Estudios de Travesias

Este trabajo tiene por objetivo orientar el estudio de travesías de ductos bajo cursos de agua, canales, áreas inundadas y reservas.
El Estudio visualiza a la minimización de los riesgos a los ductos, sean antrópicos, geotécnicos, hidráulicos o ambientales, tanto en la fase de implantación cuanto de operación. También determina cual es el método constructivo más adecuado para la travesía en cuestión.


La densidad de población es de 2.016,5 hab/km2. La exclusión social y la marginalidad vivenciadas en este sector se presentan como desafíos tanto para el Estado (incapaz de encontrar respuestas adecuadas), la Sociedad civil (generadora de articulaciones complejas) y la Ciudadanía (constructora de los diferentes espacios vividos). La necesidad de revertir el proceso de degradación medio ambiental se fundamenta en la urgencia de mejorar la calidad de vida y recuperar el espacio urbano como un lugar donde la relación sociedad-naturaleza sea armoniosa y se apoye en el desarrollo sustentable. Los impactos, hasta ahora observados, son de carácter negativo.

1.- Introducción

En la elaboración de proyectos para la implantación de ductos, se hace indispensable el estudio de travesía bajo cursos de agua, canales, áreas inundadas y reservas.
Estas travesías necesitan de un detallamiento con criterios mínimos de seguridad para la implantación de la futura obra. En el desarrollo de estos criterios, fue elaborada una metodología que caracteriza los riesgos de inestabilidad de la travesía, analizando las condiciones de estabilidad hidráulica, la estabilidad geológico-geotécnica y geomorfología y las influencias de las actividades antrópicas en la configuración de la sección.

A partir del estudio de travesía, el equipo técnico recomienda el método constructivo más adecuado.

2.- Metodología de los Estudios de Travesías de Ductos

Los estudios de travesías caracterizan los riesgos de inestabilidad de la travesía, que dependen de la identificación de tres elementos básicos:

2.1.- Estudios para la evaluación de la Influencia de Actividades Antrópicas e Informaciones Preliminares de la Sección de la Travesía.

Las posibles acciones antrópicas e informaciones preliminares traducen eventuales influencias sobre la estabilidad de la sección, y son obtenidas con la localización de la travesía sobre el material cartográfico.

En la identificación del trazado preliminar y en la localización de la travesía, durante la fotointerpretación se recoge:

  • Evitar el impacto sobre matas ciliares o vegetación natural prominentes en los márgenes del curso de agua en estudio;

  • Desviar los puntos de entrada y salida de la cañería en la travesía de culturas permanentes o de alto valor exploratorio;

  • Impedir el pasaje de cañería en áreas edificadas manteniendo un alejamiento seguro de las habitaciones, graneros, galpones de máquinas y otras de carácter indemnizatorio elevado;

  • Mantener los puntos de entrada y salida de la cañería en la travesía alejada de obras hidráulicas como aduptoras y represas;

  • Evitar que los puntos de entrada y salida de la cañería se localicen sobre formaciones geológicas desfavorables para la implantación del ducto o de difícil operación en la fase constructiva.

En la investigación en órganos públicos, universidades, organizaciones municipales, provinciales, federales es verificada la programación de futuras iniciativas u obras en marcha en la región, a fin de levantar informaciones que puedan afectar las condiciones de estabilidad de la travesía.

En la investigación de campo (Figura 1) los técnicos recolectan datos de carácter hidrológico, sedimentológico, determinaciones expeditas de la velocidad del río, formas de sección de vición, dan de alta las principales características geológico-geotécnicas y geomorfológicos. En la misma oportunidad localizan y dan de alta las expectativas de arena, aún las no oficialmente autorizadas.

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Figura 1: Croquis de la Investigación de Campo del Río Paraíba do Sul – RJ

También son recolectadas muestras de sedimento de fondo y de márgenes para los casos de travesías de cursos de agua, canales, áreas inundadas y reservas, para el análisis granulométrica (NBR 7181), en los siguientes locales:

  • Una muestra representativa de material del fondo, en el centro del canal;

  • Una muestra del margen izquierdo, recolectada a partir del margen a una distancia de 15% de anchura del canal;

  • Una muestra del margen derecha, recolectada a partir del margen a una distancia de 15% de anchura del canal;

Las muestras son acondicionadas en saco plástico e identificadas con el nombre de la travesía, tramo, fecha de la toma y nombre del técnico responsable por la recolección.

2.2.- Estudio para la determinación de las condiciones de estabilidad hidráulica

2.2.1.- Estudio hidrológico

El estudio hidrológico es el reconocimiento de las características hidráulicas del río es realizado conforme los pasos demostrados a continuación:

  • Determinar el área del drenaje de la travesía con el auxilio de programa CAD o con base en informaciones del área de drenaje de puestos fluviométricos situados próximos al local del estudio;

  • Analizar y calcular la frecuencia de llenas, que consiste en el establecimiento de una relación funcional entre la magnitud de un evento y su probabilidad de ocurrencia, a partir de una muestra de datos, representada por la serie de eventos observados en el pasado o un subconjunto de esta. La probabilidad de la ocurrencia de una llena es, en general, medida por el tiempo de recurrencia, entendido como el valor esperado del número de años para que ocurra una llena igual o superior:

  • Calcular la curva de descarga de la travesía que representa la relación existente entre el nivel de agua en la sección y la variación calculada, y partir de este hidrólogo deben determinar los niveles máximos de inundación;

  • Calcular las variaciones máximas correspondientes a las secciones de travesía;

  • Usar modelos matemáticos y trazados de las curvas de descarga de las secciones, para obtención de variaciones de llenado.

El hidrólogo evalúa entonces la tendencia de erosión o depresión (asesoramiento) del río, con base en la curva de descarga, variación modeladora y diámetro del sedimento.

En los estudios de estabilidad de ríos el ideal es trabajar con series históricas de variaciones. Sin embargo, es común durante evaluaciones utilizar una única variación modeladora, que mantendría el mismo patrón geomorfológico del río si ocurriera constantemente al largo del año.

El hidrólogo debe adoptar una variación modeladora para un determinado tiempo de recurrencia que por su frecuencia, hace que el lecho este preparado para soportarla.

Los resultados son presentados en un informe específico contiendo el área de drenaje, el croquis del cálculo de la declividad, la memoria de cálculo, el gráfico de la curva de frecuencia, el gráfico de la curva de descarga los límites de la geometría de equilibrio, las condiciones de la estabilidad del lecho, las condiciones de estabilidad de los márgenes y el resultado final del análisis hidrológico.

2.2.2.- Estudio Sedimentológico

Otro punto importante en los estudios de la estabilidad hidráulica es la colecta muestras en el fondo de la sección de travesía que son encaminadas hacia el laboratorio para análisis granulométrica (NBR 7181). El geólogo y el hidrólogo analizan los resultados granulométricos y hidráulicos estableciendo el comportamiento de la sección cuanto una posible tendencia de deposición o erosión.

Es realizada también el análisis de las características granulométricas de los sedimentos, comparando la constitución geológica del material recolectado en el canal con las características del material encontrado en los márgenes del río.

2.2.3.- Levantamiento topográfico y batimétrico

Como último elemento en el análisis de la estabilidad hidráulica es elaborada una base cartográfica precisa, para la definición y proyecto de la travesía.

La primera fase del trabajo consiste en definir con ayuda de ortofotos del área de interés del local a ser proyectada la travesía, comprendiendo un área de 50 m2 en cada margen.

Secuencialmente es hecha una visita técnica con profesionales especializados al local de interés, cuando es definido el eje preliminar de la travesía y la cantidad de secciones topográficas a montante y jurante.

En esta ocasión son verificados los principales obstáculos (edificaciones posteamientos, vallas, puentes, carreteras, franja existente de ductos, rectificadores y otros puntos notables) que pueden interferir en el proyecto y deben ser dados de alta por el equipo de topografía.

El equipo de topografía, orientada y coordenada por un ingeniero, ejecuta el levantamiento (Figura 2) de forma de retratar correctamente el local blanco del proyecto, caracterizando fielmente los puntos de inflexiones del terreno, el talvegue principal del río y afluentes la declividad media del lecho del río y lámina de agua. Para alcanzar este objetivo, son utilizados equipamientos de precisión, personal calificado y softwares específicos.

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Figura 2: Levantamiento Topográfico del Río Itabapoana – Divisa RJ/ES

El método de levantamiento de las cotas del lecho (fondo), depende de la profundidad de curso de agua. Se adopta la topobatimetría o la ecobatimetría conforme los casos ejemplificados a continuación.

  • En travesías con profundidad hasta 4 metros son realizadas líneas topobatimétricas preferentemente con espaciamiento entre 25 y 40 metros;

  • En travesías con profundidad media mayor que 4 metros son realizadas líneas de batimetría con espaciamiento preferentemente entre 25 y 40 metros usando un equipamiento de ecobatímetro acoplado al GPS diferencial, con precisión relativa de 1 metro.

Los resultados de la topografía y batimetría son presentados en un informe específico, conteniendo un dibujo del modelo digital del terreno, con las curvas de nivel y relación de los datos brutos.

2.3.- Equipos para determinación de las condiciones de estabilidad Geológica.

2.3.1.- Condiciones de Estabilidad Geológica

En esta etapa son determinadas las características geológicas y pedológicas del área de la travesía.

La geología regional es basada en mapas geológicos y pedológicos preexistentes y orienta el estudio con informaciones cronoestratigráficas y litoestratigráficas, así como sobre los principales tipos de suelos que ocurren en el local del estudio.

En la etapa de detallamiento del levantamiento son identificadas las características geológicas del local, a partir del estereo-análisis de aerofotos y de la interpretación de imágenes de satélites. Complementando la fotointerpretación, son integradas las informaciones de los sondeos mixtos, datos suministrados por los perfiles de GPR, y otras observaciones relevantes obtenidas en el local durante el levantamiento de campo.

La geología regional es basada en mapas geológicos y pedológicos preexistentes y orienta el estudio con informaciones cronoestratigráficas y litoestratigráficas, así como sobre los principales tipos de suelos que ocurren en el local del estudio.

2.3.2.- Condiciones de estabilidad Geomorfológica.

Los estudios geomorfológicos son realizados en escala regional a partir de la interpretación de imágenes de radar y satélite, apoyadas en carta imagen, en la escala 1:250.000 y 1:50.000.

El análisis multitemporal (Figura 3), basada en el análisis de las imágenes de satélite y aerotofos, en épocas distinguidas, en las escalas 1:30.000, 1:8.000, y de mosaicos semi-controlados obtenidos a partir de aerofotos, posibilita estudios de evolución morfológica (migración de los márgenes).

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Figura 3: Análisis Multitemporal del Río de Cuentas – BA

El geólogo identifica las características del relieve (plana, ondulada, escarpada y montañosa) a través de la interpretación de imágenes de satélite, de aerofotos, del análisis de cartas geomorfológicos y de la verificación de campo.

2.3.3.- Condiciones de estabilidad Geotécnica

En esta etapa son determinadas las características geotécnicas del área en estudio a través de los resultados de los sondeos geotécnicos (trado, percusión y rotativa), observando la metodología establecida en la NBR 6484/2001 y ABNT NBR 13441, de los sondeos rotativos y mixtos, de los ensayos granulométricos y de los levantamientos de GPR, con el objetivo de analizar la resistencia del suelo, nivel de agua, la cantidad de roca, la distribución granulométrica de los materiales del fondo y la estratigrafía del terreno.

Los levantamientos con GPR (Ground Penetrating Radar), realizados sobre el área de interés, auxilian la interpretación estratigráfica del local (Figura 4).

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Figura 4: Levantamiento de GPR en Río Paraíba do Sul – RJ

3.- Resultados de los estudios de Travesías

En la verificación de la estabilidad de la travesía, durante la elaboración del informe final del estudio, el equipo técnico desarrolla las siguientes etapas:
Análisis de la estabilidad hidráulica de las travesías, buscando verificar los valores de equilibrio (Tabla 1) estimados en las ecuaciones propuestas para canales con escapamiento en superficie libre y con fondo móvil.

Esos valores de equilibrio dividen el comportamiento de la sección en dos regiones (o campos), una con tendencia la deposición de materiales y otra con tendencia a la erosión, conforme los parámetros sean superiores o inferiores a los del equilibrio;

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Tabla 1: Valores de Equilibrio en Río Paraíba del Sul – RJ

  • Análisis también de los márgenes, con la identificación de las áreas inundables, la caracterización del canal de drenaje a través de los resultados de los estudios geológicos, geomorfológicos y geotécnicos;

  • Determinación, siguiendo el análisis multitemporal, de la posible evolución de los márgenes, verificando si las variaciones del canal del río en toda su región de influencia, realizada a partir de imágenes antiguas y recientes.

  • Verificación de la acción de las actividades antrópicas en la travesía.

El equipo técnico analiza la microlocalización de la travesía escogida, de modo a:

  • Adecuar el local escogido, en detalles, relatando motivos de las conclusiones positivas o negativas;

  • Buscar mejorías de la condición de la travesía, mediante alteración del local, con embasamiento técnico y presupuestario;

  • Verificar la proyección de la columna, en igual extensión a de la travesía recomendada, en la entrada y salida del taladro direccional.

De posesión de esas informaciones, el equipo técnico recomienda un trazado microlocalizado, que es avalado por el cliente.

Después de las investigaciones preliminares, los levantamientos de campo, los cálculos matemáticos y los análisis de estabilidad de la sección, el equipo técnico presenta los resultados obtenidos y recomienda el método constructivo (taladro direccional, subfluvial y aéreo) más adecuado para la travesía, con miras a la mayor seguridad para la futura obra, como la reducción de los impactos ambientales por ocasión de la implantación. Los resultados de los estudios de travesías son compatibles con las normas ADTM. F 1962-99 y presentan la localización en planta (Figura 5 – directriz del ducto) y perfil (Figura 6 – geometría con el ángulo de entrada y salida mostrando la profundidad segura para la implantación de la obra.

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Figura 5: Planta de la Travesía Recomendada del Río Itabapoana – RJ

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Figura 6: Perfil de la Travesía Recomendada del Río Ururaí – RJ

Fuente:

Marcos de Castro Leal – Alessandra de Barros e Silva – ESTEIO Engenharia e Aerolevantamentos S/A – Brasil

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