arrastre, hasta llegar a ser

negativa y depositar la carga. La capacidad se mide por la masa total que la carga de la

corriente puede transportar por unidad de tiempo. Lo anterior depende de la velocidad, el

caudal y el calibre de las partículas.

Las fuerzas que intervienen en el desplazamiento de la carga son: la gravedad, fuerza

de atracción de la corriente, turbulencia y las fuerzas ascendentes helicoidales. La distancia

y la velocidad a la que se desplazan los fragmentos dependen de su calibre. Los fragmentos

más gruesos son arrastrados sobre el fondo del lecho menor por deslizamiento y rodamiento.

Cuanto más grandes, necesitan un aumento del caudal mayor para ponerse en movimiento.

Las partículas coloidales y los limos se mantienen dentro del flujo en suspensión; son los

que causan turbidez por partículas en el agua.

35

Las gravas avanzan por saltación tras ser elevadas del fondo por fuerzas

helicoidales. Cuando se desplazan en conjunto volúmenes importantes de material

heterogéneo, decimos que es un movimiento en masa. Esta modalidad es propia de los

episodios torrenciales y las grandes crecidas.

Las expuestas son formas de transporte mecánico, pero también existen formas de

transporte químico. También forman parte de la carga las sustancias en disolución, y en

ocasiones constituyen un porcentaje muy alto de ella. Las sustancias en disolución

proceden de los aportes de las rocas de las cuencas y de las rocas y fragmentos que forman

el propio lecho. Los iones en disolución forman parte de la molécula de agua y se desplazan

con ella. Esta carga no se deposita a no ser que exista un cambio brusco de presión y

temperatura.

La actividad de estos procesos está controlada por la competencia del flujo, que en

un mismo río depende del caudal de cada momento. Es en las crecidas cuando la labor

erosiva es mayor, mientras que el resto del tiempo solo transporta las partículas más

pequeñas.

Parte de la energía desarrollada por el flujo de agua no se emplea en el transporte de

la carga, sino en su modelado; es decir, se consumen en los golpes entre los fragmentos y en

la disolución de la roca. Esta es la causa de que los fragmentos de los ríos presenten formas

redondeadas y brillantes, y de que aguas abajo el calibre de los fragmentos sea cada vez

menor.

La producción de sedimentos Ws, expresada en toneladas anuales, es el

escurrimiento sólido (Ro) que transporta el río durante un año dado, al tener en cuenta el

peso volumétrico de las partículas de tierra (β) expresado en k/m3, que varía de 0,5 a 1.0

aproximadamente, según experiencias de laboratorio:

β31536⋅= RoWs (ec. 5)

El escurrimiento sólido (Ro), en kg/s, se obtiene a partir del producto de la turbidez

media (ρmed) y el escurrimiento líquido del río (Qo), en m3/s:

QomedRo ⋅⋅= ρ001,0 (ec. 6)

36

Y por último, la degradación específica o módulo específico del escurrimiento sólido

(Ms), expresado en t/ha, es la capacidad de sedimentos que aporta cada ha de superficie de

la cuenca durante un año, donde A es la superficie de la cuenca hidrográfica expresada en

km2:

A

RoMs 36,315⋅= (ec. 7)

2.4.1. Producción de sedimentos

El agua de los ríos siempre contiene determinada cantidad de partículas sólidas y

sustancias disueltas. La suma total de estos productos, acarreados por la corriente durante

determinado tiempo, por ejemplo, un año, se denomina “caudal sólido”. Las partículas

sólidas en la corriente son los azolves o sedimentos, y están constituidas por granos

minerales de distintos diámetros, y en su composición también se encuentran sustancias

orgánicas.

La formación de sedimentos es una forma de contaminación de los sistemas hídricos

terrestres, que se manifiesta como una componente física por la pérdida de la capa arable del

suelo y la degradación de la tierra a consecuencia de la erosión laminar, que da lugar a

niveles excesivos de turbidez en las aguas receptoras y a repercusiones ecológicas y físicas.

El cálculo de la capacidad de transporte de sedimentos de una corriente fluvial

podría efectuarse aproximadamente por la fórmula7:

mUhVSt

324 ⋅= (g/m3) (ec. 8)

donde:

St = capacidad de transporte de sedimentos, (g/m3).

U = tamaño de la partícula (m/s); se refiere a la velocidad de precipitación de la partícula

hacia el fondo.

V = velocidad media de la corriente (m/s).

hm = profundidad media de la corriente (m).

7Fuente: Batista (2004)

37

El aporte de sedimentos es siempre inferior a la erosión total, debido a la

acumulación de sedimentos durante el transporte, y es muy variable como consecuencia de

las dificultades de cuantificación, la variabilidad temporal de los procesos hidrológicos y los

cambios en las prácticas de ordenación de las tierras de la cuenca de un año a otro.

2.4.2. Impacto de condiciones naturales y antrópicas en acumulación de

sedimentos en la desembocadura de los ríos

En el proceso de formación de sedimentos intervienen diversos elementos que

pueden producir, aumentar o reducir la cantidad de sedimentos en suspensión y acarreo

transportados por las corrientes. La acción de esos elementos se desarrolla en forma

individual o combinada. Los siguientes factores de influencia deben tenerse muy en cuenta

en el diseño de la investigación y la posible aplicación de medidas para reducir la

sedimentación en la cuenca fluvial: suelos, relieve, intensidad y cantidad de precipitaciones,

escurrimiento fluvial, vegetación, erosión, usos de la tierra (control de erosión,

reforestación, agricultura, desarrollo hidráulico y urbanización).

De todos los factores señalados, el uso de la tierra es uno de los más importantes.

Las áreas de cuencas boscosas y cubiertas con espesa vegetación prácticamente no

producirán sedimentos, ante la ocurrencia de intensas precipitaciones, excepto en zonas

donde los aludes sean empinados, ya que la precipitación produciría deslizamientos masivos

con volúmenes muy altos.

2.4.3. Transporte de sedimentos en ríos de montaña

Los cauces de montaña se diferencian ampliamente de los cauces aluviales. Estas

diferencias hacen referencia a condiciones topográficas como morfológicas y geológicas, las

cuales hacen que la hidráulica y el transporte de sedimentos en este tipo de corrientes tengan

características diferentes.

38

Dentro de las características topográficas se encuentra la pendiente, que para cauces

de montaña es superior al 0,1%, lo cual hace que los números de Froude sean cercanos y

superiores a 1(condición casi crítica).

En lo que hace referencia al aspecto geológico, los materiales de fondo corresponden

a granulometrías gruesas, típicas de lechos compuestos por cantos y gravas, lo que influye

significativamente en la resistencia del flujo en a la capacidad de transporte de material.

Para evaluar la hidráulica de los ríos de montaña es esencial determinar la resistencia

al flujo, la cual es una función de muchas variables que involucran la geometría del canal,

estado del cauce, tamaño y características de los materiales del lecho.

En comparación con los cauces de las regiones planas, el transporte de sedimentos

en los ríos de montaña posee características que lo distingue. Este tiene lugar en un

ambiente hidráulico de pendientes empinadas y sumergencias relativas bajas. Debido a la

amplia distribución de tamaños del material del lecho, ocurre el transporte parcial para la

mayoría de las condiciones del flujo, con la particularidad de que solo condiciones de flujo

extremas tienen la capacidad de movilizar el material grueso, generando así el transporte de

partículas en forma pulsar.

2.4.4. Resistencia al flujo en ríos de montaña

La aproximación teórica de la resistencia al flujo fue sugerida por la derivación de

las leyes de resistencia para capas límite y su satisfactoria aplicación al flujo de tuberías. En

el flujo en canales, la fricción en el límite crea una capa de corte, la cual tiene mucha

similitud con la capa límite, por lo cual las ecuaciones para determinar la resistencia al flujo

tienden a estar basadas en esta teoría.

El concepto fundamental de la teoría es que la velocidad media del flujo puede ser

calculada a partir de la forma del perfil de velocidad, el cual puede cuantificarse como una

función de varios factores de resistencia.

39

2.4.4.1. Formas de resistencia

La resistencia al flujo en canales puede ser clasificada o subdividida:

• Resistencia de superficie: la resistencia de superficie es producida por la rugosidad

de la superficie del lecho y por la vegetación, y depende de la profundidad del flujo

relativo a la altura del elemento rugoso.

• Resistencia de forma o distorsión interna: es la resistencia causada por las

características del canal como curvas, piedras individuales, formas del lecho

(ondulaciones) y protuberancias de las márgenes, que producen remolinos o flujos

secundarios.

• Resistencia de derrame: está asociada con el flujo gradualmente variado y las

pérdidas de energía, debido a aceleraciones y desaceleraciones dentro del flujo; la

resistencia de derrame ocurre localmente en sitios particulares del canal bajo ciertas

circunstancias y son de poco interés.

En los canales con lecho de arena, la resistencia al flujo depende más de la

resistencia de forma, debido a la presencia de formas de lecho, tales como dunas, antidunas,

ondas o variaciones de estas. (Véase la fig. 12). Esta es la razón por la que, con frecuencia,

a este tipo de canal se le denomina “lecho móvil”.

40

Fig. 12. Formas de lecho en canales de fondo móvil

Fuente: Vargas (1992) página 17.

Para canales con lecho de grava o material grueso, la fricción de superficie es el

factor predominante en la resistencia al flujo, por la presencia de elementos rugosos de

mayor tamaño y porque las formas de lecho cambiante son raras. A este tipo de canal se le

conoce como “fondo fijo”.

2.4.4.2. Coeficiente de resistencia en ríos de montaña

Estimar la velocidad del agua en un canal natural ha sido durante mucho tiempo uno

de los mayores problemas en el campo de la hidráulica, para cuya solución han sido

desarrolladas diferentes fórmulas, en las cuales los procesos de resistencia son representados

por un coeficiente cuya estimación es la primera dificultad.

Por ejemplo, la n de Manning en la fórmula:

2/13/21 SRn

v ⋅⋅= (ec. 9)

o la forma de Darcy aplicada a canales:

41

Ondulaciones típicas Lecho plano

Antidunas produciendo olasDunas con ondulaciones superpuestas

Antidunas rompiendo olasDunas

( ) 2/12/18 f

nSRgv ⋅⋅⋅⋅= (ec. 10)

donde v es la velocidad media; R el radio hidráulico; S la pendiente de la línea de energía; g

la aceleración de la gravedad. Al igualar las dos fórmulas anteriores obtenemos una

relación entre ambos coeficientes:

( ) 2/1

2/16/1

8 gfRn

⋅⋅= (ec. 11)

En ríos aluviales, caracterizados por pendientes bajas y con lechos formados por

sedimentos finos, la estimación de los coeficientes de rugosidad ha sido investigada en

detalle, considerando inclusive, el efecto de arrastre de sedimentos (Van Rijn, 1982). En

contraste, la determinación de la rugosidad y la velocidad del flujo en ríos con camas de

grava o de materiales aún más gruesos resultan especialmente complejas, y han recibido

comparativamente menos atención que el caso precedente.

En Costa Rica, la topografía montañosa ocasiona que los ríos discurran en gran parte

por zonas de altas pendientes y con camas de materiales de granulometría gruesa, por lo que

se les puede denominar “ríos de montaña”: aquellos en los que la pendiente del lecho es

mayor al 0,2%, la profundidad es baja en relación con el ancho, y poseen elementos rugosos

de gran tamaño que en muchas ocasiones sobresalen de la superficie.

2.4.4.3. Resistencia en ríos de montaña

Según Brey (1982), hay dos maneras de analizar la resistencia al flujo en un canal

natural:

• Considerando el canal prismático, con propiedades geométricas e hidráulicas

promedio, caso en que el flujo se supone unidimensional (o bidimensional),

uniforme o permanente.

• Tomando en cuenta la turbulencia de fluido y las características del flujo en detalle,

propias de un comportamiento tridimensional, procedimiento restringido a estudios

de laboratorio.

42

Por la complejidad del flujo en el tipo de ríos mencionado, la primera consideración

es usualmente la adoptada, suposición que conlleva ciertas desventajas que serán

comentadas más adelante.

En cuanto a los procesos de resistencia, en un canal se identifican tres tipos

principales:

• De superficie: producida por la rugosidad del lecho como un todo; es dependiente

del tirante del flujo que tiene su origen en las fuerzas de fricción.

• De forma: es causada por elementos particulares del canal, como formas de lecho,

(dunas o antidunas), forma de la sección transversal, perfil del lecho no uniforme,

curvas que producen flujos secundarios que ocasionan una distribución cortante no

uniforme.

• De superficie libre: depende de las distorsiones de la superficie libre y de un efecto

sobre la estructura de turbulencia.

En los ríos con lecho rugoso, la mayor fuente de oposición al flujo se manifiesta en

la resistencia de superficie, por lo que se desestiman los otros procesos de resistencia.

Además, las formas de lecho en los ríos de montaña son poco comunes.

Algunos investigadores no descartan la importancia de la resistencia de forma

presentada por barras (acumulaciones de sedimentos transversales al cauce), frecuentes en

este tipo de ríos, debido al patrón que siguen: ramos de aguas tranquilas con poca

profundidad relativamente alta (pozas), seguidos de tramos de profundidad baja con

velocidades mayores (rápidos).

Este patrón de barras suele verse como macroformas de lecho. Cuando la descarga

es cero, los rápidos están secos, pero hay agua residual en las pozas. Para niveles bajos de

flujo, la variabilidad entre poza y rápida puede ser muy marcada, y la suposición de flujo

uniforme como flujo promedio es una buena aproximación.

43

2.4.5. Rugosidad del lecho

Para tomar en cuenta la rugosidad de la superficie del lecho, se utiliza el concepto de

altura de rugosidad, el que consiste en un valor representativo de la altura de los diferentes

elementos rugosos presentes en el lecho del canal.

Para obtener la altura de rugosidad se recurre a la curva granulométrica del material

del lecho. Los valores usualmente utilizados son el de D50, D65, D84 y D90, donde Dx

significa el tamaño de partícula, para el cual x es el porcentaje de material más fino. En el

material que se encuentra en el lecho de un canal natural se distinguen 3 diámetros

asociados a tres ejes perpendiculares: diámetro mayor, medio y menor. (Véase la fig. 13)

Fig. 13. Diámetros de ejes perpendiculares


Al hablar estrictamente, la altura del elemento debería ser usada para medir la

rugosidad relativa de éste. Sin embargo, como la distribución de tamaño no es uniforme

sobre el lecho, es más conveniente usar el diámetro medio, ya que es el tamaño que

determina la dimensión de la malla por la que la partícula pasaría.

Se podría pensar que por la posición en que generalmente reposa un elemento

rugoso en el lecho, el diámetro menor sería una medida más representativa; sin embargo,

44

Diámetro menor (c)

Diámetro mayor (a)

Diámetro medio (b)

b

ca

experimentos realizados demuestran que la diferencia entre el uso del diámetro medio al

menor es insignificante. Además, es probable que el diámetro intermedio tenga mayor

influencia en la resistencia de la superficie del elemento.

El uso de uno u otro depende de la fórmula o criterio utilizado; sin embargo, es

razonable esperar que los tamaños más grandes tengan un papel dominante en la pérdida de

energía. Ferro y Giordano (1981) encontraron que el D84 y D90 responden mejor a la

variación de cantidad de elementos en el lecho del canal que diámetros menores.

Los diferentes diámetros usualmente siguen las siguientes relaciones:

Dlargo/Dmedio ≅ 1,5 1,5 ≤ Dmedio/Dcorto≤ 3 (ec. 12)

Bathurst (1978) desarrolló una relación para calcular la resistencia al flujo para

rugosidades de gran escala, basada en datos de campo recopilados. Su teoría sugiere que el

coeficiente de resistencia debe variar con la rugosidad relativa, la forma de la rugosidad, la

distribución de tamaños de los sedimentos, el espaciamiento de los sedimentos y la

geometría del canal:

( )( )08,01754,2

842/1

2/1

365,08 −

⋅

⋅

==

λ

dw

DR

gRSUm

f(ec. 13)

( )( )08,02783,5

842/1

2/1

784,08 −

⋅

⋅

==

λ

dw

DR

gRSUm

f(ec. 14)

Ahí, los cálculos pueden realizarse de manera alternativa mediante los parámetros

definidos como la concentración de rugosidad frontal λ1 ó basal λ2, definidos por las

siguientes ecuaciones.

⋅=

RD8491,1log139,01λ (ec. 15)

⋅=

RD8452,1log360,02λ (ec. 16)

45

Esta relación debe aplicarse de manera restringida por corrientes cuya pendiente del

lecho So está entre 0,8 % y 1,8%, el ancho, w entre 15 y 33m y la profundidad del flujo d

entre 0,20 y 0,40m.

Para clasificar un lecho según su rugosidad, Bathurst (1978) sugirió la siguiente

escala de rugosidades:

Tabla 5. Clasificación de la rugosidadEscala de rugosidad D84 D50

Rugosidad de gran escala d/ D84 < 1,2 d/ D50 < 2Rugosidad de escala intermedia 1,2 < d/ D84 < 4 2 < d/ D50 < 7,5Rugosidad de pequeña escala d/ D84 > 4 d/ D50 > 7,5


La relación R/Dx se llama “sumergencia relativa”, y su inversa Dx/R “rugosidad

relativa”. El tirante hidráulico “d”, definido como la división del área de la sección entre el

ancho, es corrientemente usado en lugar del radio hidráulico “R”, ya que en ríos de lecho

rugoso “d” no difiere en más de un 3% de “R”.

Si la relación d/Dx en un canal ancho y recto es relativamente alta, el flujo se puede

clasificar como bidimensional. Para d/Dx pequeño, el flujo será tridimensional, formado por

chorros y remolinos. Bray (1982) recomienda considerar el flujo bidimensional para d/Dx≥3.

2.4.6. Fórmulas de resistencia

En hidráulica, la resistencia se refiere a la oposición de las paredes de un conducto al

movimiento de un fluido. En el caso de un canal abierto, o un río, la resistencia está

directamente asociada con la velocidad del agua y con los niveles que alcanza en un

determinado caudal. Las fórmulas de resistencia relacionan las características geométricas

de la sección y la rugosidad de las paredes con la velocidad del agua.

La mayoría de las fórmulas de resistencia son de tipo empírico, por lo que dependen

de coeficientes o parámetros también empíricos. Una de las ecuaciones más conocidas es la

46

denominada “fórmula de Manning”, en uso desde hace más de 100 años, y a su coeficiente

se le denomina “n de Manning”.

La curva de descarga es un gráfico que, para un canal o un río, relaciona el caudal

con el nivel del agua. Bajo la suposición de que existe un equilibrio entre las fuerzas de

resistencia o fricción y las fuerzas de gravedad, esta relación es unívoca; es decir, para un

caudal se da un nivel y viceversa.

Para evaluar la resistencia en ríos de rugosidad media se suele adoptar fórmulas de

tipo semilogarítmico, mientras que para rugosidades altas, las de tipo potencial han

demostrado ser más compatibles.

2.4.6.1. Fórmulas tipo Keulegan

Las fórmulas tipo semilogarítmico, para estimar la rugosidad del lecho en ríos con

rugosidad media a baja, se basan en la ecuación de Prandtl-Von Karman, pues la fricción en

la frontera del canal crea una capa de cortante similar a la capa límite en tuberías:

ky

KE

vv ln1* ⋅+= (ec. 17)

Donde:

v*= (gRS)0,5 (velocidad de corte).

k = rugosidad equivalente de Nikuradse.

E = una constante.

K = la llamada “constante de Von Karman”.

y = distancia desde la pared.

En 1938 Keulegan fue el primero en aplicar esta ecuación en canales rugosos,

suponiendo a k igual a la rugosidad equivalente de Nikuradse ks, e incluyendo un factor de

corrección (φ) de acuerdo con la forma de la sección del canal:

+⋅−−=

=ksR

KKC

fvv log1118* φ (ec.18)

47

De tal manera que:

φ = 0,81 (sección circular).

φ = 0,90 (sección poligonal).

φ = 1,00 (sección rectangular de ancho infinito).

C = 8,5 (valor calculado por Keulegan).

K = 0,40 (constante de Von Karman).

Al suponer una sección rectangular de ancho infinito y cambiar a logaritmos en base

decimal, la ecuación anterior se transforma en:

+=

ksR

flog03,212,21

(ec.19)

Con base en esta fórmula, se han presentado diferentes variantes aplicadas a cauces

naturales, desarrolladas a partir de mediciones en canales naturales o de laboratorio en

condiciones de flujo normal. En estos experimentos se determinan las características

granulométricas del lecho, la geometría de la sección, y se mide la velocidad del flujo,

información que permite obtener el coeficiente de rugosidad.

Las principales ecuaciones desarrolladas para rugosidades bajas a intermedias son:

Leopold, Colman, Millar: (1964): 0,8< R/D84< 16

⋅+=

84

log0,211DR

f(ec.20)

Limerinos (1970): 1< R/D84< 50

⋅+=

84

log03,216,11DR

f(ec.21)

Bray (1979):

⋅+=

84

log03,210,11DR

f (ec.22)

48

Hey (1979): 1< R/D84< 100

11,1 ≤ a ≤ 13,46

⋅

⋅=845,3

log03,21D

aRf

(ec. 23)

Hey determinó que el valor de a (factor de corrección por forma de la sección) se

puede aproximar con la siguiente fórmula:

314,0

1.11−

⋅=

mdRa (ec. 24)

donde:

dm es la profundidad desde el punto de máxima velocidad. Además, sugirió a =

11,75 como un valor representativo de secciones rectangulares anchas.

Griffits (1981): 1< R/D50< 200

+=

50

log98,176,01DR

f(ec. 25)

Bathurst (1985): 0,3< R/D84< 6

+=

84

log62,548DR

f(ec. 26)

Aguirre-Fuentes (1986): 0,7< d/D50< 100

dDx

Dxd

f⋅⋅+

⋅⋅= β

α88,01,11log03,21

(ec. 27)

Esta última fórmula coincide con la de Hey, cuando α = 11,1 más un componente

adicional, que Aguirre y Fuentes llaman el efecto de estela (b) producido sobre los

elementos rugosos del lecho, a es el factor de textura igual a 3,5 veces para D84 y a 6,8 para

D50. Aguirre y Fuentes calibraron el factor de estela con base en datos de varios

investigadores y obtuvieron b= 0,3 para D50 y b= 0,13 para D84. Sin embargo, a y b

representan gran variabilidad, e incluso b puede llegar a tener valores negativos. Es claro

49

que el factor de estela disminuye el coeficiente de resistencia si b es positivo o lo aumenta si

b es negativo.

Para observar las semejanzas en las fórmulas, éstas se pueden representar de la

forma dada en la siguiente ecuación:

RDxE

DxRaB

RDxE

DxRBA

f⋅+

=⋅+

+= 'loglog1

(ec. 28)

( )'log aBA ⋅= (ec. 29)

En donde las constantes A, B, E y a' varían según los diferentes investigadores,

como se muestra en la siguiente tabla. Se indica, también, el diámetro característico que se

utiliza en cada fórmula, así como el rango de aplicación de la misma.

Tabla 6.Comparación de fórmulas tipo KeuleganInvestigador A B a' E Dx R/DxKeulegan 2,12 2,03 11,03 0 ks -Leopold 1,00 2,03 3,11 0 D84 0,8 a 16Limerinos 1,16 2,03 3,73 0 D84 1,0 a 50Bray 1,10 2,03 3,49 0 D84 ≥ 3,5Hey - 2,03 3,17 a 3,84 0 D84 1 a 100Bathurst 1,41 1,99 5,11 0 D84 0,3 a 6Griffits 0,76 1,98 2,42 0 D50 1 a 200Aguirre-Fuentes

1,02 2,03 3,17 0,114 D84 0,7 a 100

Fuente: Vargas y Jiménez (1996)

Se puede apreciar que todas estas ecuaciones son similares a las de Keulegan, con la

diferencia en el valor de corrección para la forma de la sección y en la sustitución de ks por

la rugosidad del lecho. Con respecto a la sustitución de la rugosidad, Hey (1979) demostró

que ks puede aproximarse a 3,5D84; también es aceptado sustituir ks por 6,8D50. Al dividir en

la ecuación de Keulegan 11,03 entre 3,5 se obtiene a'= 3,15, es muy parecida al valor que

obtiene a' en las otras ecuaciones.

50

Existen otros tipos de fórmulas cuyo planeamiento es muy diferente a lo expuesto

anteriormente. Por ejemplo, la ecuación de Lacey, discutida ampliamente por Bray (1982),

da una expresión para la velocidad de la forma:

3/13/28,10 Sfdv ⋅⋅= (ec. 30)

Esta fórmula se considera aplicable en niveles altos del cauce.

Jarred (1984) presentó una fórmula para calcular el coeficiente de Manning n a

partir de la pendiente de energía Sf y el radio hidráulico R, la cual fue obtenida mediante

regresión múltiple en 75 estaciones pluviométricas de 21 ríos de alta pendiente.

La pendiente de energía se obtuvo midiendo la pendiente de la superficie del agua.

La fórmula de Jarred es:

16,038,032,0 −⋅⋅= RSfn (ec. 31)

La ecuación presentó un error estándar en la predicción del 28%. El D84 en los sitios

de estudio varió desde 0,1 hasta 0,8 m. Esta ecuación se aplica al canal principal de un

cauce natural con materiales estables en lecho y banco (formados por gravas, guijarros y

cantos) y pendientes desde 0,002 hasta 0,04 en tramos sin remanso. A diferencia de las

otras fórmulas presentadas, esta última tiene la particularidad de que no interviene el

parámetro de rugosidad relativa y sí depende de la pendiente del cauce.

Además, han sido desarrolladas complejas ecuaciones para rugosidades altas, que

presentan dificultad para aplicarse con fines prácticos. Algunas son:

Bathurst:

( )( )08,0734,2

84365,08 −

⋅

=

e

dW

DR

f

λ

(ec. 32)

⋅−=

84

log139,0039,0DReλ (ec. 33)

Donde w es el ancho del espejo.

Interpolación Bathurst – Hey:

( )08,07

8484

66,142,1

log842,18 −

⋅

+

⋅

⋅−=

e

dW

DR

DW

f

λ

(ec. 34)

51

2.4.7. Movimiento incipiente de sedimentos

El equilibrio de una partícula, en el fondo de un río aluvial, es perturbado si la

resultante de las fuerzas desestabilizadoras (fuerzas de arrastre y alzamiento hidrodinámico)

es mayor que las fuerzas estabilizadoras que resisten al movimiento, tales como gravedad y

cohesión. La cohesión es importante para sedimentos en el rango de limos o arenas finas

con diversos contenidos de limos y arcillas, o arenas finas con diversos contenidos de limos

y arcilla.

Cuando el sedimento que compone el lecho es granular incoherente, las partículas

resisten el movimiento, debido principalmente al peso sumergido. Las partículas granulares

se mueven como entidades simples.

En cambio, cuando el material constitutivo del lecho es fino y contiene limo y

arcillas, las fuerzas cohesivas predominan y son responsables de la resistencia a la erosión

que exhiben tales materiales. En caso de erosión, las partículas se mueven generalmente

formando un conglomerado.

La condición de flujo, en el instante que el sedimento del lecho comienza a moverse;

es decir, cuando se produce el “movimiento incipiente”, recibe el nombre de “condición

hidrodinámica crítica”. Tal condición se puede presentar a través de un valor crítico de la

tensión de corte sobre el fondo.

2.4.7.1. Tensión de corte crítica sobre un fondo de sedimentos

incoherentes uniformes

Consideremos el caso de un flujo turbulento uniforme que se desarrolla en un canal

rectangular ancho, cuyo fondo está constituido por sedimento uniforme de diámetro d. Para

dicho flujo la distribución en la vertical puede expresarse en forma general como:

(ec. 35)

donde: B = f(Re*) = f (u* ks / v) (ec. 36)

52

Bkz

uzu

s

+

= log75,5)(

*

La fuerza hidrodinámica de arrastre ejercida por dicho flujo sobre una partícula del

fondo es:

(ec. 37)

donde:

α1 es un coeficiente de forma, tal que α1d2 da el área de la partícula proyectada en la

dirección del flujo; ud es una velocidad característica y CD es el coeficiente de resistencia de

la partícula (función del número de Reynolds asociado a ud).

Al considerar que la velocidad característica es: dzd UU

== y demás ks = d, de (ec.

34) se obtiene:

(ec. 38)

Por otra parte CD = f (ud d/u); por tanto, CD puede expresarse también como:

(ec. 39)

Al reemplazar (eq. 38) y (37) en (36), la fuerza hidrodinámica FD se expresa como:

(ec. 40)

Al incluir las dos funciones de Re*, f1 y f2, en una función f3 se obtiene:

(ec. 41)

donde Re* es el número de Reynolds basado en la velocidad de corte y el diámetro

del sedimento:

vdu ⋅=*Re (ec. 42)

53

21

2

2duCF d

wDD ⋅⋅⋅= αρ

⋅=

vduf

UUd *

*

1

=

vdufCD

*2

( ) ( ) 21*

21

2*

*2 Re2

Re dfufF wD αρ ⋅⋅⋅=

( ) 21

2*

*3 2Re dufF wD αρ ⋅=

La fuerza estabilizadora esta dada por:

(ec. 43)

donde:

α2 es un factor que depende de la forma de la partícula y el coeficiente de fricción estático

de Coulomb.

El movimiento incipiente se observa cuando la fuerza hidrodinámica actuante iguala

la fuerza estabilizadora; por lo tanto, al igualar (ec. 40) y (ec. 42), reagrupar e indicar con el

subíndice c la condición crítica, se obtiene:

(ec. 44)donde:

( ) ( )cc f

fRe*

2Re*31

24 ⋅⋅

=α

α(ec. 45)

Al recordar la expresión de la velocidad de corte:

(ec. 46)

Al reemplazar (eq. 45) en el primer miembro de (eq. 44) se obtiene:

(ec. 47)

donde τ*c es la tensión de corte adimensional crítica sobre el fondo o parámetro de Shields

crítico.

En la fig. 14 se observa la relación dada por la ecuación (47), obtenida

experimentalmente por Shields (1936), para una vasta gama de partículas de sedimento. La

tensión de corte crítica, correspondiente al movimiento incipiente, fue definida por Shields

como aquella para la cual el transporte tiende a cero, y se determinó correlacionando la tasa

de transporte de sedimentos con la tensión de corte sobre el fondo y extrapolando para

transporte nulo. Shields presentó una banda de dispersión en su programa; la curva media

fue presentada por Rouse (1939).

54

( ) 32 dgF wsG ⋅−⋅⋅= ρρα

( ) ( )cc f

dgsu

*4

2* Re

1=

⋅⋅−

w

buρτ=*

( ) ( )cws

bcc f

gd *4* Re=−

=ρρ

ττ

Es evidente la analogía entre la curva de Shields y la función τ*c = f(Re*c) y la fuerza

de rugosidad de Nikuradse: B = f(Re*). Dicha analogía facilita la interpretación de los

distintos tramos que forman la curva de Shields.

El número de Reynolds, Re* = u*d/v, es proporcional a la relación entre el diámetro

d y el espesor δ de la subcapa viscosa. Efectivamente, el valor aproximado de δ es:

*

11u

v⋅=δ (ec. 48)

por lo tanto, al dividir miembro a miembro por d y reordenar se obtiene:

11

Re*=δd

(ec. 49)

El primer tramo recto descendiente de la curva de Shields, hasta Re* = 2, representa

situaciones en las cuales d es mucho menor que δ; es decir, las partículas se encuentran

completamente dentro de la subcapa viscosa. El último tramo horizontal, para Re* ≥ 400,

representa situaciones donde δ es mucho menor que d; por lo tanto, las partículas se

encuentran totalmente expuestas a la acción de un flujo turbulento completamente

desarrollado. En esta zona la tensión de corte adimensional crítica es constante y

aproximadamente igual a 0,06 (τ*c =0,06); consecuentemente, la tensión de corte crítica τbc

es directamente proporcional al diámetro. El tramo curvilíneo intermedio corresponde con

un régimen de transición en el cual las partículas se encuentran, en parte, expuestas al flujo

turbulento completamente desarrollado y, en parte, cubiertas por la subcapa viscosa.

55

Fig. 14. Curva de Shields en el sistema de ejes (τ*, Re*)

Fuente: Basile Pedro A. (2003)

2.4.7.2. Curva de Shields en el sistema de ejes (τ*, D*)

La curva de Shields en el sistema de ejes coordenados de la fig. 15, (τ*,Re*), no es

muy útil, porque u*c (o τbc) debe determinarse por tanteos, ya que aparece en los dos ejes.

Una forma más apropiada de representar la curva de Shields es en el sistema de ejes (τ*,D*),

como se muestra en la figura 13, donde D* es el diámetro adimensional definido como:

(ec. 50)

56

( ) 3/1

2

3/1

*

2*

*1Re

−=

=

vgsdD

τ

Fig. 15. Curva de Shields en el sistema de ejes (τ*, D*)


Existen expresiones analíticas para representar la curva de Shields, como por

ejemplo:

• Browie (1981):

(ec. 51)

• Van Rijn (1984)

(ec. 52)

En la fig. 16 se presenta la velocidad de corte crítica y la tensión de corte critica en

función del diámetro. Tales curvas han sido determinadas a partir de la ecuación 50, al

considerar ρs = 2650 kg/m3, ρw = 1000 kg/m3, g = 9,81 m/s2 y v = 1,01 10-6 m2/s.

57

=c*τ

1*24.0 −⋅ D 4* ≤D

64.0*14.0 −⋅ D 104 * ≤< D

10.0*04.0 −⋅ D 2010 * ≤< D

29.0*013.0 D⋅ 15020 * ≤< D

055.0 150* >D

( )9,0*

9,0** 77,17exp06,022,0 −− −+= DDcτ

Fig. 16. Velocidad de corte crítica y tensión de corte crítica en función del diámetro


2.4.7.3. Velocidad media crítica

La velocidad media crítica se puede determinar a partir de los valores de tensión de

corte adimensional crítica, dados por la curva de Shields de la siguiente manera:

(ec. 53)

donde, la velocidad de corte crítica se obtiene a través de la tensión de corte adimensional

crítica:

(ec. 54)

y el coeficiente de Chezy depende de las características del contorno

(liso/transición/rugoso). Por ejemplo, para el caso de flujo turbulento completamente

desarrollado (contorno hidráulicamente rugoso) C se expresa como:

(ec. 55)

58

gC

UU

c

c =*

( ) gdsu c

c 1

2*

* −=τ

=

skhC 11log18

o recordando la relación entre el coeficiente de Chezy y el coeficiente n de Manning:

(ec. 56)

2.4.8. Estabilidad lateral y régimen

La estabilidad de un cauce aluvial es un concepto casi sinónimo del equilibrio de un

cauce. Entendemos que un cauce está en equilibrio, o es estable, cuando el perfil del fondo

del río permanece invariable a largo plazo, sin ascenso (acresión) ni descenso (erosión). Al

mismo tiempo, hablamos de cauce estable cuando su sección transversal (anchura y

profundidad), permanece invariable a largo plazo y, finalmente, también cuando el recorrido

del cauce en planta no cambia en el tiempo.

Al hablar de estabilidad estamos implícitamente considerando procesos lentos de

cambio de un río, que se manifiestan a largo plazo. Por ello, tiene sentido relacionar la

estabilidad con el llamado “caudal dominante” o “formativo del cauce”. Este caudal puede

definirse como el que determina la forma y dimensiones del cauce principal, por donde

circulan permanentemente las aguas, limitado por unas orillas. Para calcularlo, puede

usarse un criterio hidrológico que lo relaciona con ciertos períodos de retorno; también un

criterio hidráulico, que consiste en identificarlo con el caudal que cabe en el cauce principal

realmente existente (o “caudal de cauce lleno”), un criterio de transporte sólido en el sentido

de obtener un caudal equivalente que transportaría, en régimen permanente, el mismo

volumen sólido que transporta el río, de caudal variable, en la realidad.

El estudio de la estabilidad se puede realizar por métodos basados en conocimientos

de morfología fluvial; es decir, lo que podemos llamar la teoría del régimen en sentido

amplio. Esta teoría es un conjunto muy amplio de conocimientos empíricos de geometría de

cauces de río, que incluye magnitudes de la sección (anchura y profundidad) y del perfil

(pendiente). La teoría del régimen aporta muchas fórmulas empíricas en las que intervine al

caudal dominante, la pendiente del río, el tamaño del grano y, eventualmente, otras

variables. También se incluye, en esta familia de métodos, la aplicación de la analogía de la

balanza. Esta analogía sería el método más simple, al que seguiría una variedad de métodos

sencillos, que podemos llamar “geográficos” (fórmulas de Bray y Parker y Hey y Thorne),

59

nhC

6/1

=

que se interesan por las pendientes de equilibrio de los ríos (métodos de Lacey, Blench, Simons y Albertson y Altunin), que

ofrecen resultados sobre la pendiente y la sección estable de un cauce8.

Por otro lado, existen métodos basados en criterios de erosión y transporte sólido. Como criterios de erosión figurarían las

fórmulas de erosión por estrechamiento o acortamiento, obtenidas con la hipótesis de aguas claras (no hay transporte sólido) y las

fórmulas de equilibrio dinámico de tipo Lischtvan–Lebeiew (que sirven para pronosticar procesos de erosiones, pero también se

puede considerar como una fórmula para la teoría del régimen). Otro método es el que compara la capacidad de transporte de las

secciones transversales del río en dos situaciones temporales diferentes: antes y después de realizar obras en el cauce del río. Si la

capacidad de transporte aumenta al ser intervenido el río, hay que esperar que se produzca erosión o viceversa (acresión) si la

capacidad de transporte disminuye. En esta comparación suponemos que el suministro de sedimento no es nunca la limitante real.

La fórmula utilizada para el transporte sólido es la de Meyer-Peter y Müller (MPM), por ser de uso común.

La tasa de transporte se calcula por medio de la siguiente ecuación:

( ) 5,1047,08 −⋅= µ θφ b (ec. 57)

donde:

θ = parámetro de movilidad Shields.

( ) dmgs ⋅⋅−=

ρρτθ (ec. 58)

donde:

dm= diámetro medio.

g= aceleración de la gravedad.

8 Bouza Badenes, Borja (2003)

60

ρs = peso específico de las partículas sólidas (2,65 x103 kg /m3).

ρ = peso específico del agua.

y la tensión tangencial en el fondo la podemos obtener así:

ohw SR ⋅⋅= γτ (ec. 59)

donde:

Rh = radio hidráulico.

So = pendiente promedio topográfica.

γw = Peso específico del agua.

Para el cálculo de caudal sólido por unidad de ancho en m3/s/m se utiliza la siguiente expresión:

qb= (s-1) 0,5 g 0,5 dm 1,5 φb (ec. 60)

2.4.9. Caudal dominante

El análisis para el caudal dominante utiliza tres tipos de métodos: 1) hidrológico: es decir, basado en el régimen

hidrológico normal y avenidas, 2) hidráulico: està basado en la sección del cauce principal del río (y de este modo se aplica el

concepto de “cauce lleno”) y 3) sedimentológico.

• Método hidrológico

61

Los análisis hidrológicos basados en el régimen hidrológico de avenidas consisten, simplemente, en el criterio de atribuir

al caudal dominante un período de retorno (T) comprendido entre 1,5 y 7 años para el caso de una hidrología irregular (a más

irregularidad en la hidrología más alto es el período).

Por otro lado, al análisis basado en el régimen hidrológico normal consiste en el criterio de que el caudal dominante es

aproximadamente el caudal con persistencia de 1 ó 2 días en la curva de caudales clasificados (o frecuencia de caudales) del río.

• Método hidráulico

Para la aplicación del análisis hidráulico se toman algunas secciones transversales del río. En estas secciones se determina

el nivel de cauce lleno, donde el cociente entre la anchura y la profundidad tiene un cambio de valor fuerte. El cauce

determinado, mediante esta operación geométrica, se identifica con el cauce principal en sentido geomorfológico modelado por el

caudal dominante. El valor de este caudal se obtiene utilizando la fórmula de Manning con un coeficiente de rugosidad de 0,030.

• Método del caudal sólido

Este método busca sustituir la variabilidad del régimen anual de caudales por un caudal equivalente. Dado que el

transporte sólido de fondo es el que realmente modela el cauce, podemos definir el caudal equivalente como aquel que,

manteniéndose constante durante todo el año, transporta la misma cantidad de volumen de material sólido que la que transporta

realmente. El volumen t,tal transportado durante un año es la suma de, principalmente, dos efectos: los elevados caudales que se

dan durante las avenidas a pesar de su poca duración, y los caudales medios, los que a pesar de no ser muy importantes, tienen una

larga duración.

Para este cálculo se utiliza la ecuación de transporte sólido de Meyer-Peter y Müller, y de esta forma se obtiene una

función de los caudales sólidos unitarios y los días del año. Para pasar el caudal unitario a caudal total se debe multiplicar por el

ancho del cauce. La elección de este ancho debe plantearse al tener en cuenta cuál es la zona del cauce en la que se va a producir

transporte de material sólido, y una vez que se genere la curva de caudales sólidos clasificados, se calcula el área encerrada por

62

esta; es decir, el volumen total de sedimento transportado. Luego se busca un rectángulo equivalente con la misma área calculada.

Este rectángulo, con ejes tiempo y caudal sólido, nos dará cuál es el caudal sólido equivalente. Una vez obtenido éste, basta con

hacer el proceso a la inversa: con el caudal sólido equivalente y utilizando la ecuación de Meyer-Peter y Müller, se obtiene cuál es

el radio hidráulico correspondiente, a partir del cual, al conocer la sección y aplicar la fórmula de Manning, podemos encontrar un

caudal líquido, que será el caudal dominante.

La ecuación de Meyer-Peter-Müller (1948) es una relación empírica basada en el exceso de la tensión de corte

adimensional. Esta fue verificada con datos experimentales utilizando sedimentos uniformes y heterogéneos, con diámetros

comprendidos entre los 0,4 y 28,65 mm. En la versión original, para sedimentos heterogéneos no se plantea el cálculo para clases

granulométricas, por lo que se sugiere utilizar el diámetro medio aritmético para calcular el transporte de fondo global.

La teoría del régimen es puramente empírica, y su origen se sitúa en las observaciones del comportamiento de canales de

riego, que dado su largo período de operación, se pueden suponer estables.

Existen diversos autores que han trabajado basándose en lo que hoy se conoce como teoría del régimen, lo cual ha dado

lugar a diferentes métodos, que se diferencian entre sí por el número de parámetros independientes utilizados. Las fórmulas se

muestran de forma explícita, ya que fue así como se obtuvieron. Se han aplicado los métodos de Lacey, Blench, Simons y

Albertson, que corresponden a la “Teoría del régimen”, y en último lugar el método de Altunin.

Como se mencionó, la “Teoría del régimen” surge de las observaciones de canales de riego no revestidos, y fue Kennedy,

en 1895, quien empezó con estas observaciones. El objetivo de Kennedy era la construcción de una red de canales de riego, para

lo cual observó una serie de canales que habían sido operativos durante bastante tiempo, por lo que se podía suponer que los

parámetros observados deberían ser estables. El primer resultado de estas observaciones fue que la velocidad media era función

de la profundidad:

v = 0 ,548 y 0,64 (ec. 61)

63

donde v es la velocidad media de la corriente en m/s, y el calado o profundidad en metros.

Posteriores observaciones llevaron a concluir que el exponente 0,64 y el coeficiente 0,548 variaban de una región a otra,

con la que de forma más genérica escribió:

v = Cym (ec. 62)

El término “régimen” fue utilizado por primera vez por Lindley, en 1919, indicando que un canal está en régimen cuando

una sección y pendiente están en equilibrio con el caudal transportado, de tal manera que aumentos o disminuciones de él hacen

que el ancho y profundidad se modifiquen en función de esos valores.

Tras el nacimiento de la “Teoría del régimen” por parte de Kennedy, han sido muchos los autores que la han revisado y

han propuesto nuevas relaciones empíricas para relacionar la geometría de la sección y la pendiente del canal con el caudal y las

características del material del fondo y de las paredes del cauce.

La “Teoría del régimen” es aplicable con material cohesivo y arenoso. Como la mayoría de los datos se obtienen de

fórmulas empíricas, han sido obtenidos en canales con fondo y orillas cohesivas, esta teoría será muy útil para el diseño de canales

con estos materiales.

Los resultados buscados en estos métodos son la pendiente, la anchura (de la superficie libre) y la profundidad. Estas

últimas se encuentran también expresadas como anchura media (= área / profundidad) y profundidad media (= área / anchura de la

superficie libre). Como se mencionó, estos parámetros geométricos del río vendrán definidos, principalmente, por el caudal

dominante y la granulometría.

64

CAPÍTULO III

ANÁLISIS DE LA CUENCA DEL RÍO BANANITO

3. Aspectos generales de la cuenca

El río Bananito posee un área de cuenca relativamente pequeña, pero presenta avenidas significativas durante fenómenos

meteorológicos característicos en el Atlántico, como los frentes fríos y el paso de huracanes. Nace en la Fila de Matama y tiene

una pendiente muy alta en su tramo montañoso. Sin embargo, dos terceras partes del cauce transcurren por una llanura de

pendiente baja.

En la parte montañosa hay una producción importante de sedimento que no puede ser arrastrado por el río. Este déficit de

arrastre hace que el río sea muy inestable. El sedimento se almacena en el cauce, durante la recesión de la avenida,

obstaculizando el flujo y provocando la migración lateral del río. Las márgenes del canal, en la parte media y baja de la cuenca,

están compuestas por arcilla arenosa y limo arenoso, que son fácilmente erosionados por el río durante las avenidas.

En el río Bananito se puede observar un caudal constante durante todo el año, con recurrentes avenidas que corresponden

a las fuertes precipitaciones que se dan en la marcada época lluviosa. Esta cuenca tiene una respuesta hidrológica bastante rápida,

en el sentido de que al producirse un aguacero en la parte alta de la cuenca, el efecto de las crecidas y del aumento de la turbidez

del agua se reflejan en menos de una hora en los puntos bajos, como lo es en la toma de aguas del AyA.

Para el análisis de la información hidrológica se utilizó como referencia el estudio realizado por el Ing. Omar Vargas, ya

que la misma se generó con base en los datos de los boletines hidrológicos emitidos por el ICE, que comprenden el período de

66

registros de 1957 a 1988. Para este estudio se utilizó la estación Asunción, ubicada en la cuenca del río Banano, y el área de

drenaje de dicha estación que es de 91 km2.

Con el fin de conocer y evaluar las condiciones y características de la zona de estudio se realizaron varias giras, con el fin

de contar con un criterio más amplio sobre el estado de las cuencas (Véase el anexo 6). A la vez, en lo mismos recorridos se

realizó la toma de muestras, tanto para el análisis de calidad de agua como para la granulometría. Ésta se hizo en puntos

importantes en los cauces principales de las cuencas Banano y Bananito (Véase el anexo 7).

Los resultados de las pruebas de calidad del agua de estos ríos reflejan la contaminación que sufren, por causa de los

agroquímicos que se utilizan en la zona bananera, los cuales no son removidos por los procesos de tratamiento.

Para efectos de conocer el comportamiento del río Bananito en lo que respecta a la calidad del agua, se realizaron

muestreos en 5 puntos de control. Estos sitios son importantes para conocer los efectos de las diferentes actividades que se

realizan en la cuenca, y su afectación al río. La tabla 7 muestra el nombre del cuerpo fluvial analizado, así como su ubicación

geográfica y los resultados de cada uno de los parámetros de la muestra.

En los sitios analizados se encontraron las siguientes características que son constantes en condiciones naturales, tanto en

el cauce principal como en los afluentes: SSS, conductividad, olor, pH, alcalinidad, dureza y nitratos. Por tal razón, los otros

parámetros son los que van a determinar las características más relevantes en cuanto a la calidad del agua.

Las muestras corresponden a los ríos Caño Negro y Gobán, afluentes del río Bananito, los cuales convergen en la parte alta

de la cuenca. Como se puede ver, el río Caño Negro tiene un alto conteo de coliformes, catalogándolo como un río con agua de

mala calidad; además, el parámetro de color llega a 35 unidades de color verdadero (UCV) y su turbiedad es de 1.3 Unidades

Nefelométricas de Turbiedad (UNT); estos son los valores más altos durante el período de estudio, lo que demuestra que este río

aporta cierta cantidad de características negativas al río Bananito. Sin embargo, se realizó un muestreo 300 metros aguas abajo de

la confluencia del Caño Negro con el Bananito para conocer su grado de afectación. Como se puede apreciar en la tabla en lo

67

referente a los coliformes fecales, el valor es un poco alto, pero se encuentra en un ámbito de calidad aceptable; además, el color

y la turbiedad son bastante bajos, lo que implica que el río posee gran capacidad de dilución, ya que el caudal del Bananito es

mucho mayor al aporte del Caño Negro.

En cuanto al río Gobán, tanto las características físico-químicas como bacteriológicas son relativamente buenas, por lo

cual se puede prever que no afectarán al cauce principal; además, los otros afluentes, como los ríos Yalú y Tuguela, tienen

características muy similares a ése.

El siguiente muestreo se llevó a cabo en la Quebrada Burrico, la cual tiene su confluencia aguas arriba del sitio de presa.

En cuanto al análisis bacteriológico, este tiene una calidad intermedia, al igual que la turbiedad y el color, lo cual es un aspecto

negativo para el cauce principal, debido a la cercanía de la confluencia con la toma del AyA.

Los efectos de la Quebrada Burrico se pueden apreciar en el muestreo del río Bananito, realizado hacia aguas arriba de la

toma, donde los coliformes fecales son iguales a las del Burrico, y los demás parámetros físico-químicos están un poco altos.

68

Tabla 7. Resultados de laboratorio para la cuenca del río BananitoProcedencia Quebrada Burrico Río Bananito Río Bananito Río Gobán Río Caño Negro

Ubicación

200 mts antes de la con-

fluencia con río Bananito

300 mts después de la

confluencia con río

Caño Negro

Aguas arriba de

la toma de la

planta

200 mts antes

de la con-

fluencia con

río Bananito

200 mts antes de la

con-

fluencia con río

BananitoFecha 06/09/2005 06/09/2005 06/09/2005 06/09/2005 06/09/2005

Latitud 206.000 204.235 203.799 201.235Longitud 645.200 640.257 639.496 640.971

Coliformes

* 100mL-1 2400 1500 2400 93 9300Calidad Regular Buena Regular Buena MalaColor 9 15 14 6 35

Turbiedad 1,3 0,47 1,8 0,27 1,3SSS 0 0 0,2 0 0

Conductividad 428 340 369 316 354Olor NEGATIVO NEGATIVO NEGATIVO NEGATIVO NEGATIVOPH 8,08 7,94 8 8,01 7,78

Alcalinidad

total 157 155 159 146 129Dureza

total 185 154 162 144 144Dureza

de calcio 126 136 138 132 110Dureza de

magnesio 59 18 24 12 34Sulfatos 51,31 16,22 25,35 13,73 35,11Cloruros 5,12 2,92 4,43 1,89 4,19Fluoruros 0,3 0,2 0,25 0,1 0,15Nitratos 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81

Sodio 19 10,5 14,5 10 16,5Potasio 1,6 1,1 1,2 1 2


69

El estudio del material presente en el lecho es requerido para estimar tanto el arrastre de sedimentos como la resistencia al

flujo. Además, el tipo de material permite caracterizar el río y su comportamiento general, como se verá más adelante.

El río Bananito presenta arrastre y deposición selectiva, en una forma muy marcada, a lo largo de su cauce. En la parte

alta de la cuenca el río transporta material grueso (grava gruesa y cantos rodados) producto de deslizamientos; en la parte media se

observan grandes barras de arena alternadas con barras de grava, principalmente aportadas por el río Burrico. En la parte baja de

la cuenca el material consiste principalmente en arena, pero hay presencia de grava fina y media. La arena y grava fina son el

producto de la abrasión del sedimento grueso y de la erosión en las márgenes del canal.

Por debajo de la cota 100 m.s.n.m, se puede decir que son muy evidentes las llanuras de inundación. (Véase la fig. 17). De

acuerdo con todas estas características observadas, es fácil clasificar este río como de tipo aluvial.

70

Fig. 17 Llanura de inundación del río Bananito


El arrastre de sedimentos es una característica morfológica importante de un río que indica qué tan rápido se podría ajustar

éste a un cambio en su morfología. Existen dos tipos de arrastre: en suspesión y por el fondo. El material más fino es

transportado en suspensión cuando la velocidad de cortante es mayor que la velocidad de caída de las partículas. Este tipo de

arrastre se da usualmente en sedimentos con tamaños en el rango de arena fina a media. El material grueso viaja saltando y

rodando sobre el fondo, y por eso se le llama “carga” o “arrastre de fondo”. El sedimento más fino y menor que 0.06 mm (limo y

arcilla) siempre viaja en suspensión y se conoce como “wash load”, y la cantidad transportada de este tipo no es calculable.

71

En los distintos recorridos realizados a lo largo de este río se pudo observar su capacidad de arrastre de material

sedimentario.

Como ya se mencionó, este río tiene una gran capacidad de transporte de materiales, lo cual se evidenció en los distintos

recorridos y muestreos realizados, tanto en su cauce principal como en sus afluentes. Es importante mencionar que este río, en

comparación con el Banano, contiene más arrastre de sedimentos en suspensión, lo cual produce una coloración más obscura de

sus aguas y, por consiguiente, un tratamiento más costoso de las aguas captadas.

Los agentes naturales que actúan en el área y las múltiples actividades realizadas en la cuenca, con poca o ninguna

regulación, han incrementado el fenómeno de erosión. Un ejemplo de esto es la tala ilegal que se produce en las partes media y

alta de la cuenca, que disminuye la cobertura vegetal y deja al descubierto grandes áreas de suelo, como se muestra en las figuras

18 y 19.

Figs. 18 y 19. Tala ilegal y erosión en las márgenes del río Bananito


72

De las diferentes formas típicas en planta que puede tener un río, el Bananito presenta un cauce trenzado en su cuenca

media y una zona de meandros con mucha sinuosidad en la parte baja de la cuenca, muy evidentes y que se pueden observar en la

fig. 20. Fig. 20. Meandros en la cuenca del río Bananito

Fuente: Google Earth,

3.1. Toma de aguas del río Bananito (SE1)9

El primer sitio de estudio escogido es el de la toma del Bananito (véase el anexo 8) la cual está ubicada a una altitud de

6,83 m.s.n.m y entre las coordenadas: 206.862 norte falso y 645.184 este falso (Véase la fig. 21). Con base en esta ubicación se

9 SE1, Sitio de estudio 1, río Bananito.

73

toma un radio de 500 metros, aproximadamente, a partir del punto de ubicación de la toma (véase el anexo 8), con la intención de

conocer sus características tanto aguas arriba como aguas abajo, ya que todas éstas influyen en el comportamiento de las

estructuras hidráulicas. Este sitio es de gran importancia, ya que aquí radica el problema que se trata de solucionar con esta

investigación, pues este representa un gran costo de operación y mantenimiento para el acueducto, debido a los problemas que

presenta la toma de aguas bajo las condiciones actuales.

Fig. 21. Toma del río Bananito


74

La toma se encuentra localizada en la parte aluvial del río, y la derivación se hace en forma perpendicular al cauce. Esta

estructura se ve muy a menudo colmatada, debido a la apreciable cantidad de sedimento almacenado en la parte media de la

cuenca, que es arrastrado durante las avenidas. Además, la disposición actual de la toma facilita la captación de sedimento.

(Véase la fig. 21). El río Bananito es inestable, debido a que su capacidad de arrastrar sedimento es menor que la cantidad del

mismo producido en la parte alta de la cuenca.

3.2. Información hidrológica

El área que comprende la cuenca del río Bananito, hasta la toma de aguas de AyA, es de 110 km2 aproximadamente.

El traslado de los caudales promedio mensuales se hizo con la razón de las áreas de drenaje multiplicada por la razón de la

precipitación media anual en cada sitio, a manera de factor de corrección. La precipitación media anual en la estación Asunción

es de 6990 mm, mientras que en el sitio de toma es de 3876 mm.

En la fig. 22 se presentan los caudales promedio por mes para el año con el caudal promedio anual más parecido al

promedio de todo el registro. El caudal promedio anual estimado en el sitio de toma es de 10,4 m3/s.

Fig. 22. Caudales medios para 1961, año más parecido al promedio, para SE1

75

Caudales medios

7.8

16.2

10.28.2

1012.6

16.2

21.2

8.2

3.5 3.77.5

0

5

10

15

20

25

Mayo

Junio Ju

lio

Agosto

Septie

mbre

Octubre

Noviem

bre

Diciembre

Enero

Febre

roMarz

oAbri

l

mes

Q (m

3/s)


Con base en la estadística de caudales extremos en la estación Asunción, se realizó un análisis de series parciales, del cual

se obtuvieron los caudales máximos instantáneos probables para dicha estación. A partir de esos valores se obtuvieron los

caudales extremos en el sitio de estudio, a través de la ecuación de Creager, expresión que da caudales máximos y depende

exclusivamente del área de drenaje:

76

048.0936.0

59.23.1

−⋅

⋅⋅=

AAcQ (ec. 63)

donde:

048.0936.0

59.23.1

−⋅

⋅=

AAK (ec. 64)

C = Coeficiente de Creager.

A = Área de drenaje en km2.

Q= Caudal en m3/seg.

2211 Q

KKQ ⋅= asumiendo que C1 = C2 (ec. 65)

Fig. 23. Análisis de frecuencia de caudales

77

0

200

400

600

800

1000

1200

1 10 100 1000

T (años)

Q (m

3/s)


En la fig. 23 se muestra el resultado del traslado del análisis de frecuencia de avenidas extremas. La distribución de

probabilidad de mejor ajuste fue la Pearson Tipo 3 (método de momentos). Los puntos más relevantes se muestran en la tabla 8,

donde T es el período de retorno y Q es el caudal instantáneo asociado.

Tabla 8. Análisis de frecuencia de caudalesT (años) 1 2 5 10Q (m3/s) 204 374 501 589


78

3.3. Granulometría del sedimento

Se realizaron varios recorridos aguas arriba de la toma en la cual se encontró la graduación normal de sedimento en el

fondo del cauce, que disminuía gradualmente a lo largo del río. Se observó un material en el que predominaba la grava de media

a gruesa, con ciertos depósitos de arena. Había un sector donde existía material arcilloso, y ahí se forman resquebrajamientos del

terreno, específicamente en el sector donde, en algún momento, se cortó el meandro y el cauce siguió, como se muestra en las figs.

24 y 25.

Figs. 24 y 25. Aguas arriba de la toma, SE1


79

Se realizaron diferentes tipos de muestreos superficiales utilizando los métodos lineales y por fotografía10, tanto en el lecho

como en las márgenes del río. La toma de muestras en este sitio se realizó en dos sectores, uno inmediatamente aguas abajo de la

toma, el cual se descartó, debido a que es el sitio en el que constantemente están las maquinarias removiendo el terreno para

conformar la presa; por tal razón se optó por aplicar las curvas utilizadas por Vargas (1999). El otro muestreo fue realizado 500

metros aguas arriba de la toma.

Fig. 26. Curvas granulométricas del río Bananito en SE1

0102030405060708090

100

0.01 0.1 1 10 100

Di (mm)

% m

enor

o ig

ual

1

2

3

4

5

6


10 Véase el capítulo 2 (Descripción de los métodos de muestreo de suelos).

80

En la fig. 26 se muestran las curvas de sedimento. Las líneas 1, 2 y 3 se obtuvieron con el método fotográfico, mientras

que las 4, 5 y 6 se construyeron a partir del método volumétrico (según el AyA). En esta figura Di es el diámetro medio del

material pétreo.

Obsérvese en el gráfico (fig. 26) que las muestras 4, 5 y 6 son más finas que las otras tres. Esto se debe a que las curvas

1,2 y 3 se obtuvieron de material superficial, donde los elementos más finos fueron arrastrados por la corriente. El muestreo

volumétrico toma material tanto de la superficie como debajo de ésta, donde hay mayor cantidad de componentes pequeños. Fig. 27. Curva granulométrica, muestra tomada 500 mts aguas arriba de SE1


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000

Di (mm)

% M

enor

o ig

ual 7

81

La fig. 27 muestra la curva granulométrica del material recolectado 500 metros aguas arriba de la toma, donde se puede

apreciar un material mucho más grueso que el existente en el sitio de la toma. También se realizaron muestreos en el río Gobán y

en la Quebrada Cristalina, que son afluentes del Bananito en la cuenca alta.

En la tabla 9 se presenta información adicional derivada de las figuras 26 y 27. Se presenta la relación del D90 sobre el

D50, ya que ésta relación es un indicador del grado de acorazamiento del lecho. Dx significa el diámetro D, que es mayor o igual

al x porcentaje de la muestra. Chin et al. (1994) encontraron que cuando D90/D50 es igual a 1.8 se puede suponer el

acorazamiento del lecho. La columna de σ es la desviación estándar de cada muestra suponiendo una distribución normal. En

ríos de material no uniforme, este parámetro varía normalmente entre 0.2 y 0.45.

Tabla 9. Características del sedimento en el río BananitoMuestra D50 D84 D90 D90/D50 σ

(mm) (mm) (mm) - -1 21 38 47 2.2 0,262 11 34 40 3.6 0,493 32 50 57 1.8 0,194 9 33 40 4.4 0,565 2 13 17 8.5 0,816 8 22 28 3.5 0,447 37 58 65 1.7 0,195


82

3.4. Capacidad hidráulica del cauce

El objetivo de esta parte del estudio es calcular el nivel de agua para diferentes caudales, y determinar el caudal que llena

el cauce sin inundar la planicie.

Para el cálculo de los niveles de agua, en el área de estudio, se utilizó el programa HEC-RAS. Este software modela

unidimensionalmente los cálculos para flujos laminares y flujos turbulentos, y consiste en un sistema con un software integrado y

diseñado para el uso interactivo y para diferentes ambientes, el cual permite su aplicación con múltiples variables.

Fue aplicado sobre un tramo de aproximadamente 500 metros (Véase figs. 28 y 29) en el sector de la toma, el cual, a la

vez, comprende siete secciones transversales que se distribuyen a lo largo de este sitio de estudio. (Véase el anexo 9). Las

características más importantes de estas siete secciones se muestran en la tabla 10.

83

Figs. 28 y 29. Tramo y secciones del río Bananito en SE1

pruebatoma

6

5

4.1

4

3

2

1

bananito

5

4.1

4

3

2

1

prueba2 Plan: existing conditions run 9/8/2006 Legend

WS 1 año

Ground

Bank Sta


84

Tabla 10. Estacionamiento de las secciones y nivel mínimo Secciones 1 2 3 4 5 6 7

Est.

(m)

0 117,57 164,64 273,41 348,36 401,64 536,28

Fondo

(msnm)

7,95 7,85 8.02 6,83 8,45 9,4 8,76


La resistencia al flujo en el lecho fue calculada con base en las características geométricas de una sección promedio y la

utilización del D84 de las muestras granulométricas disponibles. Estos datos se introdujeron en la ecuación de resistencia de Hey

(1979), para obtener valores de la n de Manning en función del tirante y del sedimento en el lecho. Hey utilizó una ecuación tipo

Keulegan para estimar el coeficiente de fricción en ríos con lecho de grava. Este investigador propuso que la rugosidad en el

lecho equivale a 3.5 veces el D84.

Los resultados de este cálculo se muestran en la fig. 30, donde h es el tirante medio y n el coeficiente de resistencia de

Manning.

Fig. 30. Variación de la n de Manning con el tirante y el D84 en SE1

85

0.020

0.0220.024

0.0260.0280.030

0.0320.034

0.0360.038

0 1 2 3 4h (m)

n (s

/m^1

/3)

Serie1

Serie2

Serie3

Serie4

Serie5

Serie6

Serie7


La fig. 30 muestra la variación de la n de Manning con el tirante para las siete muestras de sedimento disponibles. Estas

rugosidades se aplicaron en el cauce principal de cada sección, de acuerdo con las características del sedimento observado. En la

planicie de inundación se estimó la rugosidad con base en la observación de campo y las referencias disponibles (Chow, 1984;

Masterman y Thorne, 1992 y Freeman et al., 1998).

Se simularon los caudales con períodos de retorno de 1, 2, 5 y 10 años, para observar los niveles alcanzados y determinar

el caudal que llena el cauce principal. También se simularon caudales de 50, 100 y 150 m3/s, para observar los niveles que estos

alcanzan y el perfil gradualmente variado del agua.

86

En la fig. 31 se muestran las curvas del nivel de agua para cada caudal y el perfil del fondo del canal a lo largo de la zona

de estudio. La distancia en el eje de las ordenadas inicia en la primera sección de aguas abajo (sección 1). (Véase el anexo 9).

De esta figura se puede concluir que caudales mayores a 275 m3/s empiezan a inundar la zona alrededor de la estación de

bombeo. Se puede apreciar que, desde la sección 3 hasta la sección 5, en el sector donde está ubicada la rejilla, se forma una

especie de poza; esto se debe a que el muro forma un control, disminuyendo considerablemente el área hidráulica.

Fig 31. Perfil longitudinal de la superficie del agua para diferentes caudales en SE1

0 100 200 300 400 500 600991

992

993

994

995

996

997

998

prueba2 Plan: existing conditions run 9/8/2006

Main Channel Distance (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

WS Q= 589 10 años

WS Q= 501 5 años

WS Q= 374 2 años

WS Q= 275 format

WS Q= 204 1año

WS Q=150

WS Q=100

WS Q=50

Ground

2 3 4 4.1

5 6

bananito pruebatoma

Fuente: Hec-Ras.

87

En el anexo 10 se muestra el plano de curvas de nivel en la zona de estudio con el espejo de agua, alcanzado por el caudal

de 275 m3/s.

3.5. Capacidad de transporte de sedimentos

El arrastre de sedimentos, en el presente caso, se debe calcular con ecuaciones válidas para sedimento bien graduado o no

uniforme. Se utilizará la ecuación de Meyer-Peter-Muller (MPM), la cual es aplicable a nuestro caso.

Dado que el material no tiene tamaño uniforme, la ecuación se aplica a cada rango de tamaño en la curva granulométrica,

para obtener el arrastre total como la suma del arrastre en cada rango.

La curva granulométrica número 4 en la fig. 26 se utilizó para el cálculo de arrastre, de sedimentos; en ésta el diámetro

medio fue de 18 mm. Se consideró que esta curva resumía adecuadamente los diferentes tamaños de sedimento encontrados en

las demás muestras.

Se calculó el arrastre de sedimentos solo para el caudal que llena el cauce con un caudal de 275 m3/s, porque éste

corresponde al llamado caudal formativo. Los datos hidráulicos requeridos por las ecuaciones de sedimentos se tomaron de la

simulación descrita en el apartado anterior. El método usado se conoce como “cálculo desacoplado” porque el cálculo hidráulico

se hace independientemente del cálculo de sedimentos. Este procedimiento es menos preciso, pero es más simple y conservador.

Los resultados obtenidos se resumen en la fig. 32, la cual presenta la concentración total de sedimento Qs, obtenida con la

ecuación en cada sección aplicando la ecuación de Meyer-Peter-Muller.

88

Fig. 32. Arrastre de sedimento por el fondo en cada sección y para los diferentes caudales analizados en Hec-Ras

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

50 100 150 204 275 374

Q (m3/s)

Qs

(m3/

s)

sección 1 sección 2 sección 3 sección 4 sección 5 sección 6 sección 7


En las figuras 32 y 33 se puede apreciar la relación que existe en el arrastre de sedimentos con respecto a la velocidad. Al

analizar las secciones desde los 50 m3/s hasta el caudal formativo, se puede observar una tendencia normal de crecimiento debido

al aumento del área hidráulica. Sin embargo, con el caudal de 374 m3/s se dan variaciones en algunas secciones, las cuales están

89

fuera de la tendencia normal, debido a que, al ser mayor al caudal formativo, se produce el desbordamiento del agua hacia las

llanuras de inundación. Se puede decir que el arrastre es muy alto, a pesar de que la velocidad se mantiene casi constante para los

distintos caudales.

La fig. 33 muestra la variación de la velocidad media, Vm, en cada sección. De las ecuaciones de sedimento se sabe que el

arrastre es directamente proporcional a la velocidad media de la sección. Le velocidad promedio en SE1 es de 1.38 m/s para Q =

275 m3/s, pero en la sección 7 se reduce a 1.06 m/s; esto explica la disminución abrupta de la capacidad de arrastre.

90

Fig. 33. Velocidades medias en cada sección de SE1

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

50 100 150 204 275 374

Q (m3/s)

v (m

/s)

sección 1 sección 2 sección 3 sección 4 sección 5 sección 6 sección 7


3.6. Caracterización morfológica

El río Bananito puede ser catalogado como un río con lecho de grava. En este tipo de ríos se identifican cinco variables

independientes que controlan la morfología del cauce: caudal, carga de sedimento por el fondo, tamaño del material en lecho,

características del material en las márgenes y la pendiente del valle.

91

Cualquier variación natural o artificial de estas características produciría un desequilibrio en la morfología del cauce. Esto

genera un proceso de adaptación del río hacia un nuevo estado de equilibrio. A continuación se discuten las variables

dependientes en el río Bananito en el sitio de toma.

El SE1 se encuentra en una sección del río con pendientes del orden del 0,26 %, por lo que se califica como río de tipo

dunas y rizos, tipo de sedimento arena y su fuente es fluvial, falla de las márgenes y formas de fondo, de acuerdo con la

clasificación de Montgomery–Buffington. Al poseer características aluviales predominan sedimentos de tipo arenoso, gravas y

algunos lentes de material arcilloso.

3.6.1. Dimensiones del cauce

Existe una serie de relaciones empíricas para estimar las variables dependientes, con base en el conocimiento de una o

algunas de las variables independientes. También se han creado modelos numéricos, pero son de aplicación muy limitada. La

forma más confiable de estudiar el comportamiento de un río es mediante el uso de un modelo físico; sin embargo, para el

presente caso solo es posible el uso de relaciones empíricas.

Las fórmulas se basan principalmente en el conocimiento del caudal formativo o caudal dominante; algunas incluyen las

características del sedimento, pero dada su variabilidad espacial, se prefiere usar ecuaciones que no incluyan este aspecto.

La variación del caudal en el tiempo crea una dificultad importante en el estudio de un río, y por ello se creó el concepto

de “caudal formativo”, término ficticio que supone que la morfología de un cauce se puede explicar a través de un caudal

determinado. Este caudal es usualmente tomado como el caudal que llena el cauce principal o el caudal con un período de retorno

de 1.5 a 2 años. En este estudio se supondrá el caudal a cauce lleno como el caudal formativo.

92

Las fórmulas empíricas se han obtenido del análisis estadístico de ríos que presentan condiciones de estabilidad, y tienen

su origen en la teoría de régimen propuesta por Blench en 1957. Entre estas se ha encontrado que las propuestas por Hey y

Thorne (1986) son las que mejor se adaptan a los ríos nacionales. A continuación se presentan algunas de las ecuaciones

propuestas en la referencia citada:

5.073.2 bQB = (ec. 66)

35.033.0 bQd = (ec. 67)

2.0008.0 −= bQS (ec. 68)

En estas ecuaciones Qb es caudal a cauce lleno, B es el ancho del cauce, d es el tirante medio y S es la pendiente del canal.

Como ya se vio en la capacidad hidráulica del cauce, el caudal que llena el cauce es 275 m3/s. Al sustituir Qb=275 m3/s

encontramos que teóricamente un cauce estable tendría una ancho de 45 m, un tirante medio de 2.35 m y una pendiente de 2.6x10-

3

Es interesante adelantar que después de observar la topografía actual y las fotografías aéreas, encontramos que el único

tramo estable está entre las secciones en las inmediaciones de la toma de aguas de AyA (SE1). El ancho promedio del canal en

este tramo es de 46 m y el tirante es aproximadamente 4,13 m; estos valores casi coinciden con los estimados con las ecuaciones

anteriores.

Sin embargo, la falla de las márgenes es un hecho observado, como se muestra en la fig. 34, aunque esto puede explicarse

por el proceso de adaptación que esta sufriendo el río en la actualidad, o por inestabilidad propia del material que forma las

márgenes.

93

Fig. 34. Falla en la margen derecha del río Bananito


3.6.2. Pendiente longitudinal y forma en planta

En la fig. 35 se muestra el perfil longitudinal del río Bananito desde su nacimiento hasta la desembocadura. En esta figura

se incluyen los ríos Gobán, Tuguela y Burrico, en lo que se considera la parte media de la cuenca. Estos afluentes son una fuente

importante de sedimento, y su confluencia coincide con la zona donde se observó una gran cantidad de sedimento almacenado en

el cauce. Además, entre la confluencia de los afluentes principales y el río Burrico, en el río Bananito existe mayor movimiento

lateral.

94

Fig. 35. Perfil longitudinal de los ríos Bananito, Gobán, Tuguela y Quebrada Burrico


El río Bananito es corto, con casi la mitad de su longitud en una zona montañosa y el resto en zona aluvial. De esta

característica se infiere que debe presentar avenidas rápidas con caudales pico altos y un importante arrastre de sedimento grueso,

que debe ser depositado, en su mayoría, en su parte media, donde la pendiente disminuye drásticamente.

El río tenía un patrón de meandro con un índice igual a 1.8 en la parte baja. Dicho índice se define como la longitud a lo

largo del meandro entre la longitud de onda del mismo. Se considera que el índice es alto cuando es mayor o igual a 2. Un valor

alto es señal de un río inestable, ya que cuanto mayor sea el índice de sinuosidad hay mayor probabilidad de corte en curvas.

95

En la SE1 la pendiente promedio es de 0,0026, y se observó un patrón débil de “rápido-poza”, que es el reflejo de barras

de material del tipo transversal o longitudinal no consolidadas. Se observó que en algunos tramos el cauce no está bien definido e,

incluso, se encontraron cauces abandonados de longitud importante.

Para observar más claramente el comportamiento del río Bananito, en su parte baja, se digitalizó el cauce en las fotos

aéreas desde la desembocadura hasta el pueblo de Bananito Sur, y se sobrepusieron todas en el mismo dibujo. En el anexo 11 se

observa que de 1976 hasta el 2005 el río se había movido muy poco; pero en 1998 su alineamiento ha ido cambiando en forma

artificial. El efecto es una reducción de la longitud del cauce, que produce un aumento en la pendiente; ésta produce un aumento

en la capacidad de transporte y en la capacidad erosiva del río. El proceso de adaptación consiste en una disminución de la

energía del flujo, disminuyendo la pendiente a través de la erosión del fondo y del aumento de la longitud del río. Esto pudo ser

una razón de que el río se erosionara cerca de la carretera.

En el anexo 9 se presenta la topografía actual de la SE1, y comparando con las secciones ubicadas en el sitio de estudio;

mostradas en el anexo 12, es claro el movimiento del río. En la sección 10 se dio el corte en el meandro, que entraba agudamente

en la margen izquierda antes y durante 1976. La zona pantanosa que atraviesa actualmente el camino de acceso a la estación de

bombeo es una huella dejada por ese antiguo cauce. En la fotografía aérea de 1991 se puede ver una pequeña laguna en esa zona.

De acuerdo con las características en planta, el sitio actual de toma está ubicado en la parte interna de un meandro; esto

produce varios efectos negativos, y el más evidente es la evolución del meandro, como se puede apreciar en el anexo 11, pues el

río tiene la tendencia a desplazarse hacia la margen derecha, dejando depósitos de materiales arrastrados en la margen izquierda,

que es donde está la toma. Por tal razón se podría afirmar que se está truncando la evolución de este meandro, produciendo las

fuertes alteraciones aguas arriba, que se ven cuando se hace la comparación de las fotografías aéreas.

Además de sus características relevantes, como el hecho de tener un solo cauce con gran cantidad de curvas, se observan

las barras alternadas en la orilla interior a las curvas. En este análisis se observó que el río ha sido más activo en su tramo medio,

96

sobre todo después del terremoto de Limón en 1991. Dicho sismo provocó deslizamientos en la parte alta de la cuenca, que

produjeron una gran cantidad de sedimento que el río no puede manejar. En las fotografías se ven barras laterales en el tramo

medio que se mueven hacia aguas abajo y llegan a obstruir el cauce, causando la migración lateral del río.

En la parte baja el río siempre ha tenido un índice de meandro alto, pero los cambios en planta fueron significativos hasta

inicios de los años 90. En esa época se inició la explotación bananera en ambas márgenes. En 1988, aproximadamente el 70% de

la planicie de margen derecha estaba cubierto por bosque, mientras que ya en 1991 el bosque había desaparecido por completo, y

los trabajos de rectificación en el río se volvían evidentes. En las fotos de 1998 el río había sido intervenido significativamente.

La compañía bananera se vio en la necesidad de construir diques, canales de drenaje, cortar curvas y defender márgenes

colocando vagones del ferrocarril. Sin embargo, al parecer dichas acciones se hicieron sin prever los efectos de sobre la

morfología del río. (Véase la fig. 36).

El tramo recto, donde se localiza la toma de aguas, ha mostrado ser estable en las fotografías analizadas. Se observaron

evidencias de erosión leve en las márgenes, pero no se encontraron barras de sedimento lateral, a pesar de que éstas sí se

observaron en las fotografías aéreas. Normalmente un tramo recto es inestable porque se producen barras laterales que provocan

la erosión de las márgenes. En este tramo se observó una deposición de arena causada, quizás, porque el control formado en la

sección de toma disminuye las velocidades aguas arriba (efecto remanso). La arena depositada es fácilmente removible por la

corriente durante avenidas de tipo medio, y parte de ésta posiblemente afecte la toma actual.

97

Fig. 36. Vagones del ferrocarril puestos en la margen derecha del río Bananito


Las márgenes son principalmente de arcilla y limo con arena, formadas por el mismo río. Por lo tanto, son fácilmente

erosionadas y/o desestabilizadas por la corriente. En la fig. 37 se muestra la parte externa de una curva.

98

Fig. 37. Margen externa en la curva, río Bananito


En esa misma fig. 37 se observa el estado crítico de la parte externa de esta curva. Sin embargo, puede ser que la

migración hacia la margen haya disminuido recientemente, ya que se observó el afloramiento de un estrato de suelo más resistente

al pie del talud.

En la sección 6 (Véase el anexo 12) se observa una barra longitudinal que también se observó en la fotografía aérea de

1976. Las barras de este tipo son poco estables. En este caso, su formación se debe a que en esta sección el cauce es muy amplio

99

y, como se ve en la fig. 30, la capacidad de arrastre disminuye drásticamente produciendo deposición. Es posible que en este

punto el río presente un movimiento del cauce importante en corto tiempo.

La significativa capacidad de arrastre en la sección 5 puede dar origen a la migración de la curva dentro de la margen

derecha, lo que ya ha ocurrido anteriormente (Véase el anexo 12). En esta sección hay una importante barra puntual de arena en

la parte interna de la curva, lo que indica un flujo helicoidal significativo.

La curva de la sección 3 se inició después de 1996 y ha avanzando muy rápidamente (aproximadamente 80 m en 2 años).

Su relación radio/ancho es de 1.8. Esta curva estuvo mucho tiempo localizada a unos 200 m aguas arriba de su punto actual. Sin

embargo, el movimiento de una gran barra lateral en la margen izquierda, vista en la fotografía aérea de 1996, debe haber llenado

el cauce en ese punto, obligando al río a erosionar un nuevo canal.

En la fotografía del 2005 se puede observar cómo el cauce es más ancho; además en la margen derecha, donde está el

meandro, alcanzó los vagones de ferrocarril instalados para proteger las márgenes; se ve claramente cómo el meandro sigue su

evolución lentamente y va desgastando los taludes existentes en la parte externa del meandro.

3.6.3. Acorazamiento del lecho

En los muestreos realizados se pudo comprobar que, en el lecho del río, existe una capa superficial más gruesa, y al

removerla se pueden encontrar materiales más finos, por lo que se puede afirmar que el río Bananito cuenta con un lecho

acorazado en ese tramo. Debido a esto, cuando se dan crecidas normales el arrastre de sedimentos va a ser mínimo, ya que no se

rompe la coraza superficial; tienen que darse crecidas importantes para romper esta coraza y arrastrar los materiales finos hacia la

parte baja de las piedras de diámetro medio y grande.

100

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS DE LA CUENCA DEL RÍO BANANO

4.1. Aspectos generales de la cuenca

Con base en los resultados de los estudios y problemas mencionados en el capítulo 3 con respecto a las dificultades de la

toma de aguas en el río Bananito, se vio la necesidad de buscar otra opción para la captación de aguas, motivo por el cual se optó

por estudiar la cuenca del río Banano.

La cuenca del río Banano se ubica entre las coordenadas extremas de 196.000 a 216.000 Norte Falso y 618.000 hasta

647.000 Este Falso.

En las giras realizadas a la cuenca (Véase el anexo 6), se pudo hacer una evaluación para determinar los sitios potenciales

de estudio, para la ubicación de la toma de aguas. Estos sitios se denominan como SE2 (opción en el río Banano), SE3 (opción en

el río Nuevo), SE4 (para el río Aguas Zarcas) y SE5 (para la opción de rehabilitar la toma ubicada en La Bomba).

Al igual que en la cuenca del río Bananito, en el río Banano también se realizaron muestreos para las pruebas de calidad de

agua y de granulometría (Véase el anexo 7), en los cauces principales y los sitios que se escogieron como una posible ubicación

de toma, mencionados en el párrafo anterior.

Los resultados de la pruebas de calidad de agua se ven a continuación en la tabla 11, en los que se refleja en general una

muy buena calidad de los afluentes en la parte alta de la cuenca, como lo son el río Segundo y el río Tercero, entre otros.

101

Como se puede observar, los ríos Tercero y Nuevo presentan una calidad bacteriológica buena; en cuanto a color y

turbiedad poseen valores relativamente bajos. Luego el muestreo realizado en el SE2 muestra calidades excelentes, lo que refleja

la capacidad de regeneración natural del río Banano en su parte alta, donde la cuenca no se ha visto muy afectada. Como último

punto se analizó un sitio cerca de la desembocadura, mostrando valores que están entre aceptables y buenos. Todos estos análisis

puntuales demuestran que la cuenca tiene características constantes en toda su área de recarga, con parámetros bastante buenos

para el consumo humano.

Tabla 11. Análisis de calidad del agua en la cuenca del río Banano (07-09-2005)

Procedencia Río TerceroRío Aguas

Zarcas Río Nuevo Río Segundo Río Banano Río Banano

Ubicación

50 mts antes

de la

confluencia con

Río Banano

500 mts antes

de la

confluencia con

Río Banano

500 mts antes

de la conflu-

fluncia con el

Río Banano

50 mts antes

de la

confluencia con

Río Banano

200 mts antes

de la con-

fluencia con

Río Tercero

Desembocadu-

raLatitud 207.655 209.04 207.733 207.605 211.648

Longitud 625.874 682,5 625.977 625.867 644.006Coliformes* 100mL-1 23 3,6 43 43 - 240

Calidad Buena Excelente Buena Buena Excelente RegularColor 8 3 9 7 5 11

Turbiedad 0,46 0,42 0,61 0,31 0,27 2SSS 0 0 0 0 0 0

Conductividad 122 259 161 260 109 214Olor NEGATIVO NEGATIVO NEGATIVO NEGATIVO NEGATIVO NEGATIVOPH 7,99 8,27 8,1 8,28 7,94 8.27

Alcalinidad total 59 114 74 121 49 95

Dureza total 51 118 71 18 47 95

102

Dureza de calcio 41 102 57 93 37 79

Dureza de magnesio 10 16 14 15 10 16Sulfatos 6,67 13,83 5,96 9,87 5,46 12.03Cloruros 2,67 2,39 1,18 1,83 1,56 2.75Fluoruros 0,1 0,2 0,15 0,1 0,15 .15Nitratos 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 .81Sodio 5,5 9 5 12,5 3,5 8

Potasio 1 1 1 1 1 1Fuente: Los autores.

4.1.1. Ubicación de sitios de estudio

Como ya se mencionó, se determinaron 4 sitios de estudio, los cuales reúnen las características adecuadas para ubicar un

sitio de toma en la cuenca del Banano. La tabla 12 muestra las ubicaciones geográficas de cada uno de los sitios, los cuales

también se encuentran en el mapa de sitios de estudio. (Véase el anexo 8)

Tabla 12. Ubicación de los sitios de estudio en la cuenca de río BananoSitios de estudios SE2 SE3 SE4 SE5Nombre del Cauce Río Banano

AsunciónRío Nuevo Río Aguas

ZarcasRío Banano, La Bomba

Coordenadas: latitud 207.084 206.474 204.242 211.488 longitud 625.229 626.519 630.945 638.832Elevación ( m.s.n.m. ) 250 220 210 20Fuente: Los autores.

103

4.1.2. Información hidrológica

El traslado de los caudales promedio mensuales se hizo con la razón de las áreas de drenaje, utilizando los datos obtenidos

de la estación Asunción.

En la fig. 38 se presentan los caudales promedio por mes para cada uno de los sitios propuestos para el estudio. En la tabla

13 se muestran los valores más importantes de cada uno de los puntos de estudio para relacionarlos con este análisis.

Fig. 38. Caudales medios para los sitios de estudio en la cuenca del río Banano

Caudales Promedio

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

mayo junio juli

oagost

o

setiem

breoct

ubre

noviembre

diciem

breenero

febrer

omarz

o abril

Meses

Q (m

3/s)

La BombaRío BananoRío NuevoRío Aguas Zarcas


104

Tabla 13 Caudal promedio anual para SE2, SE3, SE4 y SE5SE2 SE3 SE4 SE5

Nombre del Cauce Río BananoAsunción

Río Nuevo Río Aguas Zarcas

Río Banano, La Bomba

Área de Drenaje 54,66 29,94 24,29 178,42Q. Prom. Anual 9,618 5,26 4,27 31,39


Con base en la estadística de caudales extremos en la estación Asunción, se obtuvieron los caudales máximos instantáneos

probables para los diferentes sitios de estudio de la cuenca. A partir de esos valores se obtuvieron los caudales extremos en cada

sitio, por medio de la ecuación de Creager. Fig. 39. Análisis de frecuencia de caudales de los sitios de estudio en la cuenca de río Banano

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1 10 100 1000

T ( años )

Q (

m3/

s ) SE 5

SE 3SE 2SE 4


105

La fig. 39 muestra el resultado del traslado del análisis de frecuencia de avenidas extremas, donde T es el período de

retorno y Q es el caudal instantáneo asociado.

La distribución de probabilidad de mejor ajuste fue la de Pearson Tipo 3 (método de momentos). Los puntos más

relevantes se muestran en la tabla 14.

Tabla 14. Análisis de frecuencia de caudales para SE2, SE3, SE4 y SE5Periodos

de Retorno (años) 1 2 5 10Q(m3/s) -SE2 175 540 834 1073Q(m3/s) -SE3 146 450 695 894Q(m3/s) -SE4 136 421 650 836Q(m3/s) -SE5 239 741 1144 1471


4.1.3. Granulometría del sedimento

Al igual que en la cuenca del río Banano, se realizó un recorrido por sus cauces principales, haciendo muestreos para

estudios de granulometría tanto en las márgenes como en el cauce principal, utilizando los métodos lineales y por fotografía.

Como se puede observar en la fig. 40, la curva para el SE2, correspondiente a la parte alta de la cuenca, tiene un tamaño de

sedimento más grande que los demás, donde predominan las gravas gruesas y bolones. La curva del SE4 corresponde a la

106

confluencia con el río Banano, donde se observan sedimentos con un tamaño muy parecido al de los obtenidos en las cercanías de

La Bomba, sitio donde el sedimento se compone de gravas de medianas a finas y arenas.

Fig. 40. Curva granulométrica, varias muestras en la cuenca del río Banano

010

2030

4050

6070

8090

100

1 10 100 1000 10000

Di (m m )

% M

enor

o ig

ual

S.E. 5 Cauce

S.E. 5 Margen derecha

S.E. 2 Margen

S.E. 4


De la fig. 40 se obtiene la tabla 15, que resume los parámetros más importantes que serán utilizados en las fórmulas para el

arrastre de sedimentos. De acuerdo con las cuatro gráficas obtenidas se calculó para cada una el diámetro medio. Para los

posteriores cálculos se utilizó este diámetro, el cual reflejará las características de cada una de las gráficas, incluyendo el diámetro

medio a utilizar para cada uno de los sitios.

107

Tabla 15. Características del sedimento en el río BananoMuestra D50 D84 D90 D90/D50 σ Dm

(mm) (mm) (mm) - - (mm)SE2 390 730 850 2.179 0.272 640.97SE4 49 155 190 3.878 0.500 112.48

SE5 md11 48 115 130 2.708 0.379 85.88SE5 c12 34 68 80 2.353 0.301 58.64


4.1.4. Pendiente longitudinal

En la fig. 41 se muestra el perfil longitudinal del río Banano desde su nacimiento hasta la desembocadura. Se incluyen los

ríos Segundo, Tercero, Nuevo y Aguas Zarcas, en lo que se considera la parte media de la cuenca. Estos afluentes son una fuente

importante de sedimento, y su confluencia coincide con la zona donde se observó una gran cantidad de sedimento almacenado en

el cauce. En la confluencia del río Aguas Zarcas con el río Banano se evidencia una mayor cantidad de sedimento de gran

tamaño; además, se producen apreciables desplazamientos del cauce sobre su llanura de inundación, moviéndose constantemente

en cada crecida.

11 md: muestreo realizado en la margen derecha.12 c: muestreo realizado en el cauce del río.

108

Fig. 41. Perfil longitudinal de los ríos Banano, Nuevo, Segundo, Tercero y Aguas Zarcas

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

distancia(Km)

elev

ació

n(m

snm

)

Rio Banano Rio Nuevo R. Aguas Zarcas R. Tercero R. Segundo


4.1.5. Acorazamiento del lecho

Se pudo comprobar que en el lecho del río, en diferentes elevaciones, existe una capa superficial más gruesa, y al

removerla se pueden encontrar materiales más finos; por tal razón se puede afirmar que el río Banano cuenta con un lecho

109

acorazado desde la confluencia de los ríos Segundo y Tercero hasta el sitio denominado La Bomba. Debido a esto, cuando se dan

crecidas normales el arrastre de sedimentos va a ser mínimo, ya que no se rompe la coraza superficial; tienen que darse crecidas

importantes para romper esta coraza y arrastrar el material fino bajo las piedras de diámetro medio y grande.

4.2. Análisis para los diferentes sitios de estudio

4.2.1. Río Banano en Asunción (SE2)

Este sitio de estudio, ubicado antes de la confluencia con los ríos Segundo y Tercero, se presenta como una opción para

ubicar una estructura de toma, ya que cuenta con condiciones apropiadas como lo son la excelente calidad del agua, caudal

suficiente para abastecer la demanda actual y futura, además de que cuenta con suficiente nivel para poder pensar en una

conducción por gravedad, y al no requerirse bombeo, disminuirían considerablemente los costos de operación. (Véanse las figs. 42

y 43). Bajo estos supuestos, en este apartado se realizará un estudio de sus características morfológicas y capacidades de

transporte de sedimento, para ser comparado con otros posibles sitios que puedan presentar mejor rendimiento que la actual toma

de aguas ubicada en el río Bananito.

110

Figs. 42 y 43. Río Banano en SE2


4.2.1.1 Capacidad hidráulica del cauce

En este sitio no existen estudios topográficos del cauce; por lo tanto, para modelar la capacidad hidráulica del río en Hec-

Ras fue necesario utilizar las secciones transversales obtenidas de las mediciones de caudal, en los últimos meses. Se utilizó un

tramo aproximado de 500 m, con 4 secciones transversales. (Véase el anexo 13). Para poder tener una elevación aproximada de

las secciones obtenidas, se utilizó la cartografía (CARTA, 2003), con curvas de nivel cada 10 m. (Véase la tabla 16).

Tabla 16 Estacionamiento de las secciones y nivel mínimo Secciones 1 2 3 4Est. (m) 0 150 300 450

Fondo (msnm) 230 240 245 250 Fuente: Los autores.

111

Según la ecuación de resistencia de Hey (1979) y los datos obtenidos del sitio, se obtuvo el siguiente gráfico (Véase la fig.

44), que muestra los valores de la n de Manning en función del tirante y del sedimento en el lecho, donde h es el tirante medio y n

el coeficiente de resistencia de Manning.

Fig. 44. Variación del n de Manning con el tirante y el D84 en SE2

Variación de n con el tirante y el D84

0,020

0,120

0,220

0,320

0,420

0,520

0,620

0 1 2 3 4

h (m)

n (s

/m^1

/3)

Serie1


La fig. 44 muestra la variación de la n de Manning con el tirante para la muestra de sedimento disponible. Como puede

observarse, estos son valores muy altos. Esta rugosidad se aplicó en el cauce principal de cada una de las 4 secciones de acuerdo

112

con las características del sedimento observado. En la planicie de inundación se estimó la rugosidad con base en la observación

de campo y las referencias disponibles (Chow, 1984; Masterman y Thorne, 1992 y Freeman et al., 1998).

En la fig. 45 se muestran las curvas del nivel de agua para cada uno de los periodos de retorno y otros caudales simulados;

además del perfil del fondo del canal a lo largo del tramo evaluado.

Fig. 45. Perfil longitudinal de la superficie del agua para diferentes caudales en SE2

0 100 200 300 400 500230

235

240

245

250

255

Banano Asuncion Plan: Plan 01 10/17/2006 Geom: secciones banano asuncion


Ele

vatio

n (

m)

Legend

WS 1073 m3 /s

WS 834 m3 /s

WS 540 m3 /s

WS 180 m3/s forma

WS 175 m3 / s

WS 150 m3 / s

WS 100 m3 /s

WS 50 m3 /s

Ground

Bananito Asuncion

Fuente: Hec-Ras.

De esta figura se puede deducir que este tramo tiene un caudal formativo de 180 m3/s . Además, se puede observar que la

pendiente de esta sección es bastante fuerte, y que las líneas que representan el nivel del agua mantienen una forma paralela a la

del fondo, por lo que se puede decir que el flujo en esta sección es supercrítico y con un arrastre de sedimentos muy dinámico.

Esto es producto de que no existen obstáculos aguas abajo que controlen los niveles del agua, produciendo altas velocidades. En

113

el anexo 14 se puede apreciar el plano de las curvas de nivel con el espejo de agua alcanzado por 180m 3/s que corresponde al

caudal formativo.

4.2.1.2 Capacidad de transporte de sedimentosPor la similitud de los sedimentos de ambas cuencas, el río Banano también debe ser evaluado por las ecuaciones válidas

para sedimento bien graduado o no uniforme. Por esta característica se utiliza la fórmula de Meyer-Peter-Muller (MPM).

De la curva granulométrica se obtiene un diámetro medio de 0.086, y se calcula el arrastre de sedimentos para el caudal

formativo de 180m3/s. Los resultados obtenidos se resumen en la fig. 46, la cual presenta la concentración total de sedimento Qs,

obtenida con la ecuación en cada sección aplicando la ecuación de Meyer-Peter-Muller. Fig. 46. Arrastre de sedimento por el fondo en cada sección y para los diferentes caudales

analizados en Hec-Ras

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

9,000

50 100 150 175 180 540

Q (m3/s)

Qs

(m3/

s)

sección 1 sección 2 sección 3 sección 4


114

De esta figura se puede concluir que los caudales menores a 200 m3/s van a producir arrastres de sedimentos inferiores a

los 2 m3/s, debido a que el sedimento en esta zona es bastante grande (Véanse las figs. 47 y 48), y por motivo del acorazamiento

del lecho es muy difícil moverlos. Sin embargo el caudal de 540 m3/s, que corresponde a una avenida con un periodo de retorno

de 2 años, es capaz de romper el acorazamiento y arrastrar volúmenes de 6 a 8.5 m3/s de sedimento.

Figs. 47 y 48. Tipo de sedimentos en el lecho y márgenes de la SE2


115


0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

50 100 150 175 180 540

Q (m3/s)

v (m

/s)

sección 1 sección 2 sección 3 sección 4

Fuente: Los Autores.

La fig. 49 muestra la variación de la velocidad media, Vm, en cada sección. De las ecuaciones de sedimento se sabe que el

arrastre es directamente proporcional a la velocidad media de la sección. En esta sección no hay mucha variación de la velocidad

del flujo, pues se mantiene muy estable y es relativamente alta, ya que existe un ámbito de 2 a 7 m/s. La velocidad de cada una de

las secciones es regulada por el área del cauce de acuerdo con los diferentes caudales. Es por eso que no se ven variaciones muy

fuertes en este tramo.

116

4.2.1.3 Caracterización morfológica

El río Banano, en este sitio de estudio, puede ser catalogado como un río con lecho de grava. Además, esta sección tiene

una pendiente del orden de 4%, por lo que aquí se puede calificar como río de tipo grada-poza, de acuerdo con la clasificación de

Montgomery–Buffington. Al estar ubicado este sitio cerca del pie de monte, ya empieza a presentar características de río aluvial,

y predominan sedimentos de tipo arenoso, gravas y bolones.

4.2.1.4 Dimensiones del cauce

De acuerdo con la modelación realizada con el Hec-Ras, se obtuvo el caudal formativo de 180 m 3/s. Sin embargo, también

se utilizarán las fórmulas empíricas propuestas por Hey y Thorne (1986), que son las que mejor se adaptan a los ríos nacionales,

como ya se anotó A continuación se presentan algunas de las ecuaciones propuestas en la referencia citada:

5.073.2 bQB = (ec. 63)

35.033.0 bQd = (ec. 64)

2.0008.0 −= bQS (ec. 65)

En estas ecuaciones Qb es caudal a cauce lleno, B el ancho del cauce, d el tirante medio y S la pendiente del canal. Como

ya se vio en la capacidad hidráulica del cauce, el caudal que llena el cauce es 180 m3/s. Al sustituir Qb= 180 m3/s encontramos

que teóricamente un cauce estable tendría una ancho de 36.62 m, un tirante medio de 2.03 m y una pendiente de 0.0028.

117

4.2.1.5 Pendiente longitudinal y forma en planta

El río Banano en la parte media-alta tiene la afluencia de los ríos Segundo, Tercero y Nuevo, los cuales aportan gran

cantidad de sedimento de tamaño apreciable al cauce del Banano. En el tramo de estudio las pendientes son fuertes y, por lo

tanto, el arrastre es alto, existe poca deposición, aunque a veces se encuentran bancos de sedimentos acumulados en las márgenes.

En este sitio el río aún conserva sus características de montaña; sin embargo, poco a poco se va convirtiendo en un cauce aluvial,

ensanchando sus llanuras de inundación y disminuyendo su pendiente.

4.2.1.6 Análisis de fotografías aéreas tomadas en diferentes años

Para este sitio de estudio se cuenta con fotografías aéreas de distintos años. En el anexo 15 se pueden observar los cauces

para los años 1978 y 2003, donde el movimiento lateral ha sido casi despreciable, así como las fotografías aéreas tomadas en los

años 1988 y 1992. Sin embargo, la nubosidad no permite apreciar la totalidad del sitio estudiado.

4.2.2. Río Nuevo y Río Aguas Zarcas (SE3 y SE4)

En el “Estudio de Alternativas y Proyecto Propuesto para cambio de la toma en el río Banano, Acueducto para la Ciudad

de Limón”, realizado por los ingenieros Flores, Velásquez y Calvo, en el año 1990 se propuso los cauces de los ríos Nuevo y

Aguas Zarcas como una futura opción de toma de aguas para el AyA. Basados en esto se incluyeron como sitios de estudio 3 y 4

correspondientemente, para ser comparados con las otras opciones planteadas. (Véase la fig. 50).

118

Fig. 50. Sección de estudio SE3 río Nuevo en Asunción



Ambos sitios presentan la dificultad de acceso, ya que no es posible llegar en vehículo; se debe caminar por los cauces y

adentrándose en la montaña por aproximadamente 2 horas. Esta es la razón de que no exista una topografía reciente de los cauces.

Sin embargo, sí se cuenta con las mediciones de caudal que se realizan mes a mes, al menos en el sitio del río Nuevo. Del río

Aguas Zarcas la información con que se cuenta es que está cercano a la confluencia con el río Banano, y no la del punto propuesto

por el informe antes mencionado.

119

Ambos cauces tienen características que son muy similares a las de la SE2, ya que se encuentran en sitios muy cercanos y

a elevaciones similares. Sin embargo, hubo varios factores decisivos por lo que se tuvo que desechar ambas opciones: 1) el

elevado costo para la construcción de obras de presa y desviaciones del río y 2) que, al estar ubicado el sitio en una sección muy

amplia, podría llegar a divagar el río y, de este modo, dejar la toma sin agua si el río cambiara su curso. En el caso del río Nuevo,

el sitio es muy parecido al río Banano; sin embargo, los caudales son mucho más bajos y el ancho del cauce es demasiado grande.

En el caso del río Aguas Zarcas se tuvo que descartar, debido a los cambios constantes del río que, al tener un movimiento lateral

muy fuerte, ha destruido los caminos de acceso y puentes existentes en la zona; por tal razón, para acceder a un sitio que

cumpliera con las condiciones y características para las obras, se tendría que llegar atravesando la llanura de inundación (Véase la

fig. 51), lo cual era un peligro inminente, debido a que en esta zona las lluvias son impredecibles y la respuesta hidrológica es

muy rápida; por lo tanto este sitio no pudo ser estudiado a fondo como para ser comparado con las opciones que en este estudio se

presentan.

120

Fig. 51. Vehículo atascado en el cauce del río Aguas Zarcas



De acuerdo con la cartografía con la que se cuenta, se puede decir que el río Nuevo cuenta con pendientes del orden de

3,66%, clasificando como río tipo fondo plano y pozas forzadas; mientras que el río Aguas Zarcas tiene un perfil menos

pronunciado (aproximadamente del 3.06 %), de lo cual se puede decir que también es un río tipo fondo plano y pozas. Los

materiales de tipo arena, gravas y bolones son evidentes en ambos sitios.

121


En el recorrido realizado por el río Nuevo se encontraron varios sitios, que presentaban características favorables para la

construcción de las obras hidráulicas. Sin embargo, presentan un ancho de cauce muy grande, que está entre los 95 m de longitud,

lo que obligaría a realizar una presa muy grande, con un costo muy alto, y una presa de baja altura no es factible para esos anchos.

No es posible garantizar la captación, ya que el río puede divagar en el ancho.

El río Aguas Zarcas presenta condiciones similares pero más críticas, debido a que en ese sitio aún el tiende a divagar por

su llanura de inundación, sin mantener un cauce fijo. Al tener este sitio forma trenzada, dificultaría en gran medida el diseño de

las estructuras, ya que es muy claro el constante cambio de dirección del río.


En el río Nuevo se pueden encontrar características de los ríos de montaña: un solo cauce bien definido, no hay presencia

de muchos meandros, las pendientes son fuertes y es frecuente encontrar caídas de agua. Sin embargo, es posible afirmar que se

encuentra cerca de la transición a río aluvial, ya que en el sitio empiezan a verse más amplios las márgenes inundables. Debido a

que la velocidad del flujo es bastante alta, el arrastre de sedimentos es muy alto, por lo que se ve poca sedimentación de material

granular y fino, y predominan las rocas de gran tamaño.

Según la cartografía, el río Aguas Zarcas en este sitio ya se encuentra en la llanura aluvial; por tal razón ha perdido

completamente sus características de río de montaña, convirtiéndose en un río trenzado, expandiendo sus llanuras de inundación y

122

cambiando su cauce constantemente. Son evidentes los depósitos de materiales, como los bancos de sedimentos en las márgenes

y el acorazamiento del fondo.

4.2.3. Estación de Bombeo “La Bomba” (SE5)


En el caso de la SE5 se cuenta con un levantamiento topográfico realizado en diciembre del 2005, del cual se eligió un

tramo para ser evaluado. Este tramo cuenta con 5 secciones, en una distancia de 800 mts tomando como punto de control la

estación de bombeo. (Véase la fig. 52) Al evaluarlo en el Hec-Ras, resultó un caudal formativo de 220 m3/s. En la tabla 17 se

muestran los valores más representativos de esta corrida.

Fig. 52. Cauce río Banano y las 5 secciones analizadas en Hec-Ras

La Bomba2

5

43

2

Bana

no

Some schematic data outside default extents (see View /Set Schematic Plot Extents...)

Fuente: Hec-Ras

123

Tabla 17. Estacionamiento de las secciones y nivel mínimo Secciones 1 2 3 4 5Est. (m) 0 50.24 43.06 102.66 178.89

Fondo (msnm) 19.18 17.05 15.85 15.81 14.06 Fuente: Los autores.

Estos datos, al introducirlos en la fórmula de Hey, muestran los siguientes resultados, con respecto a h, que es el tirante

medio, y n el coeficiente de resistencia de Manning.

Fig. 53. Variación del n de Manning con el tirante y el D84 en SE5

Variación de n con el tirante y el D84

0,026

0,031

0,036

0,041

0,046

0,051

0 1 2 3 4

h (m)

n (s

/m^1

/3)

Serie1

Serie2


124

En esta sección, el n de Manning sigue siendo alto, aunque no tanto como en el sector de Asunción. Se puede apreciar que

para el cauce principal varía de 0.032 a 0.037, mientras que en la margen tiene un rango de 0.031 a 0.045. En la fig. 54 se puede

apreciar el tamaño de una de las muestras medidas por el método lineal.

Fig. 54. Sedimento muestreado en SE5


La fig. 55 muestra las curvas del nivel de agua para cada uno de los caudales de retorno, y el perfil del fondo del canal a

lo largo de la zona de estudio. La distancia en el eje de las ordenadas inicia en la primera sección aguas abajo (sección 1). (Véase

el anexo 16).

125

Fig 55. Perfil longitudinal de la superficie del agua para diferentes caudales en SE5

0 50 100 150 200 250 300 350 40014

16

18

20

22

24

26

La Bomba Plan: Plan 01 10/11/2006 Geom: Secciones la bomba


Ele

va

tio

n (

m)

Legend

WS Q = 1471 10 año

WS Q= 1144 5 año

WS Q = 741 2

WS Q = 239.5 1 a

WS 220 formativo

WS Q = 150

WS Q = 100

WS Q = 50

Ground

Bananito La Bomba

Fuente: Hec-Ras,

De esta figura se puede concluir que caudales mayores a 220 m3/s pueden ingresar a la llanura de inundación; por tal razón

se toma éste como el caudal formativo de este tramo. Como se muestra, éste es un tramo de una pendiente bastante fuerte, con

anchos de sección bastante amplios (Véase la fig. 56). Las curvas del nivel de agua para diferentes caudales tienen una forma

lineal que no se ajusta al nivel del fondo; esto se debe a que las primeras 4 secciones están aguas arriba del puente del ferrocarril,

donde se forma un control que tiende a levantar el nivel del agua; sin embargo, esto solo sucede para caudales extremos. (Véase la

fig. 57).

En el anexo 17 se muestra el plano de curvas de nivel en la zona de estudio con el espejo de agua, alcanzado por el caudal

de 220 m3/s.

126

Figs 56 y 57. Medición de caudal en cauce muy amplio del río Banano en SE5


4.2.3.2 Capacidad de transporte de sedimentos

De la curva granulométrica se obtiene un diámetro medio de 58,64 mm, y se calcula el arrastre de sedimentos para el

caudal formativo de 220 m3/s. Los resultados obtenidos se resumen en la fig. 58, la cual presenta la concentración total de

sedimento Qs, obtenida con la ecuación en cada sección,aplicando la ecuación de Meyer -Peter- Müler.

127

Fig. 58. Arrastre de sedimento por el fondo en cada sección y para los diferentes

caudales analizados en Hec-Ras

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

50 100 150 239.5 220 741

Q (m3/s)

Qs

(m3/

s)

sección 1 sección 2 sección 3 sección 4 sección 5


De esta figura se puede concluir que el acorazamiento del sedimento, como se vio en el campo, es menos fuerte que en

Asunción, por lo que necesita velocidades de flujo menores para producir el movimiento de las partículas de fondo. Además, el

sedimento, al ser más pequeño, facilita su movimiento por medio de la fuerza del agua.

128


0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

50 100 150 239.5 220 741Q (m3/s)

v (m

/s)

Serie1 Serie2 Serie3 Serie4 Serie5


La fig.59 muestra la variación de la velocidad media, Vm, en cada sección. Cada sección transversal de este tramo tiene

características geométricas muy variables, lo que da mucha transición de velocidades por medio de cada uno de los caudales

evaluados.

129


El río Banano puede ser catalogado también como un río con lecho de grava. Al ser una cuenca más grande y con

elevaciones superiores a las del río Bananito, se encuentran tamaños de sedimento más grandes en la parte alta, los cuales se van

disminuyendo en las elevaciones más bajas.

En cuanto a la pendiente, este río tiene características muy similares al Bananito, con pendientes muy fuertes en la parte

alta; en la parte media se mantienen muy estables, formándose las llanuras de inundación y convirtiéndose el cauce en trenzado.

En la parte baja las pendientes son mínimas, disminuyendo considerablemente la velocidad del flujo y a causa de esto, las

secciones transversales son más amplias, cambiando el cauce de trenzado a meandriforme y ocasionando problemas de erosión en

las márgenes y desbordamientos del río en periodos de lluvias fuertes. Además debido sus características aluviales predominan

sedimentos de tipo arenoso, gravas y bolones.


La sección de estudio se encuentra ubicada en una zona donde se pueden encontrar características de trenzado y

meandriforme a la vez, y se puede decir que es un transición entre ambas formas en planta. Esto sería una característica muy

desfavorable si no fuera por el puente del ferrocarril, que funciona como un control del río, encauzando las aguas por un solo sitio,

y manteniendo siempre una sección regular en este punto. La pendiente promedio de este sitio es de 0,83 %. Esto incide en una

mayor deposición de sedimentos, como se puede observar aguas arriba del sitio de bombeo, donde existen bancos de sedimento en

la margen izquierda. Predominan las gravas de tamaño medio y arenas.

130


Al ser un cauce con características de trenzado y meandros, formando llanuras de inundación muy amplias, es fácil

apreciar los bancos de sedimento depositados en la margen derecha. El ancho del cauce es muy grande, con distancias entre los

110 y 150 metros de longitud. El único lugar donde se presenta un estrechamiento del cauce es en el puente, el cual hace que

aguas arriba el río tienda a desplazarse hacia la margen derecha, chocando con un control geológico, lo cual lo encauza hacia el

sitio donde están ubicadas las bombas de succión.

4.2.3.6 Análisis de fotografías aéreas tomadas en diferentes años

En el anexo 18 se puede apreciar que en las cercanías del puente del ferrocarril el cauce del río tiene cierta estabilidad. Sin

embargo, a unos 300 metros aguas arriba el río divaga lateralmente y forma diferentes cauces. Igual sucede 100 metros después

del puente, donde en diferentes años el cauce se ha modificado y ha ampliado sus llanuras de inundación; por lo tanto, el único

tramo que es estable, de acuerdo con las fotografías aéreas, es una sección de unos 200 metros de longitud, ubicada en las

cercanías del puente, lo cual se debe a los controles geológicos que se encuentran en sus márgenes.

131

CAPÍTULO V

OPCIONES DE CAPTACIÓN EN EL RÍO BANANO

5. Opciones de diseño para el río Banano en SE2 y SE5

En el capítulo III se dio a conocer el estado actual y la vulnerabilidad del río Bananito, lo cual dio cabida a los estudios

realizados en los diferentes puntos seleccionados en el río Banano, de los cuales se tomaron los dos sitios con mejores condiciones

para una propuesta preliminar de diseño, la cual incluía el diseño de las estructuras necesarias y el análisis económico de las

mismas. Estas opciones son:

• Toma en el río Banano en SE2 y conducción hasta la planta potabilizadora en La Bomba.

• Captación de río Banano en La Bomba.

5.1 Toma en el río Banano, en las inmediaciones de Asunción (SE2)

De acuerdo con los estudios realizados en este sitio, los cuales se exponen en el capítulo IV, este sitio se muestra como una

de las mejores posibilidades de colocar una toma de aguas definitiva para el abastecimiento de la ciudad de Limón.

Una de las características más influyentes de este sitio es la elevación en la que se encuentra con respecto al nivel de La

Bomba. Se cuenta con una diferencia de nivel de unos 160 m de elevación en 23 kilómetros. Esto permite realizar un diseño que

funcione totalmente por gravedad, reduciendo significativamente los costos de bombeo actuales.

132

Al partir de esta condición, se realizó el diseño preliminar en este sitio, el cual consta de: una estructura de presa de 20 m

de ancho, una toma de 2 m de longitud comprendida en el cuerpo de la presa, cuenta con una cámara de entrada que conduce el

agua por medio de un canal al desarenador, que posteriormente se conecta a la conducción y finalmente esta llega a la planta

potabilizadora en La Bomba.

Una de las consideraciones importantes que se tomaron en cuenta en este diseño preliminar es que la planta potabilizadora

de La Bomba tiene una capacidad de tratamiento de 350 l/s. Este caudal es suficiente para los requerimientos actuales. Sin

embargo, el periodo de diseño de este proyecto es de 40 años, por lo que se debe prever una mayor demanda. Por tal razón, la

conducción se presenta en dos diseños: el primero para un caudal de 350 litros por segundo, que es la capacidad actual, y el

segundo para 500 litros por segundo, pensando en una futura ampliación de La Bomba. Cabe destacar que las demás estructuras

trabajarían para cualquiera de los dos diseños.

5.1.1 Caudales

Uno de los criterios más importantes a tomar en cuenta para este diseño es la capacidad que tiene el río de producir los

caudales de diseño. La estadística de caudales en el sitio de toma fue obtenido por relación de áreas, usando la información de la

estación Asunción, operada por el ICE durante el período que va de 1957 hasta 1981. Esta estación está muy cercana del punto

propuesto; por lo tanto, la información es muy precisa. Para la determinación de los caudales mínimos que se pueden extraer del

río Banano en el sitio de toma se utilizó el método de comparación de cuencas y el área de drenaje hasta el punto de ubicación de

la toma seleccionado. La tabla 18 muestra los resultados más importantes del traslado de caudales.

133

Tabla 18. Caudales representativos para SE2Q.Mínimo Q. Promedio Q. Máx. Instantáneo

Mayo 1.70 7.78 1074.22Junio 2.69 9.30 446.5Julio 2.57 12.09 1429.41Agosto 2.39 10.85 1879.89Setiembre 2.81 8.58 435.75Octubre 2.02 8.15 272.89Noviembre 1.73 11.39 618.54Diciembre 1.34 14.04 944.27Enero 1.30 9.78 569.67Febrero 1.58 8.34 387.31Marzo 1.51 5.79 536.94Abril 1.79 9.29 667.06

Fuente: Boletín hidrológico del ICE

134

Fig. 60. Sitio propuesto para toma en río Banano, margen derecha


135

Fig. 61 .Vista aguas abajo, sitio propuesto para toma en el río Banano


136

Fig. 62 .Vista aguas arriba, sitio propuesto para toma en el río Banano


Adicionalmente, AyA ha venido monitoreando la escorrentía del río Banano por medio de aforos en varios puntos, y esta

información se presenta en el anexo 19. Como puede observarse en la tabla 18, el caudal mínimo corresponde al mes de enero,

con 1,3 m3/s, el cual supera satisfactoriamente el mínimo requerido para el proyecto.

137

5.1.2 Estructuras

5.1.2.1 Toma y presa en el río Banano

El sitio de toma se localiza en la cota 250 m.s.n.m., con coordenadas 207084 Norte Falso y 625290 Este Falso, según

coordenadas Lambert Norte (Véase figs. 60 y 61) 500 metros aguas arriba de la confluencia de los ríos Segundo y Tercero.

Para captar el caudal requerido se hace necesario construir una presa de concreto en el río. La presa de 20 metros de

longitud será vertedora, y en su cuerpo tendrá una toma de fondo de 2 metros de ancho, diseñada para un caudal de 0,5 m3/s. El

sitio seleccionado se puede apreciar en las figuras 60, 61 y 62, con vista desde diferentes puntos. Con el fin de evitar la entrada de

material a las estructuras se deberá colocar un desgravador o descarga de fondo, que está comprendido en el cuerpo de la presa.

Esta toma contará, además, con una cámara de entrada ubicada en la margen izquierda del río, la cual conducirá el agua captada

de la toma superficial hacia un canal. La cámara de entrada cuenta con una compuerta con dimensiones de 1m x 1m, la cual

servirá para la limpieza de la misma y para realizar trabajos de mantenimiento.

En el diseño final se deben tomar en cuenta los siguientes factores:

Pendiente del terreno.

Volumen y clase de excavación que se debe realizar.

Protección de la estructura contra la permeabilidad y la resistencia de la cimentación ante la socavación y la erosión.

Se seleccionó una presa vertedora tipo cimacio, ajustándola a la topografía y condiciones del sitio (Véase el anexo 20,

lámina 1), conformada por curvas de cemento circulares.

138

5.1.2.2 Canal

Este canal tiene una longitud aproximada de 420 metros de longitud, y va desde el sitio de la toma (específicamente desde

la cámara de entrada) hasta el desarenador, ubicado en la margen izquierda, de sección rectangular y con flujo subcrítico, con una

pendiente de 1,5/1000. El funcionamiento de este canal va a ser regulado por un vertedero ubicado en la entrada del desarenador.

Además, el canal contará con un recolector de excedencias, que se ubicará al lado derecho, encauzará el agua de exceso y la

descargará por medio de una estructura de descarga. (Véase el anexo 20, lámina 2).

5.1.2.3 Desarenador

El sitio seleccionado para la ubicación del desarenador está cercano a la toma, a unos 400 metros aguas abajo. Este

desarenador tendrá la capacidad de depositar partículas con tamaños superiores a los 0,5 mm, tomando en cuenta los criterios de

diseño con turbulencia. Es una estructura de concreto estructural semienterrado, compuesto por dos compartimentos en paralelo,

con cámara de entrada y salida, un sistema de “by-pass” previsto y una tubería de desfogue al río Tercero (Véase el anexo 20,

lámina 2), para así poder descargar los sedimentos acumulados en el fondo de la estructura cuando se realicen labores de

mantenimiento. La capacidad del desarenador es de 500 l/s y las dimensiones son de 1,55 metros por 1,30 metros y 21,75 metros

de longitud.

139

5.1.2.4 Línea de conducción

El trazado y diseño de la línea de conducción es a nivel preliminar, y está basado en la cartografía existente, y los

recorridos realizados durante los trabajos de campo tratando de utilizar la ruta de los caminos existentes (Véase el anexo 21,

láminas 1, 2 y 3). Sin embargo, se recomienda realizar un levantamiento topográfico para verificar los niveles y elevaciones para

corroborar la línea de trazado. Se utilizó un perfil preliminar de la línea tomando los datos de elevación extraídos de los mapas en

escala 1: 25000 del proyecto Carta 2003, del Instituto Geográfico Nacional, y datos de un levantamiento topográfico existente

realizado por el AyA. (Véase el anexo 21, láminas 4, 5, 6, 7, 8 y 9).

Los datos principales de la línea de conducción, así como los resultados de cálculo, se presentan en la tabla 19. El diseño

se realizó para dos caudales diferentes, el primero para un caudal de 350 l/s, que es la producción actual de la toma ubicada en el

río Bananito, y es la capacidad máxima de la planta potabilizadora ubicada en el sector de La Bomba, y el segundo diseño para

500 l/s como una opción futura, en caso de ser necesaria la ampliación del sistema para una cobertura mayor.

Se usó la fórmula de Hazen Williams, la cual es la recomendada según la experiencia que tiene AyA en este tipo de

proyectos. La tubería a utilizar es de hierro dúctil, por lo cual se utilizó un coeficiente C de 130 y no de 140, el cual corresponde a

tubería nueva, para el diseño previendo el deterioro de la tubería y tomándolo como un factor de seguridad.

La línea de conducción consta de válvulas de compuerta (Véase tabla 20) ubicadas aproximadamente cada kilómetro, de

control piloto. De este modo, cuando exista un daño en algún sector de la tubería y se presente una pérdida de presión, será

factible aislar este tramo para evaluar y solucionar el daño o problema. También consta de válvulas de aire (Véase tabla 21),

válvulas de limpieza (purga) ubicadas en los tramos intermedios de las válvulas de compuerta. (Véase tabla 22).

140

Tabla 19. Datos principales de la línea de conducción y resultados de cálculo

Línea de Conducción Preliminar 1, Q. diseño = 350 l/s Alternativa para SE2, río Banano

Número

TuberíaSección

entre nudosLongitud

( m )

Diámetro

( mm ) CHWCaudal ( l / s )

Velocidad ( m / s )

Pérdidas ( m )

1 1-2 3006,06 500 130 350 1,783 17,072 2-3 3036,44 500 130 350 1,783 17,233 3-4 3027,34 450 130 350 2,202 17,184 4-5 3053,87 450 130 350 2,202 28,705 5-6 3011,39 450 130 350 2,202 28,316 6-7 3049,47 450 130 350 2,202 28,667 7-8 1542,14 450 130 350 2,202 14,82

Línea de Conducción Preliminar 2, Q. diseño = 500 l/s Alternativa para SE2, río Banano

Número

TuberíaSección

entre nudosLongitud

( m )

Diámetro

( mm ) CHWCaudal ( l / s )

Velocidad ( m / s )

Pérdidas ( m )

1 1-2 3006,06 600 130 500 1,769 13,692 2-3 3036,44 600 130 500 1,769 13,823 3-4 3027,34 600 130 500 1,769 13,784 4-5 3053,87 500 130 500 2,548 33,015 5-6 3011,39 500 130 500 2,548 32,566 6-7 3049,47 500 130 500 2,548 33,217 7-8 1542,14 500 130 500 2,553 17,18


141

Tabla 20. Ubicación de válvulas de compuertaVálvulas de compuerta de control piloto

Latitud Longitud Elevación msnm Diámetro (mm)500 l/s 350 l/s

1 207 575 625 478 243 600 5002 207 581 626 458 212.5 600 5003 207 943 627 487 192 600 5004 209 070 627 440 170 600 5005 209 068 628 402 130 600 5006 209 151 629 037 115 600 5007 209 079 629 581 110 600 4508 208 865 630 528 120 600 4509 208 657 631 389 120 500 45010 208 124 631 727 110 500 45011 208 764 632 529 84 500 45012 208 822 633 432 70 500 45013 208 888 634 274 70 500 45014 209 548 635 181 50 500 45015 209 663 636 122 50 500 45016 210 594 636 581 50 500 45017 210 856 637 129 60 500 45018 210 406 627 667 60 500 45019 210 612 638 149 60 500 45020 211 035 638 634 60 500 450


142

Tabla 21. Ubicación de válvulas de aireVálvulas de aire

Latitud Longitud Elevación msnm

Diámetro (mm)

500 l/s

350 l/s

1 207 853 629 937 210 50 502 209 149 627 637 170 50 503 208 894 630 397 120 50 384 208 105 631 457 120 50 385 208 526 632 359 100 50 386 209 296 634 929 60 50 387 210 730 636 786 50 50 388 210 618 636 947 60 50 389 211 218 638 755 60 50 38


Tabla 22. Ubicación de válvulas de limpiezaVálvulas de limpieza

Latitud Longitud Elevación Diámetro (mm)500 l/s 350 l/s

1 207 601 626 026 220 200 2002 208 140 627 458 190 200 2003 209 065 628 024 130 200 2004 209 126 629 991 110 200 2005 208 212 631 939 100 200 2006 208 795 633 632 70 200 2007 209 643 635 320 50 200 2008 210 702 636 801 45 200 2009 210 732 638 419 60 200 200


143

5.1.2.5 Obras complementarias

De acuerdo con el trazado propuesto de la línea de conducción, se deben construir pasos elevados de tubería por lo ríos

Segundo, Tercero, Aguas Zarcas, Banano y Quebrada San Antonio. Los datos de los mismos y ubicación se ven a continuación,

en la tabla 23.

Tabla 23. Datos de pasosLatitud Longitud Elevación Largo del

Puente ( m )Paso río Tercero 207 518 625 377 247 40Paso río Segundo 207 747 625 874 223,1-220 50Paso río Banano 209 065 628 014 135-130 245Paso Quebrada San Ant. 208 665 630 981 120 55Paso río Aguas Zarcas 208 053 631 550 110 178


Para la operación del proyecto se deben construir algunas obras necesarias, como una casa para el operador y guarda del

sistema, así como una caseta de control para instalar la planta eléctrica.

5.1.2.5.1 Caminos de acceso

El camino de acceso hasta el sitio de la toma se puede dividir en dos secciones. El primer tramo de acceso es el camino

existente, el cual está en buen estado, hasta el paso sobre el río Aguas Zarcas. Aquí se presentan problemas cuando el río aumenta

144

su caudal, ya que haría imposible el paso de vehículos al sector de Asunción; sin embargo, este paso se encuentra, durante la

mayor parte del tiempo, en buen estado. Al llegar a Asunción se inicia la segunda sección del camino, la cual presenta mayores

dificultades, ya que se debe transitar por caminos entre la montaña y atravesar los ríos Banano, Tercero y Segundo, hasta llegar al

sitio de la toma. Este tramo se debe ampliar y rehabilitar en algunos sectores, para facilitar el acceso hasta la parte alta de la

cuenca, donde se propone ubicar la captación.

5.2 Rehabilitación de la toma en el río Banano, La Bomba (SE5)

La problemática principal en la toma, ubicada en el sector de La Bomba en el río Banano, consiste en el tirante de agua en

la sección de la toma. La variación del nivel afecta las bombas, debido a la poca profundidad de sumergencia de la tubería de

succión, lo que nos lleva a dos únicas opciones: construir una presa para poder levantar el tirante del agua en este sector o realizar

un orificio en el lecho del río, que permita tener una sumergencia mayor, al menos de 0,7 a 1,0 metros. Este último caso presenta

el inconveniente de la acumulación de sedimentos, lo cual es inevitable, y obligaría a la implementación de un sistema automático

de retrolavado. La acumulación de éstos, además, posiblemente obligará a realizar labores manuales de mantenimiento, lo cual

implica la presencia de uno o más operadores que remuevan el material acumulado.

Tomando en cuenta todas las características de la zona, y con el afán de dar la mejor solución a la problemática que se

presenta en La Bomba, se propone la construcción de una presa; de este modo el nivel del río va a aumentar y se puede garantizar

un tirante que, incluso en época de caudales bajos, siempre va a contar con la sumergencia mínima en la succión para el buen

funcionamiento de las bombas.

145

5.2.1 Presa de concreto

Para la propuesta se selecciona una presa de concreto de gravedad con vertedor de cimacio libre, sin compuertas; esto en

base en la variación de niveles producido por el caudal formativo y analizando, a la vez, las condiciones topográficas en el sitio

seleccionado. En el anexo 22 (láminas 1 y 2) se muestra un esquema de la estructura propuesta.

Se deben tomar en consideración, para el diseño final, la pendiente del terreno, la clase y volumen de excavación, así como

la necesidad de proteger las obras de la permeabilidad y la resistencia de la cimentación ante la posibilidad de erosión o

socavación.

Se optó por un vertedor de tipo cimacio, por las condiciones del sitio y la experiencia en este tipo de obras, la cual

confirma su elevada eficiencia, que lo hace uno de los más usados en las crestas de control de los vertederos de demasías (Véase

el anexo 22).

La curva superior del cimacio ordinariamente se diseña para que se ajuste rigurosamente al perfil de la superficie inferior

de una lámina de agua con ventilación, que cae de un vertedor de cresta delgada. La lámina de aguas se adhiere al paramento del

perfil, evitando el acceso de aire a la cara inferior de ésta. Para las descargas efectuadas con la carga del proyecto, el agua se

desliza sobre la cresta sin interferencia de la superficie que la limita, y alcanza casi su eficiencia máxima de descarga.

En ambas márgenes se propone una descarga de fondo, con el fin de poder controlar el ingreso y acumulación de

sedimentos, sobre todo en la margen izquierda, donde se ubican las tuberías de succión. A la vez, cuenta con una compuerta para

realizar labores de limpieza cuando se acumule mucho sedimento o bien para reparaciones o inspecciones del las tuberías de

succión. A esta descarga de fondo, que bien podríamos llamarle “canal” cuenta con dos paredes en forma de arco para que

protejan las succiones y la compuerta de árboles de rocas que puedan ser arrastradas en alguna avenida.

146

5.2.2 Rehabilitación del sistema de bombeo

Al proponer la rehabilitación del sistema de captación ubicado en La Bomba, se debe pensar en el reemplazo del sistema

existente, pues hoy día está muy dañado. Además, las bombas que se utilizan en algunas ocasiones que la toma de Bananito sufre

algún daño, están a punto de cumplir su vida útil. Es un hecho que las mejoras en todo el sistema de bombeo garantizan un mejor

funcionamiento de sistema. En un principio se pensó en cambiar las bombas y colocar tres de un caballaje menor, cada una de

125 l/s, las cuales requerían una menor succión, pero al proponer el diseño de la presa y garantizar un tirante del río en el sector

donde están ubicadas las tuberías de succión, se puede seguir utilizando el mismo tipo de bombas que van a trabajar en toda su

eficiencia.

El sistema de bombeo a requerir se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 24. Costos del sistema de bombeo para SE5 (Rehabilitación La Bomba)Costo

Bomba con motor, 250 l/s NPSH de 4,5 metros (2 und) $ 40,000.00 c/uReparación de la cachera (válvulas, pascones) $ 15,000.00Transformador (PAD MOUNTER) $ 40,000.00Tablero de control $ 40,000.00Interruptor principal $ 15,000.00Cableado $ 20,000.00Total $ 210,000.00


147

5.2.3 Mejoras en la caseta de operación

En la actualidad, la caseta ubicada en el sector de La Bomba tiene algunos daños en su infraestructura, por lo que es

necesaria su rehabilitación. Las mejoras consisten en colocación de malla perimetral, repellos internos y externos, pintura,

reparación de puertas y ventanas, reparación de la estructura del techo, mejoras en los accesos, implementar medidas de

seguridad. En general las mejoras son arquitectónicas, ya que estructuralmente la caseta se encuentra bien.

148

CAPÍTULO VI

ANÁLISIS ECONÓMICO

6. Análisis económico

Para poder comprender de mejor forma la problemática descrita en los capítulos III y IV, y para poder asociarla con las

inversiones realizadas por el AyA en el actual sitio de toma del río Bananito, es necesario realizar un estudio de los principales

gastos en que ha incurrido la institución desde su construcción. También se deben contabilizar los costos operacionales y de

mantenimiento, para así poder realizar una estimación de los costos futuros. Para poder comprender mejor los costos que

conllevan cada una de las opciones planteadas, se realizarán las siguientes evaluaciones:

• Evaluación económica de la toma del río Bananito.

• Evaluación económica de la rehabilitación de La Bomba.

• Evaluación económica de la toma en el río Banano, Asunción.

Cada una de estas evaluaciones será calculada a partir del año 2007, tomando como ¢520 el valor del cambio de un dólar.

Además, se prevé el crecimiento de población y la tendencia que tiene la inflación en nuestro país, la cual es de aproximadamente

un 10%. Con base en todos los costos se calculará un VAN y un TIR, que al ser comparados dirán cuál de las tres opciones será

la más rentable para el AyA en el ámbito económico.

149

6.1 Evaluación económica en la toma del río Bananito (SE1)La tabla 33 muestra cada uno de los rubros evaluados tanto de inversión como de mantenimiento y de operación, que son

comparados con los beneficios obtenidos por la institución con base en las tarifas. Cada uno de estos costos es calculado para un

periodo de 40 años, y que al final resultará en un VAN y en un TIR.

A continuación se explica cómo se calculó cada uno de las columnas de la tabla 33.

La primera columna, denominada “costo de construcción”, aplica para cuando se realiza una inversión inicial al proyecto.

En el caso de la toma del río Bananito, la inversión inicial se realizó luego del terremoto; sin embargo, no se incluye en esta

evaluación, ya que ésta ya fue asumida por la institución, y para efectos de compararla con las otras dos evaluaciones económicas,

este rubro no se debe tomar en cuenta, ya que a partir del año de inicio no hay costos por construcción.

Las mejoras a la toma corresponden a todas aquellas obras de reparación y ampliación que se han realizado en este sitio,

para mejorar el desempeño de esta estructura. A partir de 1995, una vez terminada la construcción de la toma, se ha realizado una

serie de inversiones importantes, las cuales se pueden observar en la tabla 25.

Tabla 25. Mejoras realizadas en la toma del río Bananito

Obra RealizadaFecha

TerminadaCosto

Conducción Bananito - Bomba nov-95 $2.620.545,00Remodelación toma Bananito jul-97 $54.014,00Mejora a toma río Bananito jul-98 $144.161,83Mejora a toma río Bananito abr-03 $70.160,00Mejora a toma río Bananito may-04 $30.526,81Mejoras a toma–desarenado–

2004 $6.852,28márgenes (Emergencia) Fuente: Dirección de Estudios y Proyectos, Presupuestos.

150

De acuerdo con esta tabla, si tomamos en cuenta que desde 1998 hasta el 2004 se invirtieron $ 251.701,03 para mejoras, se

podría estimar que cada 3 años se debe hacer una mejora con un costo aproximado de $ 107.871,86, que a su vez va aumentando

en un 10 % anual, de acuerdo con el costo de vida a lo largo de los 40 años.

La siguiente columna evalúa los costos eléctricos por bombeo, ya que desde el sitio de toma del río Bananito hasta el sitio

de tratamiento de las aguas en La Bomba, hay una distancia considerable y una diferencia de elevación que hace necesario utilizar

bombeo. Los costos del consumo eléctrico por bombeo para este sitio, durante los últimos 4 años, se pueden observar en la tabla

26. De esta forma se puede establecer un promedio anual del consumo eléctrico, que también se verá incrementado por la

inflación anual.

Tabla 26. Costo del consumo eléctrico por bombeo

Consumo

( KWH )Costo Real

Año 2003 3.381.418 $147.619,66Año 2004 2.750.572 $137.126,60Año 2005 3.308.962 $164.639,23Año 2006 ( Enero a Agosto ) 2.206.134 $126.895,89

Fuente: Regional Huetar Atlántica,

Costo Promedio Anual = $ 149.795.16.

La columna 4 de la evaluación económica, denominada confección de presas por crecidas, se analiza con respecto a lo

visto en el capítulo III, donde se estudiaron las características de esta cuenca y los diversos factores que producen las avenidas

máximas en este sitio de toma, las cuales son las causantes de los problemas de operación de dicha toma. Estas crecidas del río

Bananito producen dos consecuencias importantes.

151

La primera es la destrucción de la presa, ya que al estar conformada con materiales granulares, al haber un aumento

considerable del caudal, ésta cede y se pierde parcial o completamente. Este tipo de problemas sucede unas 2 veces al mes, y es

necesario volver a conformar la presa inmediatamente después de la crecida, para volver al funcionamiento normal. Esto exige

tener maquinaria permanentemente en el sitio y, a la vez, un gasto considerable de materiales y mano de obra. En la tabla 27 se

muestra la cantidad de dinero pagado en los contratos de maquinaria y materiales desde el año 2003, de los cuales se puede sacar

un promedio anual de $37.353,26.

Tabla 27. Costo de los contratos por concepto de materiales y maquinaria Costo

Año 2003 $21.698,54Año 2004 $49.976,02Año 2005 $40.385,22Año 2006 ( Enero a Agosto ) $18.604,28

Fuente: Regional Huetar Atlántica.

En esta primera consecuencia también se debe considerar el tiempo que dura el sitio sin tener presa desde que se produce

la crecida, se destruye la presa y se vuelve a conformar; esto hace que el sistema se vea interrumpido por aproximadamente 3

horas, lo que incide en una afectación del 20 % de los servicios, ya que el otro 80 % se puede abastecer con los tanques existentes.

El cálculo de estos gastos se puede ver en la siguiente tabla, y corresponden a la columna 5, denominada interrupción de servicio

1:

152

Tabla 28. Costos de conformación de presa por parte del AyA Costo

2900 servicios interrumpidos durante 3 horas $192,128 Peones durante 5 horas remediando interrupción $146.152 Vehículos ( 12 km. Cada uno ) $38,46

Total $ 376.73 Fuente: Regional Huetar Atlántica,

Cada vez que sucede un evento de estos se requieren $376.73 para su remediación y, como se considera que sucede dos

veces al mes, el costo mensual es de $753.46; esto da un costo anual de $ 9.041,55.

La interrupción de servicio 2 corresponde a la segunda consecuencia producida por las crecidas, que es el depósito de

sedimentos en la presa, lo que ocasiona un atascamiento de las tuberías de succión que requieren mantenimiento por parte del

personal de la región. Se ha estimado que este tipo de eventos sucede unas 3 veces al mes como promedio, y cada vez que sucede

se requieren 2 horas de interrupción del servicio, afectando al mismo 20 % de los abonados. El costo de estos trabajos de

reparación se reflejan en la tabla 29.

Tabla 29. Costos de limpieza de presa por parte del AyA Costo

2900 servicios interrumpidos durante 2 horas $128.074 Peones durante 8 horas remediando interrupción $103.071 Vehículo ( 12 km) $19.23

Total $ 250.38 Fuente: Regional Huetar Atlántica,

153

Cada vez que se requiera limpiar las tuberías y la presa se genera un costo de $250,38; esto sucede 3 veces al mes, para un

total mensual de $751,14, con un costo anual de $9.013,68.

Otro de los factores tomados en cuenta es el mantenimiento de los equipos existentes, como son los impulsores, ejes,

equipos de bombeo de agua y bombeo de lodos. Además, cada 3 años se sustituye uno de los equipos de bombeo y su costo es el

siguiente:

Tabla 30. Costos por mantenimiento y reemplazo de equiposEquipo Costo Inversión a cadaMantenimiento de ejes, impulsores y otros equipos $ 5.769,23 1 año Equipo de Bombeo de Agua $ 15.384,61 3 añosEquipo de Bombeo de Lodos $ 35.000,00 3 años


Como último punto se tiene estimado el monto por seguros en caso de eventos naturales importantes, exigido por el BCIE.

Cabe destacar que estos eventos no incluyen las crecidas del río, sino situaciones como terremotos o algo similar. La siguiente

tabla muestra los pagos realizados desde el año 1998 hasta el 2006, de los cuales se estima un promedio anual de $ 4.929,27.

Como se puede observar, en la tabla 31 este rubro tiene un incremento anual del 7.56 %, el cual se calculó de acuerdo con los

pagos realizados en el periodo de estudio.

154

Tabla 31. Costos por seguro de sistema de agua potable de LimónAño Costo

Año 1998 $3.211,33Año 1999 $3.211,53Año 2000 $3.211,47Año 2001 $3.630,10Año 2002 $7.434,89Año 2003 $7.416,44Año 2004 $6.640,00Año 2005 $4.678,38Año 2006 $4.929,27

Fuente: Oficina de riesgo y prevención. AyA,

En la tabla 33, cada una de las columnas analizadas (desde la 2 a la 10) corresponden a los gastos de mantenimiento y

operación del sistema. Cabe señalar que el incremento de estos rubros a través de los años se debe principalmente a la inflación,

la cual se calculó en un 10 % anual. Por lo tanto, la columna 11 denominada costos de operación y mantenimiento corresponde a

la suma de estos rubros para cada uno de los años estudiados.

Estos costos de operación y mantenimiento serán comparados con respecto a las entradas que recibe el AyA por brindar el

servicio. Para esto se realizó el cálculo tomando los costos promedios de tarifas, ya que cada tipo de servicio cambia su costo de

acuerdo con el consumo que tenga o si tiene o no conexión de alcantarillado sanitario. La siguiente tabla muestra el estimado de

entradas por año para el AyA. En este caso se tomó en cuenta el crecimiento de la población en el periodo de 40 años; además, se

calculó para cada tarifa (urbana domiciliar, ordinaria y reproductiva, urbana preferencial y urbana gubernamental, como se

muestra en la tabla 32) el incremento, de acuerdo con la inflación anual, lo cual se indica en la columna denominada beneficios

por servicios, en la tabla 33, columna 12. El

155

Tabla 32. Estimación de las entradas por concepto de tarifas del AyA

Tipo servicioTotal

servicios20 %

servicios

Tarifa estimada por mes

Ingreso mensual

por tarifasIngreso anual

estimado Urbana domiciliar 13366 2673 $12.60 $33,692.65 $404,311.81Ordinaria y reproductiva 962 192 $40.17 $7,712.12 $92,545.48Urbana preferencial 118 24 $13.86 $332.63 $3,991.57Urbana gubernamental 46 9 $13.86 $124.74 $1,496.84

Ingreso Anual Estimado $502,345.70Fuente: Regional Huetar Atlántica,

La última columna, denominada beneficio–costo, es también conocida como “flujo de caja” y corresponde a restar a la

columna 12 la columna 11. En este caso se puede observar que los valores son positivos, ya que el beneficio va a ser siempre

mayor que el costo. Esto podría indicar que, pese al costo de operación y mantenimiento, continuar con el funcionamiento de la

Toma del Bananito refleja utilidad a la institución, considerando que el factor del beneficio con respecto al costo es de 2.27; sin

embargo, es importante compararlo con las otras dos opciones del proyecto para saber con certeza cuál de ellas será la mejor

inversión.

Como se puede ver en este caso, no hay TIR, y esto se debe a que no existe ningún monto negativo en el flujo de caja por

no haber inversión inicial, ya que ésta se consideró como un costo hundido.

156

Tabla 33. Evaluación económica de la toma en el río Bananito (SE1)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Item Costo Mant. Impul Reempl Reempl Seguros Costo Beneficio Benef - Costo

Construcc. ejes y otros Bomba Agua Bomba Lodos Op. Y Mant p/servicio1 - $107.872 $149.795 $37.353 $9.042 $9.014 $5.769 $15.385 $35.000 $4.929 $374.159 $502.346 $128.1872 - $164.775 $41.089 $9.946 $9.915 $6.346 $5.302 $237.372 $557.996 $320.6233 - $181.252 $45.197 $10.940 $10.907 $6.981 $5.703 $260.980 $619.810 $358.8304 - $140.233 $199.377 $49.717 $12.034 $11.997 $7.679 $20.000 $45.500 $6.134 $492.672 $688.473 $195.8005 - $219.315 $54.689 $13.238 $13.197 $8.447 $6.598 $315.483 $764.742 $449.2596 - $241.247 $60.158 $14.562 $14.517 $9.291 $7.096 $346.871 $849.460 $502.5897 - $182.303 $265.371 $66.174 $16.018 $15.969 $10.221 $26.000 $59.150 $7.633 $648.838 $943.563 $294.7258 - $291.908 $72.791 $17.619 $17.565 $11.243 $8.210 $419.337 $1.048.091 $628.7549 - $321.099 $80.070 $19.381 $19.322 $12.367 $8.831 $461.070 $1.164.199 $703.12910 - $236.994 $353.209 $88.077 $21.320 $21.254 $13.604 $33.800 $76.895 $9.498 $854.651 $1.293.169 $438.51811 - $388.530 $96.885 $23.451 $23.380 $14.964 $10.216 $557.426 $1.436.426 $879.00012 - $427.383 $106.573 $25.797 $25.718 $16.460 $10.989 $612.919 $1.595.553 $982.63413 - $308.093 $470.121 $117.231 $28.376 $28.289 $18.106 $43.940 $99.964 $11.819 $1.125.939 $1.772.308 $646.36914 - $517.134 $128.954 $31.214 $31.118 $19.917 $12.713 $741.049 $1.968.645 $1.227.59615 - $568.847 $141.849 $34.335 $34.230 $21.909 $13.674 $814.844 $2.186.731 $1.371.88716 - $400.521 $625.732 $156.034 $37.769 $37.653 $24.100 $57.122 $129.953 $14.708 $1.483.590 $2.428.977 $945.38817 - $688.305 $171.637 $41.546 $41.418 $26.509 $15.820 $985.235 $2.698.059 $1.712.82418 - $757.135 $188.801 $45.700 $45.560 $29.160 $17.016 $1.083.373 $2.996.950 $1.913.57819 - $520.677 $832.849 $207.681 $50.270 $50.116 $32.076 $74.259 $168.938 $18.302 $1.955.168 $3.328.953 $1.373.78420 - $916.134 $228.449 $55.297 $55.128 $35.284 $19.686 $1.309.978 $3.697.734 $2.387.75621 - $1.007.747 $251.294 $60.827 $60.641 $38.812 $21.174 $1.440.495 $4.107.369 $2.666.87422 - $676.880 $1.108.522 $276.423 $66.910 $66.705 $42.694 $96.536 $219.620 $22.775 $2.577.064 $4.562.383 $1.985.31923 - $1.219.374 $304.066 $73.601 $73.375 $46.963 $24.496 $1.741.875 $5.067.804 $3.325.92924 - $1.341.311 $334.472 $80.961 $80.713 $51.659 $26.348 $1.915.465 $5.629.215 $3.713.75125 - $879.944 $1.475.442 $367.920 $89.057 $88.784 $56.825 $125.497 $285.506 $28.340 $3.397.315 $6.252.820 $2.855.50526 - $1.622.987 $404.712 $97.963 $97.663 $62.508 $30.483 $2.316.314 $6.945.507 $4.629.19427 - $1.785.285 $445.183 $107.759 $107.429 $68.759 $32.787 $2.547.201 $7.714.931 $5.167.72928 - $1.143.927 $1.963.814 $489.701 $118.535 $118.172 $75.635 $163.146 $371.157 $35.266 $4.479.352 $8.569.591 $4.090.23829 - $2.160.195 $538.671 $130.388 $129.989 $83.198 $37.932 $3.080.373 $9.518.930 $6.438.55730 - $2.376.215 $592.538 $143.427 $142.988 $91.518 $40.800 $3.387.485 $10.573.437 $7.185.95231 - $1.487.105 $2.613.836 $651.792 $157.770 $157.286 $100.670 $212.090 $482.505 $43.884 $5.906.938 $11.744.762 $5.837.82532 - $2.875.220 $716.971 $173.547 $173.015 $110.737 $47.202 $4.096.691 $13.045.847 $8.949.15633 - $3.162.742 $788.668 $190.901 $190.317 $121.810 $50.770 $4.505.208 $14.491.066 $9.985.85834 - $1.933.237 $3.479.016 $867.535 $209.991 $209.348 $133.991 $275.717 $627.256 $54.608 $7.790.700 $16.096.386 $8.305.68635 - $3.826.917 $954.289 $230.991 $230.283 $147.390 $58.737 $5.448.607 $17.879.544 $12.430.93736 - $4.209.609 $1.049.718 $254.090 $253.311 $162.129 $63.177 $5.992.034 $19.860.240 $13.868.20637 - $2.513.208 $4.630.570 $1.154.689 $279.499 $278.643 $178.342 $358.432 $815.433 $67.953 $10.276.769 $22.060.357 $11.783.58838 - $5.093.627 $1.270.158 $307.448 $306.507 $196.177 $73.091 $7.247.008 $24.504.204 $17.257.19639 - $5.602.990 $1.397.174 $338.193 $337.158 $215.794 $78.616 $7.969.925 $27.218.779 $19.248.85440 - $3.267.170 $6.163.289 $1.536.892 $372.013 $370.873 $237.374 $465.962 $1.060.063 $84.560 $13.558.194 $30.234.076 $16.675.881

VAN 6.760.612,40 15.339.653,37 8.579.040,97

2,27 TIRE

Evaluación Financiera Toma Río Bananito

Mejoras a Toma

Costo Elec Bombeo

Conf. Presap/ crecidas

Interrupcion Servicio 1



157

6.2 Evaluación económica, rehabilitación de La Bomba (SE5)

Como ya se había explicado en el capítulo IV, el sitio conocido como La Bomba

presenta características favorables para establecer un sitio de toma. Este sitio ya cuenta con

cierta infraestructura, que se puede utilizar siempre y cuando se realicen ciertas mejoras. En

las láminas 1 y 2 del anexo 22 se puede observar el diseño propuesto en este sitio, para el

cual se realizó un presupuesto el cual se presenta en la tabla 34. Como se puede observar, el

costo de las obras es de ¢1.384.952.170,00, que a un precio del dólar de ¢520 da un costo de

$2.663.370,00. La tabla 35 presenta la evaluación económica de este sitio, donde se

presenta el costo de construcción antes mencionado y efectuando todas las obras en el

primer año.

Para este sitio se ha previsto que las mejoras a la toma se deben a dos factores a

considerar. El primer caso es la instalación inicial del equipo de bombeo y motores, el cual

está estimado en $138.000,00 y se incluyó en la inversión inicial; sin embargo, se prevé que

cada 10 años se debe hacer un cambio de uno de los dispositivos y, además, darle el

mantenimiento respectivo, lo cual daría un costo aproximado de $69.000,00, tomando en

consideración el aumento por el costo de la vida. También se considera que este sitio, al

igual que la toma del río Bananito, están ubicados en una cota de elevación relativamente

baja, donde se pueden esperar caudales bastante altos, como se estudió en el capítulo IV.

Por tal razón es de esperarse que sucedan avenidas de tal magnitud que dañen de una u otra

forma las obras propuestas; por tal razón se prevé realizar una inversión de mejora a la toma

cada 5 años, con un costo de $45.000,00.

Los costos por concepto de electricidad se estimaron en $112.346,25 por año, ya que

se dejaría de usar el bombeo ubicado en la toma del río Bananito, y solo se utilizaría energía

eléctrica para las bombas sumergibles, además del rebombeo ubicado en Santa Rosa. Este

costo se estimó a partir del segundo año, cuando ya el proyecto esté en operación.

Se ha demostrado que este sitio tendrá un arrastre de sedimentos, el cual va a ser

mucho menor al que se presenta en el río Bananito. Sin embargo, para tener un factor de

seguridad se estimará el costo por motivo de limpieza de la presa y tiempos de corte del

servicio, tomando en cuenta que mientras se suspende la succión del río Banano se

158

habilitará temporalmente la toma del río Bananito. Esto significaría incurrir en los gastos de

bombeo, rehabilitación de presa y limpieza de desarenador. El costo anual de este apartado

es de $12.833,55, y se refleja en la columna 4, denominada interrupción del servicio 1 a

partir del segundo año, cuando ya se terminó la construcción y el proyecto esté en

operación.

Si el AyA decidiera invertir en este proyecto, debe mantenerlo con un seguro que

cubra eventos naturales especiales, como lo fue el terremoto de 1991. Es por esta razón que

se incluye en la columna 5 el costo anual por seguros, el cual se determina aplicándole un

0.365% del valor del proyecto, que para este caso es de $9.721,29, con su respectivo

crecimiento de acuerdo con la inflación.

Al igual que el caso anterior, se suman todos los costos de inversión, operación y

mantenimiento (columna 6), para compararlos con los costos de beneficio por servicios, que

se calculan igual que el caso de la toma del río Bananito. Todos estos valores se aplicarán

al flujo de caja para poder calcular el VAN y el TIR. Como se puede ver en este caso la

relación del beneficio con respecto al costo es de 3.82, y se obtiene un TIR de 28.82%, lo

cual indica que es un proyecto de gran rentabilidad para el AyA. Sin embargo, se debe

comparar con la opción del río Banano en Asunción.

159

Tabla 34. Presupuesto de las obras necesarias para la rehabilitación en La Bomba


160

INSTITUTO COSTARRICENSE DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOSREHABILITACIÓN DE LA BOMBA SE5

E S C ALA DE PR E C IOS Y C AN TIDADES SUMINISTRO DE MATERIALES CONSTRUCCION SUMA DE COSTOSRUBRO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD COSTO LOCAL ¢ COSTO EXTRANJERO $ COSTO LOCAL ¢ LOCAL EXTRANJERO

UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL ¢ DIVISAS

(1) (2) (3) (4) (5) (6=4*5) (7) (8=4*7) (9) (10=4*9) (11=6+10) (12=8)

100.000 Obras de toma101.000 Captación102.000 Presa105.000 Excavación m3 1.800 - 3.701 6.661.440 6.661.440 - 106.000 Excavación en roca m3 18 - 9.252 166.536 166.536 - 110.000 Concreto estructural m3 3.392 138.000 468.096.000 - 67.000 227.264.000 695.360.000 - 116.000 Compuertas mecánicas un 5 10.000 50.000 - 5.000 25.000 75.000 - 117.000 Tapas metálicas un 8 36.494 291.952 - 14.598 116.781 408.733 - 118.000 Peldaños Global 1 375.000 - 15.000 150.000 525.000 - 120.000 Tubería, válvulas y accesorios de salida,

limpieza, rebose y ventilación Global 1 795.158 - 273.962 1.069.120 - 121.000 Pintura Global 1 2.100.000 - 650.000 2.750.000 - 122.000 Desvío y restauración del cauce del río Global 1 - 1.784.608 1.784.608 - 125.000 Vertederos metálicos un 3 30.000 90.000 - 15.000 45.000 135.000 - 126.000 Escaleras metálicas un 2 7.000 14.000 - 3.600 7.200 21.200 - 128.000 Barandas metálicas ml 45 5.000 225.000 - 2.500 112.500 337.500 -

203.000 Movilización de maquinaria y equipo hasta ellugar de trabajo Global 5.285.462 5.285.462 -

800.000 Estación de bombeo Rehabilitación de Estación de bombeo Global 1 4.500.000 1.275.000 5.775.000 -

Bomba y Motor, 125 l/s NPSH = 4m un 4 25.000 100.000 5.000.000 20.000.000 20.000.000 100.000 Reparación de Cachera Global 1 10.000 10.000 2.635.897 2.635.897 2.635.897 10.000 Transformador (PAD - MOUNTER) Global 1 30.000 30.000 7.907.692 7.907.692 7.907.692 30.000 Tablero Global 1 30.000 30.000 7.907.692 7.907.692 7.907.692 30.000 Interruptor principal Global 1 5.000 5.000 1.317.949 1.317.949 1.317.949 5.000 Cableado Global 1 20.000 20.000 5.271.795 5.271.795 5.271.795 20.000

Fuente: Los Autores

161

INSTITUTO COSTARRICENSE DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOSREHABILITACIÓN DE LA BOMBA SE5

E S C ALA DE PR EC IOS Y C AN TIDADE S SUMINISTRO DE MATERIALES CONSTRUCCION SUMA DE COSTOSRUBRO DESCRIPCIÓN UNIDADCANTIDAD COSTO LOCAL ¢ COSTO EXTRANJERO $ COSTO LOCAL ¢ LOCAL EXTRANJERO

UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL ¢ DIVISAS(1) (2) (3) (4) (5) (6=4*5) (7) (8=4*7) (9) (10=4*9) (11=6+10) (12=8)

1000.000 Obras Complementarias1002.000 Acera

1002.001 De concreto (malla eléctrosoldada # 2) m2 75 14.752 1.106.385 - 6.836 512.715 1.619.100 - 1006.000 Alumbrado exterior Global 1 407.088 - 224.104 631.192 - 1007.000 Cerca de almabre de púas ml 75 2.262 169.620 - 1.079 80.955 250.575 - 1008.000 Cerca de malla ciclón ml 75 15.420 1.156.500 - 8.738 655.350 1.811.850 - 1010.000 Portón de malla ciclón Global 1 141.864 - 94.062 235.926 - 1010.001 Portón a eliminar Global 1 - 75.000 75.000 - 1017.000 Estructura de descarga un 1 146.490 146.490 - 86.249 86.249 232.739 -

1132.000 Mejoras en puentes Global - 750.000 750.000 - 1133.000 Mejoras en estructuras de concreto Global - 4.150.000 4.150.000 -

SUB - TOTALES ¢ 775.152.007 $195.000.00

¢ 101.400.000

COSTOS MAT. Y CONST (MC) ¢ 876.552.007

ADMINISTRACIÓN E IMPREVISTOS (10%MC) ¢ 87.655.201UTILIDAD DEL CONTRATISTA (15% MC) ¢ 131.482.801

COSTO DIRECTO (CD) : ¢ 1.095.690.008

INSPECCIÓN (5.4 % CD) ¢ 59.167.260INGENIERÍA (2.0 % CD) ¢ 21.913.800

ADMINISTRACIÓN (4.0 % CD) ¢ 43.827.600SE TOMA 1 $ = 520 ESCALAMIENTO ( 10.0 % CD) ¢ 109.569.001

IMPREVISTOS (5.0 % CD) ¢ 54.784.500

SUB - TOTAL AYA : ¢ 289.262.162

TOTAL ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS ¢ 1.384.952.170

Tabla 35. Evaluación económica, rehabilitación de La Bomba (SE5)

1 2 3 4 5 6 7 8Item Costo Seguros Costo Beneficio Benef - Costo

Construcc.Construcción

Op. Y Mant p/servicio0 $2.663.370,00 $2.663.370 -$2.663.3701 0 $54.925 $14.117 $10.456 $79.499 $557.996 $478.4972 0 $60.417 $15.529 $11.247 $87.193 $619.810 $532.6173 0 $66.459 $17.082 $12.097 $95.638 $688.473 $592.8354 0 $67.500 $73.105 $18.790 $13.011 $172.407 $764.742 $592.3355 0 $80.416 $20.669 $13.995 $115.080 $849.460 $734.3806 0 $88.457 $22.736 $15.053 $126.246 $943.563 $817.3177 0 $97.303 $25.010 $16.191 $138.504 $1.048.091 $909.5878 0 $107.033 $27.511 $17.415 $151.959 $1.164.199 $1.012.2409 0 $228.000 $117.736 $30.262 $18.732 $394.730 $1.293.169 $898.43810 0 $129.510 $33.288 $20.148 $182.946 $1.436.426 $1.253.48011 0 $142.461 $36.617 $21.671 $200.749 $1.595.553 $1.394.80412 0 $156.707 $40.279 $23.310 $220.295 $1.772.308 $1.552.01313 0 $172.378 $44.306 $25.072 $241.756 $1.968.645 $1.726.88914 0 $135.000 $189.616 $48.737 $26.967 $400.320 $2.186.731 $1.786.41115 0 $208.577 $53.611 $29.006 $291.194 $2.428.977 $2.137.78316 0 $229.435 $58.972 $31.199 $319.605 $2.698.059 $2.378.45417 0 $252.378 $64.869 $33.557 $350.805 $2.996.950 $2.646.14618 0 $277.616 $71.356 $36.094 $385.066 $3.328.953 $2.943.88619 0 $456.000 $305.378 $78.492 $38.823 $878.692 $3.697.734 $2.819.04220 0 $335.916 $86.341 $41.758 $464.014 $4.107.369 $3.643.35521 0 $369.507 $94.975 $44.915 $509.397 $4.562.383 $4.052.98622 0 $406.458 $104.472 $48.310 $559.241 $5.067.804 $4.508.56323 0 $447.104 $114.920 $51.963 $613.986 $5.629.215 $5.015.22924 0 $270.000 $491.814 $126.411 $55.891 $944.117 $6.252.820 $5.308.70325 0 $540.996 $139.053 $60.117 $740.165 $6.945.507 $6.205.34326 0 $595.095 $152.958 $64.661 $812.714 $7.714.931 $6.902.21627 0 $654.605 $168.254 $69.550 $892.408 $8.569.591 $7.677.18328 0 $720.065 $185.079 $74.808 $979.952 $9.518.930 $8.538.97829 0 $912.000 $792.072 $203.587 $80.463 $1.988.122 $10.573.437 $8.585.31530 0 $871.279 $223.946 $86.546 $1.181.770 $11.744.762 $10.562.99231 0 $958.407 $246.340 $93.089 $1.297.836 $13.045.847 $11.748.01132 0 $1.054.247 $270.974 $100.127 $1.425.348 $14.491.066 $13.065.71833 0 $1.159.672 $298.072 $107.696 $1.565.440 $16.096.386 $14.530.94734 0 $540.000 $1.275.639 $327.879 $115.838 $2.259.356 $17.879.544 $15.620.18835 0 $1.403.203 $360.667 $124.595 $1.888.465 $19.860.240 $17.971.77536 0 $1.543.523 $396.733 $134.015 $2.074.271 $22.060.357 $19.986.08637 0 $1.697.876 $436.407 $144.146 $2.278.429 $24.504.204 $22.225.77538 0 $1.867.663 $480.047 $155.044 $2.502.754 $27.218.779 $24.716.02539 0 $1.824.000 $2.054.430 $528.052 $166.765 $4.573.247 $30.234.076 $25.660.829

VAN 4.360.468,41 16.678.066,07 10.530.662,02

3,82 TIRE 28,82%

Evaluación Financiera Reabilitación Bomba

Mejoras a Toma

Costo Elec Bombeo


Fuente: Los Autores

162

6.3 Evaluación económica de la toma en el río Banano en Asunción (SE2)

Los anexos 20 y 21, muestran los planos de las obras propuestas para la construcción

de la toma en el río Banano y línea de conducción, en el sector denominado Asunción. Las

tablas 36 y 37 muestran el presupuesto de estas obras evaluando los dos caudales de diseño

(350 y 500 l/s) y el análisis económico. Sin embargo, para efectos del análisis económico, se

tomará en cuenta el diseño con caudal de 350 l/s, ya que éste mantiene la planta

potabilizadora sin ninguna modificación, y es la única forma para poder comparar con los

otros dos sitios antes explicados.

El contenido de la tabla 36 es el presupuesto de esta alternativa. Como se puede

observar, el costo inicial es de $5.813.989,95, incluyendo la conformación de los caminos

de acceso y la interconexión a la tubería existente en el puente de La Bomba. El tiempo

estimado para la construcción de las obras es de dos años. Por esta razón, en la tabla 36 se

indica este rubro dividido en los 2 primeros ítemes.

El costo por mantenimiento del sistema de conducción se estima en $75.000,00 cada

3 años y, al tomar en cuenta la inflación, para el tercer año iniciaría con un monto de

$97.500,00. Además, se establecieron 5 sitios de vulnerabilidad en la tubería de

conducción, que pueden ser afectados por deslizamientos o ruptura por algún evento

natural; por tal razón se calcula que cada 3 años se debe cambiar un tramo de tubería de

aproximadamente 300 m.

La interrupción de los servicios por limpieza o mal funcionamiento de la conducción

se estiman en un costo anual de $12.833,55 y, tomando en cuenta el costo de la vida al

inicio del proyecto, este monto sería de $15.529,00. También en este caso se prevé que, al

suspender temporalmente el servicio, se pondría a funcionar como sistema alterno la toma

del río Bananito.

La gran ventaja que tiene esta propuesta, con respecto a las demás, es que trabajará

completamente por gravedad, por lo que no se va a incurrir en gastos de electricidad por

bombeo; solamente se utilizaría el rebombeo de Santa Rosa, por lo que el costo estimado de

este ítem es de $74.897,5, y al hacer la proyección al inicio del proyecto por costo de la

vida, ésta sería de $90.626,00.

163

Para el caso de los seguros, se toma la misma consideración de la propuesta de la

rehabilitación en La Bomba. El monto por el seguro se estima en $21.221,00, que al cabo

del tercer año sería de $24.551,00, tomando en cuenta un crecimiento anual de 7,56%,

según se estimó en el registro histórico de pagos. La tabla 37 expone cada uno de estos

costos para la vida útil del proyecto.

En este caso se puede observar que la relación del beneficio con respecto al costo es

de 2.21 y el TIR de 17.72 %, calificando también como un proyecto rentable para el AyA.

164

Tabla 36 Presupuesto de las obras necesarias para la toma de río Banano en Asunción

165

INSTITUTO COSTARRICENSE DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOSTOMA EN RIO BANANO ASUNCIÓN (SE2) (350 l/s)

E S C ALA DE PR E C IOS Y C AN TIDADES SUMINISTRO DE MATERIALES CONSTRUCCION SUMA DE COSTOSRUBRO DESCRIPCION UNIDADCANTIDAD COSTO LOCAL ¢ COSTO EXTRANJERO $ COSTO LOCAL ¢ LOCAL EXTRANJERO

UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL ¢ DIVISAS

(1) (2) (3) (4) (5) (6=4*5) (7) (8=4*7) (9) (10=4*9) (11=6+10) (12=8)

100.000 Obras de toma101.000 Captación102.000 Presa104.000 Destronque, desmonte y limpieza m2 350 - 1.182 413.770 413.770 - 105.000 Excavación m3 100 - 3.701 370.080 370.080 - 106.000 Excavación en roca m3 50 - 9.252 462.600 462.600 - 110.000 Concreto estructural m3 1.686 138.000 232.668.000 - 67.000 112.962.000 345.630.000 - 116.000 Compuertas mecánicas un 5 10.000 50.000 - 5.000 25.000 75.000 - 117.000 Tapas metálicas un 8 36.494 291.952 - 14.598 116.781 408.733 - 118.000 Peldaños Global 1 - 770.890 770.890 770.890 - 119.000 Rejillas metálicas Global 1 - 410.000 410.000 410.000 - 120.000 Tubería, válvulas y accesorios de salida, -

limpieza, rebose y ventilación Global 1 1.033.705 - 356.150 356.150 1.389.855 - 121.000 Pintura Global 1 2.730.000 - 845.000 845.000 3.575.000 - 122.000 Desvío y restauración del cause del río Global 1 - 2.320.000 2.320.000 - 125.000 Vertederos metálicos un 3 30.000 90.000 - 15.000 45.000 135.000 - 126.000 Escaleras metálicas un 2 7.000 14.000 - 3.600 7.200 21.200 - 128.000 Barandas metálicas ml 45 5.000 225.000 - 2.500 112.500 337.500 -

- 203.000 Movilización de maquinaria y equipo hasta el - 6.871.100 6.871.100 -

lugar de trabajo Global 1 - - - - - -

CANAL - - 110.000 Concreto estructural m3 155 138.000 21.390.000 - 67.000 10.385.000 31.775.000 - 104.000 Destronque, desmonte y limpieza m2 350 - 1.182 413.770 413.770 - 105.000 Excavación m3 300 - 3.701 1.110.240 1.110.240 - 106.000 Excavación en roca m3 55 - 9.252 508.860 508.860 - 114.000 Material de relleno m3 100 1.000 100.000 - 700 70.000 170.000 - 116.000 Compuertas mecánicas un 2 10.000 20.000 - 5.000 10.000 30.000 - 117.000 Tapas metálicas un 2 36.494 72.988 - 14.598 29.195 102.183 -

-


ESCALA DE PRECIOS Y CANTIDADES SUMINISTRO DE MATERIALES CONSTRUCCION SUMA DE COSTOSRUBRO DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD COSTO LOCAL ¢ COSTO EXTRANJERO $ COSTO LOCAL ¢ LOCAL EXTRANJERO

UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL ¢ DIVISAS(1) (2) (3) (4) (5) (6=4*5) (7) (8=4*7) (9) (10=4*9) (11=6+10) (12=8)

- -

347.000 Desarenadores Global - 331.000 Destronque, desmonte y limpieza m2 150 - 1.182 177.300 177.300 - 332.000 Excavación en roca para zanjas m3 117 - 3.700 432.900 432.900 - 333.000 Concreto estructural m3 44 138.000 6.072.000 - 67.000 2.948.000 9.020.000 - 114.000 Material de relleno m3 8 1.000 8.000 - 700 5.600 13.600 - 116.000 Compuertas mecánicas 70 X 70 un 4 10.000 40.000 - 5.000 20.000 60.000 - 117.000 Tapas metálicas un 4 36.494 145.976 - 14.598 58.390 204.366 -

300.000 Conducciones301.000 Tubería de hierro dúctil301.043 K-9, 450 mm DN ml 13.685 98 1.341.130 6.500 88.952.500 88.952.500 1.341.130 301.051 K-9, 500 mm DN ml 6.043 114 688.902 7.300 44.113.900 44.113.900 688.902 310.000 Válvulas de compuerta de hierro dúctil (HD) o

hierro fundido (HF)310.067 Clase 150, 450 mm DN un 14 3.135 43.890 216.942 3.037.188 3.037.188 43.890 310.072 Clase 150, 500 mm DN un 6 4.015 24.090 277.838 1.667.028 1.667.028 24.090 322.000 Válvulas de aire322.021 Clase 125, 38 mm DN un 7 180 1.260 37.000 259.000 259.000 1.260 322.027 Clase 150, 50 mm DN un 2 242 484 50.000 100.000 100.000 484 324.000 Estructura de limpieza324.026 Clase 125, 200 mm DN un 9 1.262 11.357 470 4.226 15.583 - 329.000 Cajas para válvulas un 38 57.000 2.166.000 21.000 798.000 2.964.000 - 330.000 Interconexiones un 1 650.000 320.000 970.000 - 331.000 Destronque, desmonte y limpieza m2 5.000 1.087 5.435.000 5.435.000 - 332.000 Excavación en roca para zanjas m3 10.000 3.700 37.000.000 37.000.000 - 334.000 Concreto para bloques de anclaje m3 55 44.204 2.431.220 - 29.812 1.639.660 4.070.880 - 344.000 Cruces de ríos y quebradas344.021 para cruce de río apoyado a estructura existente344.041 para cruce aéreo río Tercero Global 1 11.330.000 11.330.000 - 4.532.000 4.532.000 15.862.000 - 344.042 para cruce aéreo río Segundo Global 1 14.162.000 14.162.000 - 5.664.800 5.664.800 19.826.800 - 344.043 para cruce aéreo río Banano Global 1 45.400.000 45.400.000 - 18.160.000 18.160.000 63.560.000 - 344.044 para cruce aéreo quebrada San Antonio Global 1 15.578.000 15.578.000 - 6.231.200 6.231.200 21.809.200 - 344.045 para cruce aéreo río Aguas Zarcas Global 1 32.420.000 32.420.000 - 12.968.000 12.968.000 45.388.000 -

166


ESCALA DE PRECIOS Y CANTIDADES SUMINISTRO DE MATERIALES CONSTRUCCION SUMA DE COSTOSRUBRO DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD COSTO LOCAL ¢ COSTO EXTRANJERO $ COSTO LOCAL ¢ LOCAL EXTRANJERO

UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL UNITARIO TOTAL ¢ DIVISAS(1) (2) (3) (4) (5) (6=4*5) (7) (8= 4*7) (9) (10=4*9) (11=6+10) (12=8)

944.000 Edificios Global944.013 Caseta de control Global 1 2,550,000 1,300,000 3,850,000 -

1000.000 Obras Complementarias1005.000 Líneas de alimentación y tendido eléctrico1006.000 Alumbrado exterior Global 1 407,800 - 224,100 631,900 - 1024.000 Reemplazo de pavimentos1024.021 para pavimentos de lastre m2 6,000 1,000 6,000,000 - 2,000 12,000,000 18,000,000 -

1100.000 Caminos1101.000 Destronque, desmonte y limpieza m2 7,000 - 1,800 12,600,000 12,600,000 - 1102.000 Excavación no clasificada m3 500 - 2,570 1,285,000 1,285,000 - 1104.000 Excavación en roca m3 50 - 9,700 485,000 485,000 - 1109.000 Superficies de rodamiento de lastre, lastre -

estabilizado, asfalto bituminoso o concreto - 1109.001 para superficie de lastre m2 5,000 1,100 5,500,000 - 2,300 11,500,000 17,000,000 - 1110.000 Cunetas1131.000 Mejoras en caminos Global 1 3,000,000 - 1,000,000 1,000,000 4,000,000 - 1132.000 Mejoras en puentes Global 1 1,000,000 - 500,000 500,000 1,500,000 -

SUB - TOTALES ¢ 821,591,926 $2,099,756.00

¢ 1,091,873,120COSTOS MAT. Y CONST (MC) ¢ 1,913,465,046

ADMINISTRACIÓN E IMPREVISTOS (10%MC) ¢ 191,346,505UTILIDAD DEL CONTRATISTA (15% MC) ¢ 287,019,757

COSTO DIRECTO (CD) : ¢ 2,391,831,308

INSPECCIÓN (5.4 % CD) ¢ 129,158,891INGENIERÍA (2.0 % CD) ¢ 47,836,626

ADMINISTRACIÓN (4.0 % CD) ¢ 95,673,252SE TOMA 1 $ = 520 ESCALAMIENTO ( 10.0 % CD) ¢ 239,183,131

IMPREVISTOS (5.0 % CD) ¢ 119,591,565SUB - TOTAL AYA : ¢ 631,443,465

TOTAL ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS ¢ 3,023,274,773


167

Tabla 37. Evaluación económica de la toma del río Banano en Asunción (SE2)

1 2 3 4 5 6 7 8Item Costo Costo Elec Seguros Costo Beneficio Benef - Costo

Construcc. BombeoConstrucción Op. Y Mant p/servicio

-1 $2.325.595,98 $2.325.596 -$2.325.5960 $3.488.393,97 $3.488.394 -$3.488.3941 0 $97.500 $15.529 $90.626 $24.551 $228.206 $619.810 $391.6042 0 $17.082 $99.689 $26.407 $143.178 $688.473 $545.2953 0 $117.000 $18.790 $109.657 $28.403 $273.851 $764.742 $490.8914 0 $20.669 $120.623 $30.551 $171.843 $849.460 $677.6175 0 $140.400 $22.736 $132.685 $32.860 $328.682 $943.563 $614.8816 0 $25.010 $145.954 $35.344 $206.308 $1.048.091 $841.7837 0 $168.480 $27.511 $160.549 $38.017 $394.557 $1.164.199 $769.6428 0 $30.262 $176.604 $40.891 $247.757 $1.293.169 $1.045.4129 0 $202.176 $33.288 $194.265 $43.982 $473.711 $1.436.426 $962.715

10 0 $36.617 $213.691 $47.307 $297.615 $1.595.553 $1.297.93811 0 $242.611 $40.279 $235.060 $50.883 $568.834 $1.772.308 $1.203.47512 0 $44.306 $258.566 $54.730 $357.603 $1.968.645 $1.611.04213 0 $291.133 $48.737 $284.423 $58.868 $683.161 $2.186.731 $1.503.57014 0 $53.611 $312.865 $63.318 $429.794 $2.428.977 $1.999.18315 0 $349.360 $58.972 $344.152 $68.105 $820.589 $2.698.059 $1.877.47016 0 $64.869 $378.567 $73.254 $516.690 $2.996.950 $2.480.26117 0 $419.232 $71.356 $416.424 $78.792 $985.804 $3.328.953 $2.343.14918 0 $78.492 $458.066 $84.748 $621.306 $3.697.734 $3.076.42819 0 $503.079 $86.341 $503.873 $91.155 $1.184.448 $4.107.369 $2.922.92120 0 $94.975 $554.260 $98.047 $747.282 $4.562.383 $3.815.10221 0 $603.694 $104.472 $609.686 $105.459 $1.423.312 $5.067.804 $3.644.49222 0 $114.920 $670.655 $113.432 $899.006 $5.629.215 $4.730.20923 0 $724.433 $126.411 $737.720 $122.007 $1.710.572 $6.252.820 $4.542.24824 0 $139.053 $811.492 $131.231 $1.081.776 $6.945.507 $5.863.73225 0 $869.320 $152.958 $892.642 $141.152 $2.056.071 $7.714.931 $5.658.86026 0 $168.254 $981.906 $151.823 $1.301.982 $8.569.591 $7.267.60827 0 $1.043.184 $185.079 $1.080.096 $163.301 $2.471.660 $9.518.930 $7.047.27028 0 $203.587 $1.188.106 $175.646 $1.567.339 $10.573.437 $9.006.09829 0 $1.251.821 $223.946 $1.306.917 $188.925 $2.971.608 $11.744.762 $8.773.15430 0 $246.340 $1.437.608 $203.208 $1.887.156 $13.045.847 $11.158.69131 0 $1.502.185 $270.974 $1.581.369 $218.570 $3.573.098 $14.491.066 $10.917.96832 0 $298.072 $1.739.506 $235.094 $2.272.672 $16.096.386 $13.823.71433 0 $1.802.622 $327.879 $1.913.457 $252.867 $4.296.824 $17.879.544 $13.582.72034 0 $360.667 $2.104.802 $271.984 $2.737.453 $19.860.240 $17.122.78735 0 $2.163.146 $396.733 $2.315.282 $292.546 $5.167.708 $22.060.357 $16.892.64936 0 $436.407 $2.546.811 $314.663 $3.297.880 $24.504.204 $21.206.32437 0 $2.595.775 $480.047 $2.801.492 $338.451 $6.215.765 $27.218.779 $21.003.01438 0 $528.052 $3.081.641 $364.038 $3.973.731 $30.234.076 $26.260.344

VAN 8.212.145,78 18.121.438,45 6.234.154,00

2,21 TIRE 17,72%

Mejoras a Toma


Evaluación Económica Reabilitación Toma Banano Asunción


168

6.4 Comparación de los resultados de las evaluaciones económicas

La tabla 38 resume los resultados de los dos proyectos estudiados comparados con la

captación actual en el río Bananito. De aquí se puede concluir que, si se siguiera con la

toma actual en el río Bananito, esta generaría perdidas a largo plazo para la institución. Sin

embargo, las otras dos opciones presentadas indican que si se hace una inversión inicial, se

reduciría considerablemente estos montos que se pagan año a año por motivo de

mantenimientos y a largo plazo la institución tendría ganancias que podrían ser utilizadas en

mejoras a este sistema u otras necesidades que tenga la Región por falta de presupuesto.

Evidentemente la mejor opción según este estudio es la rehabilitación en La Bomba ya que

tiene una rentabilidad mucho mayor a la de la toma del río Banano en Asunción.

Tabla 38. Resumen de evaluaciones económicas Beneficio/Costo VAN TIR

Toma en el río Bananito 2,27 8.579.040,97 -Rehabilitación de La Bomba 3,82 10.530.662,02 28,82 %Toma en el río Banano (Asunción)

2.21 6.234.154,00 17,72 %


169

CAPÍTULO VII

CONCLUSIONES

7.1 Conclusión general7.1.1 Con base en los análisis realizados en el presente estudio, se concluye que la opción

más apropiada del punto de vista técnico y económico, para abastecer de agua

potable a la ciudad de Limón, consiste en captar parte del caudal del río Banano en

el sitio conocido como Bomba, mediante un conjunto de obras civiles, constituido

por una presa transversal al río y un sistema de bombeo que impulsa las aguas hasta

la planta de tratamiento La Bomba, actualmente en operación.

7.2 Conclusiones respecto a la calidad de las aguas de los ríos Banano y

Bananito7.2.1 De los 5 puntos de control analizados en lo que respecta a calidad del agua en la

cuenca del río Bananito, se obtuvieron valores altos de coliformes fecales y de

turbiedad. Esto demuestra que el agua utilizada actualmente presenta condiciones

que requieren más control para realizar su debido tratamiento con el consecuente

aumento en los costos.

7.2.2 La calidad de las aguas del río Banano es superior a la del río Bananito, por lo tanto

son más aptas para el consumo humano. Esta conclusión está fundamentada en las

pruebas de calidad del agua, cuyos resultados se muestran en las tablas 7 y 11 de

este documento. Llama la atención los valores altísimos de coliformes y sulfatos de

las aguas del río Bananito en comparación con las del Banano. La coloración más

oscura de las aguas del río Bananito, indica un mayor contenido de sedimentos en

suspensión. Esto influye directamente en la cantidad de sulfato de aluminio a

utilizar en la planta potabilizadora para conformar los flóculos, aumentando el costo

del tratamiento. En términos generales, la calificación de la calidad de las aguas del

170

río Banano es de buena a excelente, mientras que las del río Bananito es de regular a

buena.

7.3 Conclusiones referentes a la toma del río Bananito7.3.1 Es conclusión de este trabajo, que la toma del río Bananito tiene alta vulnerabilidad

y por lo tanto no es una estructura confiable para garantizar el suministro continuo e

ininterrumpido de agua potable a la ciudad de Limón. Los argumentos que sustentan

esta conclusión son los siguientes.

171

La toma está ubicada en un tramo del río donde se forman meandros. Basados

en los estudios de mecánica de ríos, la pendiente en el tramo del río Bananito donde

se ubica la toma de aguas es de So= 0,26%, siendo una pendiente muy baja con

propensión a la formación de meandros. Lo anterior queda respaldado también al

aplicar la ecuación s * Q 0.44 = 0.0116 pág. 26 de este documento, donde se

obtiene un valor de 0,00728< 0,0116 y por lo tanto se confirma estar en una zona

meandriforme. En esta situación, el cauce del río es muy cambiante en su geometría

en planta, y en grandes avenidas, el mismo pude cortar los meandros y formar un

cauce nuevo lejos de la estructura de toma, condición que sacaría de operación el

acueducto. Adicionalmente, lo anterior es confirmado por el seguimiento fotográfico

aéreo durante varios años.

La toma está ubicada en la margen izquierda y en la parte interna de la curva

de un meandro. Es conocido por la mecánica de ríos la tendencia que tienen las

corrientes fluviales a depositar sedimentos en el interior de las curvas y a erosionar en

la parte externa de las mismas. Esto explica el ingreso de la gran cantidad de

sedimentos por la toma, y las frecuentes salidas de operación de la estructura por

efecto de colmatación. También permite comprender el obstinado comportamiento

del río en tratar de fijar su cauce por la margen derecha, alejándose de la estructura

de toma. Este comportamiento del río causa serios problemas de operación,

requiriendo tener maquinaria pesada en el sitio para estar conformando el cauce y la

presa de materiales sueltos necesaria para dar carga hidráulica a la toma.

7.4 Conclusiones referentes a la toma del río Banano en el sitio de Asunción7.4.1 El sitio de Asunción al que hemos denominado “SE2” es un excelente sitio de

captación.

Este sitio presenta características que lo hacen ser muy favorable para la

construcción de una estructura de toma, ya que presenta una diferencia de elevación

importante entre el sitio y la planta potabilizadora La Bomba, permitiendo conducir el agua

172

por gravedad, y por lo tanto, evitando el bombeo, con la consiguiente reducción en los

costos de operación.

Este sitio está ubicado en un lugar donde la cuenca está protegida y alejada de la

población, lo que garantiza una calidad de agua de excelente. Además, otro factor positivo

del sitio es el material rocoso del fondo y de las márgenes, que actuarán como controles

geológicos, manteniendo fijo el cauce del río.

Indudablemente, lo que hace oneroso esta opción es la longitud tan extensa de la línea

de conducción que incrementa la inversión inicial, pero siempre es una opción competente.

Aunque su rentabilidad es inferior a la opción de captación en el sitio La Bomba, la calidad

del agua es superior y el recurso hídrico está menos expuesto a contaminación por

coliformes y agroquímicos.

7.5 Conclusiones referentes a la rehabilitación de La Bomba en el río Banano7.5.1 Captar el agua en el sitio La Bomba es la mejor opción técnica.

Éste sitio cuenta con dos controles geológicos bien marcados que han subsistido a lo

largo del tiempo y de eventos de gran magnitud, que garantizan una sección estable del río

en donde se puede colocar un sitio de toma de aguas.

Se diseñó una presa que permitirá levantar el nivel de agua lo suficiente para contar con

la sumergencia requerida por las bombas de succión, esto soluciona el problema actual que

corresponde a un tirante de agua muy pequeño.

Se diseñó una estructura de protección en la margen izquierda donde se ubican las

tuberías de succión. Con esto se evita que ingresen rocas o troncos que puedan dañar el

sistema de bombeo propuesto.

El sistema de bombeo será reemplazado en su totalidad, ya que el actual está muy

deteriorado y se han perdido gran parte de sus componentes. También se realizarán las

mejoras en la infraestructura de la caseta de operación.

173

7.6 Conclusiones referentes a las evaluaciones económicas de la toma actual en

el río Bananito y los proyectos propuestos de captación en el río Banano7.6.1 La opción de toma en La Bomba denominada como SE5, refleja la rentabilidad más

alta aun con las inversiones que se tengan que realizar para su rehabilitación. La

evaluación económica se realizó para un período de 40 años, considerando una

inflación del 10% anual así como un incremento tarifario acorde a la inflación.

La toma actual en el río Bananito tiene elevados costos de operación y mantenimiento

para la institución, y aunque se ha despreciado en el análisis la inversión inicial,

asumiéndola como un costo hundido, el VAN es inferior a la opción de toma en La Bomba.

La toma actual no produce pérdidas en el periodo de análisis de 40 años, sin embargo, las

utilidades son bajas, aparte de los aspectos de vulnerabilidad que presenta la estructura.

La toma en el río Banano, en Asunción SE2, tiene un VAN menos rentable que la

actual toma en el río Bananito; pero como ya fue mencionado, esto se debe a que en el caso

de la toma actual no se valoraron los costos de construcción ni las inversiones de

remediación ya realizadas. Si estos valores se tomaran en cuenta, definitivamente la opción

de Asunción sería más económica que la actual. Aun así, con base en la evaluación

económica, el proyecto es rentable, con un TIR de 17,72 %, lo que supera cualquier tasa de

interés por préstamos para construcción de inversiones públicas.

RECOMENDACIONES

Sacar de operación la toma del río Bananito y utilizarla como sistema alterno en caso

de sacar de operación la del río Banano.

Hacer muestreos de calidad del agua más frecuentemente para tener un historial del

comportamiento de estos ríos.

Reforestación en las márgenes del río Banano en los sectores de la cuenca alta y

media.

Realizar pruebas de jarras y curvas de turbiedad en los sitios de estudio.

174

Se recomienda realizar una inspección a las fincas bananeras con el fin de detectar el

uso de agroquímicos que puedan ser vertidos al río Banano sin ningún control y que

puedan afectar la toma de aguas.

Efectuar un levantamiento topográfico en el sitio propuesto de toma en Asunción,

así como del trazado de la tubería de conducción.

La rehabilitación de La Bomba es la más rentable para la Institución, además se

construiría en menor tiempo que la de Asunción.

No se debe descartar completamente la alternativa de la toma en Asunción ya que

este presenta beneficios no cuantificables económicamente como estar ubicada en

una zona de protección donde se controla el uso del suelo evitando la deforestación y

el desarrollo de algún tipo de industria que pueda contaminar la cuenca.

Detallar en planos constructivos los esquemas propuestos.

Comparar las propuestas de este estudio con las que se han realizado en otras

investigaciones que evalúan las aguas subterráneas para el suministro de agua por

medio de pozos.

175

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ANEXOS

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