UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA

FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGA Y AMBIENTE

Modelacin de la red de drenaje pluvial de la Sub cuenca III de la Cuenca Sur de la ciudad de Managua

Trabajo Investigativo para obtener el Ttulo de Ingeniero Civil

Autores:

Br. Adriana Massiel Bello Herrera

Br. Luis Alberto Huete Medrano

Tutor:

PhD. Nstor Javier Lanza Meja

Managua, Nicaragua

Diciembre 2013

iv

DEDICATORIA

Este trabajo, el cual es un smbolo de esfuerzo, entrega, paciencia, lo quiero dedicar

de manera muy especial a:

Mi buen padre de amor, ya que l es la luz que brilla en m caminar, me ha dado

consuelo y fortaleza en los momentos ms difciles y obsequiado la bella familia

que tengo.

A mi pap Armando Jos Bello Garca, que a pesar de haber pasado a mejor

vida hace cinco aos, fue y seguir siendo mi modelo a seguir por todas sus

cualidades; siempre recordndolo con amor y como aquel padre que un da me

dijo: Bello, me siento orgulloso de que seas mi hija!.

Mi mama Martha Janeth Herrera Araz, por ser una mujer luchadora que a pesar

de dificultades personales y econmicas, siempre estuvo velando por mi bienestar

y que me demuestra que la distancia no es un obstculo para darme todo el amor.

Mis abuelitos Fabio Herrera y Vicenta Arauz, ya que gracias a su apoyo

incondicional estoy coronando esta meta, por ser esos padres que por

circunstancias de la vida se separaron de m.

Mi hermanita Flavia del Carmen Bello Herrera, por ser esa nia que a corta edad

queda sin padres, pero que a pesar de eso siempre ha estado conmigo vindome

con gratos ojos, regalndome bellas sonrisas y demostrndome su amor en los

momentos que ms triste me he sentido.

Por ltimo a: Luis Huete, Joan Duarte, Amanda Torrz, Harvin Hernndez,

Lizzette Lpez, por ser grandes personas, las cuales considero mis hermanos,

que a pesar de que discutimos por tonteras siempre me han dado una mano

amiga incondicionalmente.

Br. Adriana Massiel Bello Herrera

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Muchas veces nos desanimamos y nos entristecemos en la vida, puede ser por algo

que hemos perdido o algo por lo cual estamos luchando, sin embargo son estas

pruebas lo que definen lo que somos y una vez superado logramos ganar algo que

no se puede comprar o intercambiar.

La experiencia nos permite superar problemas para la cual sin ese proceso no

seriamos capaces de conquistar. Por eso agradezco a:

Dios Padre Todopoderoso por escoger con mimo todas esas pruebas y brindarme

fortaleza en los momentos en que ni yo cre en m mismo.

Jesucristo que me enseo con sus acciones a ser un mejor hombre cada da y

valorar las cosas sencillas de la vida, al Espritu Santo por guiarme y poner en mi

corazn confianza y conviccin.

Mi familia la mayor bendicin de mi vida:

Mi madre Reyna Guadalupe Medrano Chvez por desempear su labor de

madre como la prioridad de su vida, ser una fuente de amor infinita a la cual

acudir, por preferir quitarse el alimento de su boca para alimentar a sus hijos, por

ensaarme que los sueos se cumplen con paciencia y perseverancia.

Mi padre Luis Alberto Huete Baquedano, por abandonar las comodidades para

darme lo mejor que pudo, brindarme de manera incondicional su amor y asumir

en su corazn su rol de padre como la tarea ms importante, por ensearme el

amor al trabajo mediante la disciplina, orden y trabajo duro.

Al mejor y nico hermano Luis Carlos Huete Medrano compaero de desvelo el

cual siempre est dispuesto a compartir su tiempo conmigo sobre las dems

cosas, llenndome de alegra y diversin que no desaparece a pesar de la

distancia.

A mis tas: Mara Huete, Mara Teresa Huete y Segunda Huete por acogerme en

su casa brindndome su amor como si de un hijo se tratara, hacindome sentir en

casa aunque estuviera muy lejos y por estar pendientes de m.

vi

A mis abuelos, tos y primos por ser fuente, inspiracin y confianza,

ensendome el verdadero valor de familia y de hacer de mi vida, una vida

completa de amor y alegra.

Finalmente a mis compaeros y hermanos: Adriana Bello, Amanda Torrz, Joan

Duarte, Cristopher Hernndez y Harvin Hernndez, por hacer estos 5 aos una

estancia maravillosa en la cual las dificultades fueron granos de arena comparada

con el mar de felicidad que me brindaron.

Br. Luis Alberto Huete Medrano

vii

AGRADECIMIENTOS

El haber cumplido esta meta no fue una labor fcil, pero el nuestro seor Jesucristo

nos obsequi manos amigas que nos apoyaron, por lo cual agradecemos de manera

especial ha:

x Ing. Otoniel Baltodano Pea, nuestro coordinador, amigo, el cual nos ha apoyado de manera incondicional, tenindonos paciencia en nuestro andar

universitario.

x Ing. Jimmy Ernesto Vanegas Salmern, ya que comparti sus conocimientos de manera desinteresada durante estos cinco aos.

x Ing. Nstor Javier Lanzas Meja, que gracias a sus enseanzas, nos motiv a optar por un tema monogrfico en esta lnea y por su colaboracin en

esta investigacin.

x Ing. Freddy Sarria, por su disponibilidad en atendernos las veces que acudimos a l.

x A nuestros compaeros de clases, ya que durante estos cinco aos fomentaron conocimientos, solidaridad, trabajo en equipo y una buena

amistad.

x A nuestra Alma Mater, por ser una universidad que brinda muchas oportunidades a sus estudiantes, como lo son las becas y que gracias a ello

muchos estamos coronando nuestros sueos.

viii

TABLA DE CONTENIDO

I. INTRODUCCIN: ............................................................................................. 1

1.1. ANTECEDENTES: ..................................................................................... 2

1.2. JUSTIFICACIN: ....................................................................................... 3

1.3. LIMITACIONES .......................................................................................... 4

II. OBJETIVOS ..................................................................................................... 5

OBJETIVO GENERAL: ........................................................................................ 5

OBJETIVOS ESPECFICOS: ............................................................................... 5

III. MARCO TERICO ........................................................................................... 6

3.1. Anlisis Hidrolgico .................................................................................... 6

3.1.1. Morfometra de la Cuenca ....................................................................... 6

a) rea (A) ...................................................................................................... 7

b) Longitud del cauce (Lc) .............................................................................. 7

c) Pendiente del cauce (Sc) ........................................................................... 8

d) Pendiente de la Cuenca (Pc) ..................................................................... 9

e) Tiempo de Concentracin (tc) .................................................................. 10

f) Coeficiente de Escorrenta (C) ................................................................. 10

g) Curva Hipsomtrica .................................................................................. 11

h) ndice de compacidad (coeficiente de Gravelius) ..................................... 11

3.1.2. Parmetros hidrolgicos .................................................................... 12

3.1.2.1. Precipitacin ................................................................................... 12

3.1.2.2. Mtodo de Gumbel Tipo I ............................................................... 12

3.1.2.3. Hietograma de Diseo con el mtodo e bloque alterno ..................... 13

3.1.2.4. Mtodo de prdidas ........................................................................ 14

ix

3.2. HEC-HMS 3.5 .......................................................................................... 17

3.2.1. Mtodo de Transito ............................................................................... 17

3.2.2. Mtodo de Muskingum .......................................................................... 18

3.2.3. Hidrgrama Unitario del SCS ................................................................ 19

3.4. Anlisis Hidrulico ....................................................................................... 20

3.4.1. Modelacin hidrulica del cauce en flujo variado con HEC RAS .......... 20

3.4.1.1. Componente de Datos Geomtricos ..................................................... 20

3.4.1.2. Sistema esquemtico del rio o Cauce ................................................... 20

3.4.1.3. Secciones Transversales del Cauce ..................................................... 21

3.4.1.4. Coeficientes de Contraccin y Expansin ............................................. 24

3.4.2. Modelacin de hidrulica de puente con HEC RAS ................................. 25

3.4.2.1. Tipos de flujo en puentes ...................................................................... 26

3.4.2.2. Modelacin de la energa hidrulica en el puente segn HEC-RAS ..... 27

3.4.2.2.1. Ecuacin de la cantidad de movimiento (Momentum) ........................ 27

3.4.2.3. Vulnerabilidad del puente ...................................................................... 29

3.4.2.4. Socavacin en Puentes ........................................................................ 30

3.4.2.4.1. Mtodo de Froehlich .......................................................................... 31

IV. METODOLOGIA .............................................................................................. 32

4.1. Recopilacin de la Informacin ................................................................... 32

4.2. Revisin de Informacin .............................................................................. 32

4.3. Visitas de campo: ........................................................................................ 33

4.4. Modelacin de la Sub cuenca III ................................................................. 34

4.5. Propuestas de Solucin .............................................................................. 36

V. DESCRIPCIN DEL PROYECTO .................................................................. 37

5.1. Macro y Micro Localizacin ...................................................................... 37

x

5.2. rea de estudio ........................................................................................ 38

5.3. Relieve ..................................................................................................... 39

5.4. Modelo de Elevacin Digital ..................................................................... 40

5.5. Tipo de Suelo ........................................................................................... 41

5.6. Uso del Suelo ........................................................................................ 43

5.6.1. Cambios en el Uso de Suelo ............................................................. 46

5.7. Precipitaciones ......................................................................................... 48

5.8. Poblacin ................................................................................................. 48

5.9. Drenaje Pluvial de la Sub Cuenca III ........................................................ 49

5.9.1. Cauce 31 de Diciembre ..................................................................... 50

VI. RESULTADOS Y DISCUSIN ....................................................................... 51

6.1. Delimitacin de la Sub cuenca III ............................................................. 51

6.2. Caractersticas Morfomtrica de la Sub cuenca III ................................... 56

6.3. Grilla Curva Numero del SCS .................................................................. 61

6.3.1. Tipo de Suelo ........................................................................................ 61

6.3.2. Clasificacin segn grupo hidrolgico ............................................... 62

6.3.3. Uso de Suelo ..................................................................................... 63

6.3.4. Pendiente de la cuenca ..................................................................... 65

6.3.5. Mapa de nmero de la curva ............................................................. 66

6.4. Parmetros de Transito ............................................................................ 69

6.5. Datos de Precipitacin ............................................................................. 71

6.6. Simulacin Hidrolgica en HEC-HMS ...................................................... 76

6.7. Simulaciones en programa hidrulico HEC-RAS ..................................... 87

6.7.1. Comportamiento del cauce para caudales de eventos mximos y

tormentas de diseo ....................................................................................... 90

xi

6.7.2. Capacidad de las obras de cruce ...................................................... 94

6.7.3. Anlisis de Socavacin ...................................................................... 96

VII. CONCLUSIONES ......................................................................................... 102

VIII. RECOMENDACIONES ................................................................................. 105

IX. BIBLIOGRAFA ............................................................................................ 106

X. ANEXOS ....................................................................................................... 109

xii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1: Representacin de parmetro de la pendiente de la cuenca ................. 9 Figura 2: Representacin del Tiempo de Concentracin Fuente: pvcr ................ 10 Figura 3: Definicin de reas en una Curva Hipsomtrica .................................. 11 Figura 4: Hietograma de Diseo .......................................................................... 13 Figura 5: Solucin de la Ecuacin de escorrenta del SCS Fuente: .................... 14 Figura 6: Sistema Esquemtico de un rio Fuente: ............................................... 20 Figura 7: Esquema del cauce con ubicacin de la obra de cruce ....................... 21

Figura 8: Secciones Transversales del Cauce Fuente: ....................................... 21 Figura 9: Definicin de las Bancas de Inundacin ............................................... 22 Figura 10: Modelacin Hidrulica de la ubicacin de un puente Fuente: ............ 27 Figura 11: Cauce con puente .............................................................................. 29 Figura 12: Cauce en el momento de una creciente ............................................. 29 Figura 13: Cuenca Sur de Managua y sus Sub Cuencas .................................... 37 Figura 14: Relieve de la Sub-Cuenca III .............................................................. 40 Figura 15: Uso de Suelo de la Sub Cuenca III .................................................... 42 Figura 16: Uso del Suelo en la Sub Cuenca III para el ao 2007 ........................ 45 Figura 17: Aumento de la Poblacin ao 1900-1980 .......................................... 46 Figura 18: Aumento de la Poblacin ao 1942-2007 .......................................... 47 Figura 19: Modelo de Elevacin Digital de la Cuenca Sur del Lago de Managua. .............................................................................................................................. 51

Figura 20: rea que comprende el cauce 31 de Diciembre y Sabana Grande.... 53 Figura 21: rea que comprende el Cauce Borbolln ........................................... 54 Figura 22: Delimitacin de la Sub Cuenca III de la Cuenca Sur de Managua .... 55

Figura 23: Tipo de Suelo Sub Cuenca III ............................................................ 61 Figura 24: Clasificacin segn grupo Hidrolgico ............................................... 62 Figura 25: Uso de Suelo de la Sub Cuenca III .................................................... 63 Figura 26: Pendiente de la Sub Cuenca III .......................................................... 65 Figura 27: Nmero de Curva ............................................................................... 68 Figura 28: Esquematizacin del modelo hidrolgico en HEC-HMS del cauce 31 de Diciembre y Sabana Grande ................................................................................. 77

xiii

Figura 29: Delimitacin del cauce el Borbolln.................................................... 83 Figura 30: Ubicacin en Google Earth del tramo 4 del cauce 31 de Diciembre .. 87 Figura 31: Perfil de caja puente ubicada en la estacin 1+060 ........................... 88 Figura 32: Perfil de caja puente ubicada en la estacin 0+560 ........................... 88 Figura 33: Caudales en componente de flujo uniforme del HEC-RAS ................ 89 Figura 34: Limites de condiciones de flujo........................................................... 89 Figura 35: Comportamiento del cauce para huracn Joan .................................. 90 Figura 36: Comportamiento del cauce para huracn Cesar ................................ 91 Figura 37: Comportamiento de la seccin 0+560 ................................................ 91 Figura 38: Comportamiento del cauce para huracn Mitch ................................. 92 Figura 39: Comportamiento del cauce para tormenta de diseo con periodo de retorno de 10 aos ................................................................................................ 92

Figura 40: Comportamiento del cauce para una tormenta de diseo con periodo de retorno de 5 aos .................................................................................................. 93

Figura 41: Capacidad de Caja puente los rieles estacin 1+060 m para los diferentes escenarios ............................................................................................ 94

Figura 42: Comportamiento de Caja Puente Estacin 0+560 m para los diferentes escenarios ............................................................................................................. 95

xiv

NDICE DE TABLAS

Tabla 1: Clases de tamaos de cuencas en dependencia de Rangos de reas (Km2) ................................................................................................................................ 7

Tabla 2: Clases de valores de longitudes del cauce principal en dependencia de la longitud .................................................................................................................... 8

Tabla 3: Clasificacin de clases antecedentes de humedad (AMC) para el mtodo de abstracciones de lluvia del SCS ....................................................................... 15

Tabla 4: Nmero de curva de escorrenta para usos selectos de tierra agrcola, suburbana y urbana .............................................................................................. 16

Tabla 5: Valores del Coeficiente de Rugosidad .................................................... 23 Tabla 6: Valores tpicos para los coeficientes de contraccin y expansin para flujo subcritico ............................................................................................................... 25

Tabla 7: Tipos de flujo en la zona de un puente ................................................... 26 Tabla 8: reas en Km2 de las sub cuencas de la Cuenca Sur del Lago de Managua .............................................................................................................................. 38

Tabla 9: Municipios de la Sub Cuenca III y sus respectivas reas ....................... 38 Tabla 10: Tipos de Suelo de la Sub Cuenca III..................................................... 41 Tabla 11: Grupos Hidrolgicos en dependencia del tipo de suelo ........................ 43 Tabla 12: reas y porcentajes por categora y subcategora de uso 2007 ........... 44 Tabla 13: Poblacin Total de los Municipios de la Sub cuenca III ........................ 48 Tabla 14: Zonas Crticas. Las categoras son (1) Erosin de cauce y (2) Capacidad hidrulica insuficiente ............................................................................................ 49

Tabla 15: Caractersticas Morfomtricas Cauce el Borbolln ............................... 56 Tabla 16: Caractersticas Morfomtricas Cauce 31 de Diciembre y Sabana Grande .............................................................................................................................. 58

Tabla 17: Caractersticas morfomtricas ms importantes por microcuencas ...... 60 Tabla 18: rea en dependencia del grupo hidrolgico .......................................... 62 Tabla 19: rea de la Sub cuenca III en dependencia del uso del suelo ............... 64 Tabla 20: rea dela Sub cuenca III, en dependencia de las pendientes .............. 66

xv

Tabla 21: Nmero de Curva en dependencia del grupo Hidrolgico .................... 67 Tabla 22: Parmetros de transito de Muskingum para la Sub cuenca III, rea del borbolln................................................................................................................ 69

Tabla 23: Parmetros de transito de Muskingum para la Sub cuenca III, rea del cauce 31 de Diciembre y Sabana Grande ............................................................. 70

Tabla 24: Parmetros requeridos, para aplicar el mtodo de la curva por Microcuencas que forman la delimitacin del cauce Borbolln ............................. 70

Tabla 25: Parmetros requeridos, para aplicar el mtodo de la curva por Microcuencas que forman la delimitacin del cauce 31 de Diciembre y Sabana

Grande .................................................................................................................. 71

Tabla 26: Aplicacin del Mtodo de bloque alterno, para un periodo de retorno de 10 aos ................................................................................................................. 73

Tabla 27: Aplicacin del Mtodo de bloque alterno, para un periodo de retorno de 5 aos ...................................................................................................................... 74

Tabla 28: Caudales mximos del trnsito avenida de tormentas.......................... 77 Tabla 29: Caudales mximos del trnsito avenida de tormentas para cauce Borbolln ............................................................................................................... 84

Tabla 30: Capacidad de Caja puente los rieles estacin 1+060 m ....................... 94 Tabla 31: Capacidad de Caja Puente Estacin 0+560 m ..................................... 95 Tabla 32: Resultados de variables Hidrulicas del modelamiento ........................ 96 Tabla 33: Socavacin de la caja puente de la estacin 0+560m .......................... 96

xvi

NDICE DE GRAFICOS

Grfico 1: Perfil del Cauce Principal del Borbolln ............................................... 57 Grfico 2: Curva Hipsomtrica del Cauce el Borbolln ........................................ 57 Grfico 3: Perfil del Cauce 31 de Diciembre ........................................................ 59 Grfico 4: Curva Hipsomtrica del Cauce 31 de Diciembre ................................. 59 Grfico 5: Curva de Intensidad, duracin y frecuencia para la ciudad de Managua .............................................................................................................................. 73

Grfico 6: Hietograma de diseo para un periodo de retorno de 10 aos ............ 74

Grfico 7: Hietograma de diseo para un periodo de retorno de 5 aos .............. 75 Grfico 8: Hidrgrama de huracn Joan en caja puente los Rieles ..................... 78 Grfico 9: Hidrgrama de huracn Cesar en caja puente los Rieles .................... 78 Grfico 10: Hidrgrama de Tormenta de Diseo, para un periodo de retorno de 10 aos ...................................................................................................................... 79

Grfico 11: Hidrgrama de huracn Mitch en caja puente los Rieles ................... 79 Grfico 12: Hidrgrama de Tormenta de Diseo, para un periodo de retorno de 5 aos ...................................................................................................................... 80

Grfico 13: Hidrgrama de huracn Joan ............................................................ 80 Grfico 14: Hidrgrama de huracn Cesar........................................................... 81 Grfico 15: Hidrgrama de tormenta de diseo para un periodo de retorno de 10 aos ...................................................................................................................... 81

Grfico 16: Hidrgrama de huracn Mitch ........................................................... 82 Grfico 17: Hidrgrama de tormenta de diseo para un periodo de retorno de 5 aos ...................................................................................................................... 82

Grfico 18: Hidrgrama para el Huracn Joan ..................................................... 84

Grfico 19: Hidrgrama para el Huracn Cesar ................................................... 85 Grfico 20: Hidrgrama para Tormenta de diseo con un periodo de retorno de 10 aos ...................................................................................................................... 85

Grfico 21: Hidrgrama para el Huracn Mitch .................................................... 86 Grfico 22: Hidrgrama de Tormenta de Diseo para un periodo de retorno de 5 aos ...................................................................................................................... 86

Grfico 23: Socavacin producida por el huracn Joan, estacin 0+560............. 97

xvii

Grfico 24: Socavacin producida por el huracn Cesar, estacin 0+560 ........... 97 Grfico 25: Socavacin producida por el huracn Mitch, estacin 0+560 ............ 98 Grfico 26: Socavacin para un tormenta de diseo con un perodo de retorno de 10 aos, en la estacin 0+560 .............................................................................. 98

Grfico 27: Socavacin para una tormenta de diseo con un periodo de retorno de 5 aos, en la estacin 0+560 ................................................................................ 99

Grfico 28: Socavacin para el huracn Joan, en la estacin 1+060 .................. 99 Grfico 29: Socavacin para el huracn Mitch, estacin 1+060 ........................ 100 Grfico 30: Socavacin para una tormenta de diseo con un periodo de retorno de 10 aos, estacin 1+060 ..................................................................................... 100

Grfico 31: Socavacin para una tormenta de diseo don un periodo de retorno 5 aos, estacin 1+060 .......................................................................................... 101

xviii

RESUMEN

En esta investigacin se realizar la modelacin de la red de drenaje de la Sub

cuenca III de Managua, esto mediante el uso de programas, que servirn de

herramientas para realizar el anlisis, los cuales son: ArcGIS, Idrisi Selva, HEC-

HMS y HEC-RAS.

Gracias a el uso de estas herramientas, se lograr generar mapas bases necesarios

para este estudio y prximos modelamientos, tales como: Delimitacin, pendiente,

uso y tipo se suelo, clasificacin en dependencia de grupo hidrolgico y nmero de

la curva de la Sub cuenca III; adems de estos mapas el estudio permitir obtener

caractersticas morfomtricas de cada microcuenca que forma la Sub cuenca III,

generar caudales por eventos crticos en los puntos de controles, necesarios para

analizar el estado actual del tramo 4 del cauce 31 de Diciembre.

1

I. INTRODUCCIN:

La Cuenca Sur de Managua cuenta con una extensin territorial de 853.136 km2, en

la cual se encuentra: la ciudad de Managua, Ticuantepe, Ciudad Sandino y partes

de los municipios de Mateare, El Crucero, Tipitapa, Nindiri y La Concepcin; en esta

cuenca se ubican 9 cauces principales (ver anexo E lmina 1), varios de ellos forman

la red de drenaje pluvial primaria de la Ciudad de Managua.

Debido a que la ciudad de Managua est ubicada en la parte baja de la Cuenca Sur

y a los grandes volmenes de agua, la ciudad sufre problemas de drenaje pluvial,

especialmente por el deterioro de los sistemas existentes, los cuales han venido a

ser an ms marcado por el exceso de escorrenta producto del auge de las

urbanizadoras en la parte media de la cuenca, adems las malas prcticas

ambientales por parte de la poblacin, ya que estas utilizan los cauces como

vertederos ilegales, as mismo el avance de la frontera agrcola en la parte alta, lo

cual ha disminuido la permeabilidad de los suelos causando el aumento de la

escorrenta superficial.

El trabajo de investigacin propuesto, est basado en el estudio de la Sub Cuenca

III de Managua, ya que en ella se encuentran recargas de acuferos que suministra

de agua potable a Managua, como: Cofrada, Sabana Grande y Veracruz (Ver

anexo E lmina 2); adems se elabor el anlisis hidrulico e hidrolgico del tramo

4 del cauce 31 de Diciembre, el cual cuenta con una extensin de 1.2 Km (ver anexo

E lmina 3).

Esta sub cuenca abarca parcialmente la ciudad de Managua (Distrito VI y VII), El

Crucero, Nindiri y La Concepcin y casi en su totalidad al municipio de Ticuantepe.

Si bien la poblacin de la ciudad de Managua solo representa el 18.8 % sobre la

2

poblacin del departamento de Managua, es la que est sufriendo ms problemas

de drenaje debido a la mencionada expansin urbanstica en la parte media.

1.1. ANTECEDENTES:

Las inundaciones en Managua, son un problema que han venido afectando la

ciudad desde hace muchos aos, gracias a ello en el 2003 el Gobierno de Noruega

financio el proyecto de Agroecologa y Drenaje Pluvial de la Sub cuenca III de la

Cuenca Sur del Lago de Managua, ejecutado por el consorcio INTER-CONSULT,

en asociacin con NIVA, NORLAT, INDES Y NICATIERRA.

Para la elaboracin de este proyecto, INTER-COLSULT se apoy del software

SWMHYMO; el cual sirvi de base tcnica para el desarrollo del sistema de drenaje

pluvial y ordenamiento del uso de suelo en la sub cuenca, obteniendo como

resultado la elaboracin de juegos de planos constructivos del Sistema de Drenaje

Secundario (tragantes, pozos de visita, tuberas, canaletas y obras menores) y del

sistema de proteccin de cauces de Sabana Grande.

Uno de los problemas que causa el desbordamiento de los cauces y deterioros de

ellos, son las malas prcticas ambientales por parte de la poblacin, a raz del

estudio realizado por INTER-CONSULT, la alcalda de Managua propuso el plan de

Educacin y Promocin Ambiental, para concientizar a la poblacin de adquirir

buenas prcticas ambientales.

En el estudio se resalt los problemas que tuvieron con la calibracin de modelo

hidrolgico; se identificaron los puntos crticos con riesgos de inundacin, adems

la elaboracin de un plan maestro de drenaje pluvial de Sabana Grande y Veracruz,

as como propuestas de mejoramiento de algunas secciones de cauces principales.

En el ao 2008 el equipo de consultores de COWI y CABAL.SA realiz una

actualizacin del modelo hidrolgico, utilizando tambin el SWMHYMO; como

3

resultado de este estudio el consorcio propuso la rehabilitacin del cauce 31 de

Diciembre el cual consista en varios proyectos, uno de ellos era la construccin de

una estructura de retencin que atravesar el cauce en su seccin ms ancha, en

la interseccin con la calle del Barrio Laureles Norte, como parte de esta obra se

contemplaba tambin la estabilizacin de las paredes laterales del cauce con

gaviones, incluyendo la rectificacin de algunos tramos y la conformacin del fondo.

1.2. JUSTIFICACIN:

Debido a que Managua es la capital del pas y alberga 937,489 habitantes segn el

censo del 2005, se necesita que ante cualquier eventualidad, las actividades que se

llevan a cabo en la ciudad sean afectadas lo menos posibles.

El problema de las inundaciones en los ltimos 25 aos, ha perjudicado la

infraestructura vial, viviendas y poblacin que residen en puntos crticos (ver anexo

E lmina 1), causando prdidas materiales, creacin de foco de enfermedades y

propagacin de vectores.

Los eventos que han ocasionado grandes afectaciones al drenaje de Managua lo

han sido huracanes como: Joan (1988), Cesar (1996) y Mitch (1998), en su mayora

las inundaciones que han generado estos eventos son de tipo torrencial, por su

carcter repentino e intenso.

Una de las principales afectaciones que sufre la Sub cuenca III, es el crecimiento

descontrolado de las urbanizaciones en la parte media de la cuenca, lo cual pone

en riesgo la capacidad de recarga hdrica del acufero subterrneo, a la vez merma

el abastecimiento de agua en la capital.

Debido a las grandes extensiones de tierra que han sido urbanizadas, el agua fluye

en forma de escorrenta superficial, lo que aumenta el riesgo de erosin, inundacin

y sedimentacin.

4

La Sub cuenca III abarca dos de las vas de mayor trfico de la ciudad de Managua,

las cuales son Carretera Norte y Carretera a Masaya, que conectan al pas de norte

a sur con el resto de Centroamrica, por lo cual una eventual interrupcin de estas

vas provocara altas prdidas econmicas, dificultad de comunicacin y

abastecimiento, con repercusiones nacionales como fue evidente en 1998 con el

Huracn Mitch.

Es necesario evaluar el estado actual de las obras de drenaje existentes, de esta

manera mejorar la red drenaje de la Sub Cuenca III, as mitigar el impacto

ocasionado por las inundaciones.

1.3. LIMITACIONES

El realizar esta investigacion, se lograron identificar ciertas limitaciones que

afectarian en el estudio, tales com

x No se logr calibrar el modelo de HEC-HMS, ya que en la cuenca no se cuenta con limngrafos para determinar los caudales reales que drenan por

el cauce

x Debido a que no se tuvo acceso a estudios previos realizados en esta Sub cuenca, no se pudo comparar los resultados obtenidos en esta investigacin

x Para realizar el anlisis exhaustivo de la Sub cuenca III, se necesita un lapso de tiempo considerable, recursos financieros, esto por la gran extensin que

abarca la cuenca y la carencia de informacin

x Gracias a que no se contaban con todos las secciones transversales que forman los cuatro tramos del cauce 31 de Diciembre, no se pudo realizar el

anlisis hidrulico de toda la obra de cruce

5

II. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

9 Modelar la red de drenaje pluvial de la Sub Cuenca III de la cuenca Sur de Managua

OBJETIVOS ESPECFICOS:

9 Caracterizar morfomtricamente la Sub cuenca III del Lago de Managua, segn ArcGIS 9.3 e Idrisi 17.0

9 Analizar hidrolgicamente el sistema de drenaje existente en la Sub Cuenca III, segn eventos extremos acontecidos, utilizando HEC-HMS 3.5

9 Analizar hidrulicamente el Tramo 4 del cauce 31 Diciembre, utilizando HEC-RAS 4.1

6

III. MARCO TERICO

3.1. Anlisis Hidrolgico El anlisis hidrolgico de una cuenca permite obtener ciertos datos necesarios para

el diseo de obras hidrulicas, uno de ellos es el caudal de diseo.

Es importante destacar que para este tipo de anlisis, el uso de programas como:

ArcGIS, Idrisi Selva y HEC-HMS, son una excelente herramienta, ya que se genera

informacin en menor tiempo y con mayor precisin, permitiendo la modelacin en

diferentes ambientes.

La delimitacin de una cuenca es el arranque del anlisis hidrolgico, ya que permite

caracterizar la cuenca, lo que ayuda a obtener el rea de esta distribuida en

microcuencas, logrando realizar el trnsito y determinar los caudales en puntos de

inters.

3.1.1. Morfometra de la Cuenca La morfometra es el estudio cuantitativo de las caractersticas fsicas de una cuenca

hidrogrfica, el cual se utiliza para el anlisis de redes de drenaje, pendiente y forma

de una cuenca, a partir del clculo de valores numricos, donde se describe la

relacin de la cuenca con las condiciones climticas y geolgicas.

7

La Morfometra abarca ciertos parmetros, los cuales son:

a) rea (A)

El determinar el rea, adems de que permite el clculo de otras variables

morfomtricas, establece una primera clasificacin entre diversas cuencas en

dependencia de su tamao; de este parmetro depende en gran medida el volumen

de captacin y la magnitud del escurrimiento que se tengan por los cauces

Tabla 1: Clases de tamaos de cuencas en dependencia de Rangos de reas (Km2)

Fuente: MTI

b) Longitud del cauce (Lc)

La longitud del cauce permite determinar la clase (ver tabla 2), la cual ayuda a tener

nocin del posible comportamiento de la pendiente, adems proponer la ubicacin

de cierta cantidad de puntos de controles en los lugares crticos, segn la longitud

y la topografa.

Rangos de reas Clases de tamao

Menos de 25 Muy Pequea

25 a 250 Pequea

250 a 500 Intermedia Pequea

500 a 2500 Intermedia Grande

2500 a 5000 Grande

Ms de 5000 Muy Grande

8

Determinando la longitud del cauce se puede clasificar como:

Tabla 2: Clases de valores de longitudes del cauce principal en dependencia de la longitud

Rangos de longitud en kilmetros

Clases de longitud del cauce

6.9 - 10.9 Corto

11 - 15 Mediano

15.1 - 19.1 Largo

Fuente: MTI

c) Pendiente del cauce (Sc)

La Pendiente del cauce se considera como un parmetro muy influyente ante las

inundaciones, ya que obteniendo este dato se puede identificar donde posiblemente

sern puntos crticos ante inundacin y donde se generaran altas velocidades que

colaboran ante la erosin, sedimentacin y socavacin en obras hidrulicas

Donde:

S = Pendiente del cauce

H = Diferencia de altura entre la cota ms alta y baja

del cauce (Km)

L = Longitud del cauce (Km)

9

d) Pendiente de la Cuenca (Pc)

Este parmetro se relaciona con la infiltracin, escorrenta superficial, el cual

controla el tiempo de escurrimiento y concentracin de la lluvia en las redes de

drenaje e influye directamente con la magnitud de las crecidas; esta caracterstica

controla en buen parte la velocidad con que se da la escorrenta superficial en cada

sub cuenca.

Mediante el criterio de Alvord se puede determinar la pendiente de la cuenca, el cual

est basado en la obtencin previa de las pendientes existentes entre las curvas de

nivel. As la pendiente de una porcin del rea de la cuenca es:

Donde:

Si = pendiente media de la faja

D = desnivel entre las curvas

Wi =

ai = rea entre las curvas

Li = longitud de las curvas

Figura 1: Representacin de parmetro de la pendiente de la cuenca

10

e) Tiempo de Concentracin (tc)

Se visualiza como el tiempo de viaje de una partcula de

agua desde el punto ms remoto, hacia la salida de la

cuenca, con una intensidad de lluvia uniforme y duracin

limitada, se puede calcular usando: el mtodo

desarrollado por Kirpich:

f) Coeficiente de Escorrenta (C)

Representa la fraccin del aguacero que se convierte en escorrenta superficial en

el rea de drenaje de la cuenca, dicha fraccin depende de caractersticas del

aguacero y de la topografa e infiltracin de la cuenca. Singh, V. P. (1987)

La vegetacin es uno de los parmetros que controla el coeficiente de escorrenta

debido a la accin de las races primarias y secundarias que crean canalillos hasta

el subsuelo, aumentando la infiltracin de agua en el suelo.

De igual manera el tipo de suelo es influyente por dos de sus caractersticas, las

cuales son: capacidad de infiltracin y permeabilidad, ya que el resto de agua que

no se logre infiltrar en el suelo se convierte en escorrenta superficial; es importarte

destacar que existe un mtodo llamado: Mtodo de la curva, el cual es muy

importante para el modelamiento hidrolgico ya que relaciona la pendiente, uso y

tipo de suelo, ms adelante se detallara el mtodo.

Donde:

tc = tiempo de concentracin (min)

L = Mxima longitud de recorrido (m)

S = Pendiente del cauce (m)

Figura 2: Representacin del Tiempo de Concentracin

11

g) Curva Hipsomtrica

Esta curva representa la relacin entre la altitud y superficie de la cuenca que queda

sobre esa altitud, donde se relacionan los valores de la cota en las ordenadas, con

el porcentaje del rea acumulada en las abscisas. Para su construccin se grafican,

con excepcin de los valores mximos y mnimos de las cotas halladas.

Las curvas hipsomtricas sirven adems, para definir caractersticas fisiogrficas de

las cuencas hidrogrficas, tales como definir las zonas alta, media y baja con

respecto a su punto de cierre.

Figura 3: Definicin de reas en una Curva Hipsomtrica

h) ndice de compacidad (coeficiente de Gravelius)

Este ndice expresa la relacin entre el permetro de la cuenca y el permetro

equivalente de una circunferencia, adems la influencia del permetro y rea de la

cuenca en la escorrenta.

Si el coeficiente K = 1 se trata de cuenca circular, si K > 1 la cuenca tomara una

forma alargada, esto reduce la probabilidad de que toda la cuenca sea afectada por

una tormenta modificando la respuesta de que presenta el cauce.

12

3.1.2. Parmetros hidrolgicos

3.1.2.1. Precipitacin

La precipitacin incluye la lluvia y otros procesos mediante los cuales el agua cae a

la superficie terrestre. La formacin de precipitacin requiere la elevacin de una

masa de agua en la atmosfera de tal manera que se enfre y parte de su humedad

se condense. Te Chow. V (1994).

El exceso de precipitacin es aquella que no se retiene en la superficie terrestre y

tampoco se infiltra en el suelo, esto debido a las malas prcticas ambientales y la

expansin urbanstica; el exceso se convierte en escorrenta directa a la salida de

la cuenca bajo la suposicin de un flujo superficial.

Estas precipitaciones presentan una gran variacin en el espacio y tiempo, que es

lo que conocemos como lluvia, que se registra en un intervalo de tiempo de

referencia para una tormenta; lluvia la cual muestra una gran intensidad, dada en

un intervalo de tiempo con cierta repeticin; esto permite la construccin de graficas

como lo son las curvas IDF (Intensidad-Duracin-Frecuencia).

Las IDF, permiten la creacin de tormentas de diseos, las cuales nos ayudan a

generar precipitaciones aplicando ciertos mtodos, en nuestro caso el mtodo

Gumbel tipo I, el cual consiste en un modelo estadstico que nos ayuda a determinar

precipitaciones de un evento dado; estas precipitaciones representadas en grficos

llamados Hietogramas de diseo, datos que son necesarios modelar

hidrolgicamente en HEC-HMS en posibles escenarios de tormentas.

3.1.2.2. Mtodo de Gumbel Tipo I

En problemas de inundacin, este mtodo es uno de los ms empleados debido a

que permite modelar la distribucin mxima de precipitaciones, que calcula los

valores de eventos extremos.

En la aplicacin de este mtodo, se ordenan los datos de precipitaciones de mayor

a menor segn su duracin, para realizar el tratamiento estadstico.

13

Para obtener los puntos de la grfica, se emplea la siguiente ecuacin:

Se calcula de la siguiente manera:

Para el calcula de se emplea:

3.1.2.3. Hietograma de Diseo con el mtodo e bloque alterno

El Hietograma es un grfico que permite conocer

la precipitacin de un lugar a travs del tiempo

de la tormenta, para construir este grafico se

emplea el mtodo del bloque alterno.

El hietograma de diseo producido por este

mtodo especifica la profundidad de

precipitacin que ocurre en n intervalos de

tiempos sucesivos de duracin t sobre una

duracin total de Td= nt.

Donde:

Sx= Desviacin estndar

Donde:

Xm= Es la precipitacin durante el intervalo

de tiempo para el periodo de retorno

especificado

Donde:

= Promedio de los datos de precipitacin

Sx = Desviacin estndar

Figura 4: Hietograma de Diseo

Fuente: Te Chow, V (1994)

14

3.1.2.4. Mtodo de prdidas

Segn Chow (1994) las abstracciones o prdidas es la diferencia que existe entre

el hietograma de lluvia total que se observa y el hietograma de exceso de

precipitacin. Estas prdidas son primordialmente agua absorbida por infiltracin

con algo de intercepcin y almacenamiento superficial.

El Servicio de Conservacin de Suelos (SCS) mediante el Nmero de Curva (CN)

estima el exceso de precipitacin en funcin de la precipitacin acumulada, la

cobertura del suelo, uso del suelo y la humedad antecedente.

Figura 5: Solucin de la Ecuacin de escorrenta del SCS Fuente: Chow (1994)

15

Los nmeros de curva que se muestran en la figura 5, se aplican para condiciones

antecedentes de humedad (AMC, por sus siglas en ingls) normales (AMC II), para

condiciones secas (AMC I) o condiciones hmedas (AMC III), los nmeros de curva

equivalentes pueden calcularse por:

Tabla 3: Clasificacin de clases antecedentes de humedad (AMC) para el mtodo de abstracciones de lluvia del SCS

Grupo AMC Lluvia antecedente total de 5 das (pulg)

Estacin inactiva Estacin de crecimiento

I Menor que 0.5 Menor que 1.4 II 0.5 a 1.1. 1.4 a 2.1 III Sobre 1.1. Sobre 2.1

Fuente: Te Chow, V. (1994)

Los nmeros de curva han sido tabulados por el SCS con base en el tipo de suelo

y uso de la tierra. Se definen cuatro grupos de suelos:

9 Grupo A: Arena profunda, suelos profundos depositados por el viento, limos agregados

9 Grupo B: Suelos poco profundos depositados por el viento, marga arenosa 9 Grupo C: Margas arcillosos, margas arenosas poco profundas, suelos con

bajo contenido orgnico y suelos con altos contenidos de arcillas

9 Grupo D: Suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente plsticas y ciertos suelos salinos

16

Los valores de CN para varios tipos de uso de tierra en estos tipos de suelos se dan

en la tabla 4. Para una cuenca hecha de varios tipos de suelos y con diferentes usos

de tierra, se pueden calcular un CN compuesto.

Tabla 4: Nmero de curva de escorrenta para usos selectos de tierra agrcola, suburbana y urbana

Fuente: Te Chow, V. (1994)

Para calcular el tiempo retardo de la cuenca se utiliza la siguiente ecuacin:

Donde:

TLag = Tiempo de retardo en horas.

L = Longitud de la cuenca en pies

S = mxima retencin en la cuenca en pulgadas

definida por:

Y = Pendiente de la cuenca en porcentaje

17

3.2. HEC-HMS 3.5

Es un modelo de lluvia-escorrenta, el cual tiene como objetivo simular el hidrgrama

de escorrenta en un punto determinado de la red pluvial como consecuencia de

una lluvia (MORENO, 2011)

Para lograr la simulacin se representa la cuenca como un sistema de componentes

hidrolgicas e hidrulicos interconectados entre s; siendo necesario contar

previamente con: Parmetros morfomtricos, Numero de la curva, hietogramas o

precipitaciones, as lograr la modelacin hidrolgica.

3.2.1. Mtodo de Transito

El trnsito de caudales es un procedimiento para determinar la magnitud del caudal,

las elevaciones y sus tiempos en un punto de un curso de agua utilizando

hidrogramas conocidos o supuestos en uno o ms puntos. Si el flujo es una

creciente, el procedimiento se conoce especficamente como trnsito de crecientes.

El trnsito de inundacin, es el trmino utilizado para describir el movimiento de una

onda de creciente cuando atraviesa un cauce, tiene como particular inters: la

reduccin del caudal pico mientras se dirige aguas abajo (atenuacin), el tiempo

mximo en el que el flujo de agua llega hacia los puntos de importancia, y la altura

mxima de agua que se puede acumular en puntos de importancia y de qu manera

cambia la hidrografa del lugar mientras se mueve aguas abajo.

Estos efectos estn regidos por factores como: la geometra del canal principal y

reas aledaas; la rugosidad del canal y zonas contiguas, la existencia de reas en

las que se pueda acumular agua fuera del canal principal, y la forma del hidrgrama

de creciente cuando llega al cauce.

18

3.2.2. Mtodo de Muskingum

El mtodo de Muskingum fue desarrollado en los aos 30 por el servicio de

conservacin del distrito de Muskingum (Ohio, USA) para la prevencin de

avenidas. Actualmente este mtodo es muy popular debido a su eficacia.

Para el clculo de los hidrogramas de salida se utilizan las siguientes ecuaciones:

Los coeficientes C se calculan de la siguiente manera:

Donde:

X: Expresa la importancia relativa de las entradas y salidas del flujo al tramo en el

almacenamiento del mismo. Segn Medina (2012) el valor se obtiene por el mtodo

de las Lasadas y oscila entre 0.10 y 0.30 segn las caractersticas del cauce. Para

cauces se utiliza el valor promedio de 0.20

K: Es el recorrido de la onda cinemtica de a un extremo a otro, es decir el cociente

de la longitud del tramo y la velocidad media del trnsito.

Donde:

= Caudales de entrada y salida al final del tiempo anterior

= Caudales de entrada y salida tras este tiempo

19

3.2.3. Hidrgrama Unitario del SCS

El mtodo se basa en los promedios del hidrgrama unitario; las investigaciones del

SCS sugieren que el pico del hidrgrama unitario y el tiempo del pico del hidrgrama

estn relacionados por:

El tiempo pico, es relacionado con la duracin de la unidad de precipitacin en

exceso como:

Donde:

A = rea de la cuenca

C = Constante de conversin (2.08 en Sistema

Internacional y 484 en el sistema Ingls)

Donde:

t = Duracin de la precipitacin en exceso

TLag = Es la diferencia entre el tiempo del centro de masa

de exceso de lluvia y el pico del hidrgrama unitario.

Para cuencas sin calibrar el SCS sugiere multiplicar 0.6

por el tiempo de concentracin de la cuenca

20

3.4. Anlisis Hidrulico

Para la modelacin hidrulica se requiere de los siguientes elementos:

Elementos geomtricos que definen las secciones por las que el flujo se desplaza

Parmetros que definen el comportamiento hidrolgico, por ejemplo la rugosidad

Caractersticas de los flujos

3.4.1. Modelacin hidrulica del cauce en flujo variado con HEC RAS El programa HEC-RAS facilita el clculo de perfiles del agua y los parmetros

hidrulicos de cauces; adems permite desarrollar estudios de flujo unidimensional,

permanente y variado; con regmenes subcritico, supercrtico y/o critico en tramos

de cauces con pendientes menores del 10% y hace clculo de profundidades de

socavacin.

3.4.1.1. Componente de Datos Geomtricos Los datos geomtricos consisten en establecer una conectividad del sistema de ros

(esquema del sistema de ros); datos de la seccin transversal, la longitud del tramo,

los coeficientes de energa de prdidas (perdidas por friccin, perdidas por

contraccin y expansin) y la informacin de las conexiones de flujo en los tramos

del rio o cauce.

3.4.1.2. Sistema esquemtico del rio o Cauce El sistema esquemtico del rio es desarrollado

por un dibujo y conectados por varios tramos;

para iniciar a trabajar con el HEC RAS es

necesario crear una ventana el esquema del rio o

cauce de tramo a tramo, para definir el extremo

de aguas arriba y aguas abajo de esta forma

introducir los datos geomtricos de las secciones

que conforman el cauce o el rio. Figura 6: Sistema Esquemtico de un rio

21

HEC-RAS reconoce los datos geomtricos de los tramos que fundamentalmente

son diversas secciones transversales a lo largo del cauce o cauces considerados,

se puede considerar unas 10 secciones a cada 100m aguas arriba y unas 5

secciones a cada 100 m agua abajo referente a una estructura hidrulica.

Figura 7: Esquema del cauce con ubicacin de la obra de cruce

3.4.1.3. Secciones Transversales del Cauce

La seccin transversal es descrita

introduciendo la estacin y la

elevacin como pares ordenados,

o sea (x, y) de izquierda a

derecha, en sentido aguas abajo.

En la primera columna, se

introduce la distancia desde el

margen izquierdo y en la segunda

columna, la cota del terreno de fondo del

cauce en ese punto (ver figura 8)

Figura 8: Secciones Transversales del Cauce

22

HEC-RAS es un modelo hidrulico, por lo tanto es necesario considerar las

condiciones hidrulicas de cada seccin por ejemplo: las distancias de las

mrgenes, tanto izquierda como derecha y la distancia a lo largo del centro del

cauce con respecto a la seccin aguas abajo inmediata, as como los valores del

coeficiente de Manning en las mrgenes y al centro del cauce, el HEC-RAS necesita

conocer los puntos donde inicia la planicie de inundacin, los cuales acotaran el

canal principal, (ver figura 9).

Figura 9: Definicin de las Bancas de Inundacin

23

Fuente: Te Chow, V. (1994)

Tabla 5: Valores del Coeficiente de Rugosidad

24

3.4.1.4. Coeficientes de Contraccin y Expansin Se utiliza los coeficientes de contraccin y expansin para determinar las prdidas

de energa entre las secciones contiguas debido a su cambio de seccin, se puede

expresar:

Cuando el cambio de seccin en cauce es pequeo y el flujo es subcrtico los

coeficientes de contraccin y de expansin pueden andar en el orden de 0.1 y 0.3

respectivamente; cuando el cambio es abrupto como el caso de los puentes, los

coeficientes de contraccin y de expansin con frecuencia se usan de 0.3 y 0.5.

En ocasin, los coeficientes de contraccin y expansin respecto a los puentes y

alcantarillas puede ser ms alto, como 0.6 y 0.8 respectivamente.

Donde:

L: Longitud del cauce en peso de la descarga

Sf: Gradiente Hidrulico entre las secciones

contiguas

C: Coeficiente de prdidas por expansin o

contraccin

Donde:

LBI, LC, LBD: Longitudes especfica del caudal en

el cauce considerando la banca izquierda, la

lnea central y la banca derecha

QBI, QC, QBD: Promedio aritmtico de caudales entre las secciones contiguas correspondiente a la banca izquierda, la lnea central y la banca derecha del cauce

25

Tabla 6: Valores tpicos para los coeficientes de contraccin y expansin para flujo sub crtico

Coeficientes de contraccin y expansin en flujo sub crtico

Contraccin Expansin

No hay perdidas en transicin 0.0 0.0

Transicin Gradual 0.1 0.3

Secciones Tpicas en Puentes 0.3 0.5

Transiciones Abruptas 0.6 0.8

Fuente: MTI

3.4.2. Modelacin de hidrulica de puente con HEC RAS La funcin primordial de un puente es la de dar continuidad a la carretera, salvando,

para ello, los obstculos naturales o artificiales que se encuentren en su trazado;

esta obviedad cobra especial relevancia si el obstculo a salvar es un cauce.

En el escenario de los puentes, el proceso de erosin es un aspecto relevante, en

tanto en cuanto el restablecimiento del equilibrio dinmico del cauce, puede ser un

factor de vulnerabilidad para el puente, asociado fundamentalmente a fenmenos

de socavacin de sus cimentaciones. Bajo estas consideraciones parece lgico

pensar que la evaluacin de la seguridad de un puente no slo depende de sus

condiciones estructurales sino que existe cierto grado de vulnerabilidad en el cauce

que salva.

La ubicacin de un puente es una modificacin que perturba el equilibrio del ro, los

pilares de los puentes y estribos cuando son ubicados en el cauce mismo causan

alteraciones locales del flujo y estrechamientos del ancho del ro. Estos fenmenos

a su vez empiezan a actuar sobre la estructura produciendo deterioros en ella que

pueden ir de leves hasta muy graves. El problema ms comn encontrado en la falla

de puentes es la degradacin general del lecho y la socavacin de cimentaciones,

pilares y estribos; menos comn, es la a gradacin del cauce debajo del puente.

26

3.4.2.1. Tipos de flujo en puentes En resumen, en la zona de un puente se pueden presentar cuatro tipos de flujo

cuando existe flujo libre a travs del puente. Cuando se tiene condiciones de flujo

libre en la zona del puente se dice que el flujo es bajo, en tanto que el flujo alto se

considera cuando la estructura llega a actuar a presin o como un vertedero, ver

tabla 7.

Tabla 7: Tipos de flujo en la zona de un puente

Flujo Libre

Flujo Bajo Compuerta

Flujo en Orificio

27

3.4.2.2. Modelacin de la energa hidrulica en el puente segn HEC-RAS El algoritmo del puente de HEC RAS, permite al usuario analizar los flujos en el

puente usando diferentes mtodos con la misma geometra. Los diferentes mtodos

son: flujo bajo, flujo alto y la combinacin de flujos.

3.4.2.2.1. Ecuacin de la cantidad de movimiento (Momentum) El mtodo de la ecuacin de cantidad de movimiento (Momentum), realiza un

balance de cantidad de movimiento a lo largo del rea del puente y requiere la

seleccin de un coeficiente de resistencia CD. Este coeficiente se usa para estimar

la fuerza debido al movimiento del agua alrededor de los pilares, la separacin de

flujo y el resultado de la perturbacin de aguas abajo. La cantidad de movimiento

se realiza desde la seccin (2-2) hacia la seccin (3-3) y el balance de movimiento

es ejecutado en tres etapas.

Figura 10: Modelacin Hidrulica de la ubicacin de un puente

28

La primera etapa es la realizacin del balance de la seccin (2-2) a la seccin BD

dentro del puente. La ecuacin de este balance de momento seria:

La segunda etapa del balance de momento se realiza de la seccion BD a la

seccion BU. La ecuacion de esta etapa es:

Y la ultima etapa de este balance de momento se realiza desde la seccion BU a la

seccion (3-3) y la ecuacion de esta etapa seria:

Donde:

CD: Coeficiente de resistencia de flujo alrededor de la pila

Donde:

A2, ABD: Areas de flujo activo en la seccion (2-2) y BD respectivamente

ApBD: Area de obstruccion de la pila al lado aguas abajo

Y2, YBD: Profundidad de flujo en las secciones (2-2) y BD

YpBD: Profundidad de flujo en el centroide del area mojada de la pila aguas abajo

2, BD: Coeficiente de velocidad para la ecuacion del momento

Q2, QBD: Descarga en las secciones (2-2) y BD respectivamente

Ff: Fuerza externa de friccion por unida de peso de agua

Wx: Fuerza del peso de agua n en la direccion del flujo por unidad de peso de agua

(3.21)

(3.22)

(3.23)

29

3.4.2.3. Vulnerabilidad del puente La vulnerabilidad del puente viene determinada por los posibles efectos de

socavacin local de la subestructura. Los parmetros que se enmarcan en este

descriptor son exclusivamente relativos a la implantacin del puente y a las

caractersticas de su cimentacin.

Figura 11: Cauce con puente

Figura 12: Cauce en el momento de una creciente

30

3.4.2.4. Socavacin en Puentes La socavacin consiste en la disminucin del nivel del lecho por la erosin del agua

con una tendencia a exponer la fundacin del puente. En la actualidad no existe una

metodologa unificada que permita a los diseadores y constructores estimar con

seguridad la profundidad de socavacin en puentes; esta carencia se debe a la

complejidad del problema y a su misma variacin durante el corto plazo en el cual

se produce la degradacin, donde los flujos son inestables y las caractersticas

dinmicas y geomtricas son complejas; la corriente interacta con mezclas

variadas de sedimentos cuyos rangos van desde arenas aluviales hasta arcillas y

rocas meteorizadas; es claro que durante una creciente sus caractersticas pueden

cambiar drsticamente y de manera aleatoria.

El problema a menudo se complica por la gran variedad de formas, alineamientos y

posiciones usadas para pilas y estribos y por la presencia de desechos flotantes y

basuras atrapadas que cambian la geometra y el patrn del flujo.

Las formas de socavacin, en dependencia de que si existe o no movimiento de

sedimentos en el cauce, se pueden presentar dos formas:

1. Socavacin en lecho mvil: Se presenta cuando hay transporte de

sedimentos desde el lecho aguas arriba hasta el sitio del ponteadero,

quedando por lo tanto parte de este sedimento atrapado en el hueco de

socavacin

2. Socavacin en agua clara: Se presenta cuando no hay transporte de

sedimentos desde el lecho aguas arriba, al sitio del ponteadero, por lo cual

no hay reabastecimiento del hueco socavado

31

El HEC-RAS, permite el clculo de la socavacin, mediante el empleo de ciertos

mtodos como:

3.4.2.4.1. Mtodo de Froehlich La ecuacin dada por Froehlich est basada en el anlisis dimensional, recomienda

su uso para socavacin tanto en lecho mvil como en agua clara, para estribos que

se proyectan dentro del cauce principal o no y para flujo concentrado en el cauce

principal combinado con flujo sobre las zonas de inundacin.

Una ecuacin usada por HEC RAS (1998) como una alternativa del mtodo de CSU,

es:

Donde:

ds: Profundidad de socavacin local (m)

h: Profundidad del flujo directamente aguas arriba de la pila (m)

Kf: Factor de correccin que tiene en cuenta la forma

a: Ancho de la pila, adicionada como factor de seguridad [m], Fr - nmero de Froude

en la seccin directamente aguas arriba de la pila

a: Acho proyectado de la pila con relacin al ngulo de ataque del flujo (m), D50

dimetro de la partcula de lecho en una mezcla cuyo 50% es menor (m)

32

IV. METODOLOGIA

Para lograr desarrollar esta investigacin se ejecutaron diversas actividades, que a

continuacin se detallan:

4.1. Recopilacin de la Informacin

Primeramente se realiz la bsqueda de bibliografa, siendo necesario visitar algunas

instituciones como:

Institucin Contacto Alcalda de Managua: x Departamento de Drenaje Pluvial x Departamento de Infraestructura

Vial x Departamento de Urbanismo

Ing. Freddy Sarria Director de Drenaje Pluvial Ing. Leoder Sols Asesora de Infraestructura Vial Arq. Leonardo Icaza Asesor de la Direccin de Urbanismo

Instituto Nicaragense de Estudios Territoriales INETER

Ing. Noel Ramrez Director de Geomntica Aplicada

UNAN Managua Ing. Gema Velsquez Coordinadora de la carrera de Ingeniera Geolgica

4.2. Revisin de Informacin

Gracias a la informacin brindada por las instituciones, se llev a cabo una revisin

exhaustiva de la bibliografa, lo cual permiti identificar las caractersticas y problemticas

que han afectado la Sub cuenca III. A continuacin se menciona la documentacin obtenida:

a) Alcalda de Managua

9 Estudios realizados en la Sub cuenca III

9 Mapas de expansin urbanstica de la ciudad de Managua

33

9 Reglamento de Desarrollo Urbano y Zonificacin de Managua

9 Juegos de Planos de: Zonificacin y acuferos de Managua

9 Planos topogrficos del cauce 31 de Diciembre, el cual inclua perfiles de las secciones transversales

9 Planos de la red de drenaje pluvial y puntos crticos de Managua

b) INETER

9 Mapa topogrfico de Nicaragua

9 Modelos de elevacin digital de la sub cuenca III

9 Precipitaciones Anuales y Mensuales de Managua (Estacin pluviomtrica aeropuerto Augusto Cesar Sandino)

9 Intensidades mximas anuales de precipitaciones de Managua (Estacin pluviomtrica aeropuerto Augusto Cesar Sandino)

9 Registro de precipitaciones de los huracanes: Alleta, Joan, Cesar y Mitch

c) UNAN Managua

9 Shapefiles tipo de suelo de la Cuenca Sur del Lago de Managua

Adems de esta documentacin, se investig ms bibliografa de: Hidrologa, hidrulica,

manuales y tutoriales para el manejo de los programas.

4.3. Visitas de campo:

Para poder corroborar la informacin facilitada, fue necesario realizar visitas de campos, de

esta manera lograr ubicar y reconocer el estado actual del tramo 4 del cauce 31 de

Diciembre.

34

4.4. Modelacin de la Sub cuenca III

Para lograr modelar la Sub cuenca III y poder obtener los resultados esperados, fue

necesario usar ciertos programas que facilitaran el anlisis, respaldndolos con los insumos

obtenidos gracias el apoyo de las instituciones ya mencionadas.

A continuacin se detalla cada software empleado:

a) ArcGIS 9.3

Este programa es una completa plataforma, la cual permiti

crear, recopilar, administrar, analizar, almacenar, elaborar

mapas y ponerlos a la disposicin de los interesados en la

materia.

El uso de ArcGIS es de gran importancia, ya que gracias a los

modelos de elevacin digital brindados por INETER, se logr

arrancar el estudio de la Sub cuenca III, generando:

9 Delimitacin de la Sub cuenca III en microcuencas

9 Redes de drenaje principales

9 Shapefiles de pendiente, uso y tipo de suelo

9 Nmero de la Curva, esto con ayuda de los shapefiles de pendiente, uso y tipo de suelo, generando una grilla para anlisis hidrolgico

9 Ubicacin de tramos, puntos de controles y cierre para anlisis hidrolgico

9 Mapas

35

b) Idrisi Selva 17

Es un Sistema de Anlisis Geogrficos basado en

grillas, es decir representaciones en el espacio, el cual

facilito el clculo de parmetros morfomtricos, ya que

en el programa se poda exportar el modelo de

elevacin digital y los shapefiles de cada Microcuenca

generados en ArcGIS.

Cada shapefiles se convirti a formato Raster

relacionndolos con el DEM, ubicndolo en coordenadas UTM, para nuestra zona es UTM

16N, obteniendo as tablas para exportar a formato xls con cada parmetro morfomtrico,

perfil del cauce principal y curva hipsomtrica.

c) HEC-HMS 3.5

Tiene como objetivo realizar las transformaciones de precipitaciones en

escorrenta superficial, es decir anlisis hidrolgico.

Para los datos de entrada de este software, fue necesario exportar de

ArcGIS, con la extensin de GeoHMS el modelo de la cuenca, de esta

manera preparar el modelo, es decir la ubicacin de microcuencas, tramos, puntos de

controles y cierre, con sus respectivas reas, tiempos de retardo, nmero de curva.

El nmero de la curva es uno de los parmetros ms importantes, ya que este fue generado

mediante pendiente del terreno, uso y tipo de suelo; obteniendo as la cantidad de agua que

se infiltra en el suelo, por lo tanto la diferencia es lo que se convierte en escurrimiento

superficial.

Las precipitaciones usadas fueron la de los eventos mximo ocurridos en la ciudad, como

los huracanes: Alleta, Joan, Cesar y Mitch; adems se generaron dos tormentas de diseo

para 10 y 5 aos, generando esas precipitaciones gracias al mtodo de bloque alterno y

representadas en forma grfica a travs de Hietogramas

El hacer este clculo, radico en la aplicacin del mtodo para determinar los caudales, el

cual fue el Mtodo de Muskingum.

36

d) HEC-RAS 4.1

Una vez obtenidos los caudales picos en HEC-HMS, se modelo en este

programa hidrulico, para analizar el comportamiento del tramo 4 del cauce

31 de Diciembre.

Adems de los caudales fue necesario contar con la topografa del terreno,

ya que en l software se ingresan los perfiles de las secciones transversales, de esta manera

lograr montar el tramo y poder analizar las afectaciones, ya sean por inundacin o

socavacin de la obra en estudio.

4.5. Propuestas de Solucin

Una vez identificado el dao y los efectos que trae consigo, se procedi a evaluar las

diferentes formas de mitigacin ante las afectaciones de la obra hidrulica en estudio y as

poder recomendar las medidas correctivas.

37

V. DESCRIPCIN DEL PROYECTO

5.1. Macro y Micro Localizacin

La cuenca sur de Managua cuenta con una extensin territorial de 853.136 km2, compuesta por los municipios de Managua, Ticuantepe y Ciudad Sandino, y partes

de los municipios de Mateare, El Crucero, Tipitapa, Nindiri y La Concepcin.

Para realizar estudios detallados, la cuenca sur se dividi en 4 Sub cuencas (ver

figura 13), esto debido a las caractersticas particulares de cada una, en este

investigacin se trabajara con la Sub-cuenca III.

Figura 13: Cuenca Sur de Managua y sus Sub Cuencas

Fuente: INTERCONSULT (2002)

38

5.2. rea de estudio

El rea de la sub cuenca III cuenta con una extensin territorial de 170.14 Km2 (ver tabla 9), la cual representa el 19.94% (ver tabla 8) de la Cuenca Sur. Esta se

extiende desde las costas del lago de Managua en la comunidad del El Rodeo hasta

la meseta del crucero.

En esta rea se abarca los distritos V y VI de la ciudad de Managua, casi en su

totalidad el municipio de Ticuantepe y parcialmente La Concepcin, El Crucero y

Nindiri.

Tabla 8: reas en Km2 de las sub cuencas de la Cuenca Sur del Lago de Managua

Subcuenca Extensin (Km2) Total %

I 281 32.94% II 208 24.38%

III 170.14 19.94% IV 194 22.74%

853.136 100.00%

Tabla 9: Municipios de la Sub Cuenca III y sus respectivas reas

Municipio rea (Km2) % de la cuenca

Managua 76.04 44.69%

Ticuantepe 48.1 28.27%

La Concepcin 19 11.17%

El Crucero 18 10.58% Nindir 9 5.29% Total 170.14 100.00%

Fuente: INTERCONSULT (2002)

Fuente: COWI - CABAL S.A (2008)

39

En el distrito VI se encuentra carretera Norte, la cual es uno de los principales ejes

de la economa nacional, ya que une el sur del pas con el norte; adems se pueden

ubicar obras de gran importancia e industrias tales como: El Aeropuerto

Internacional Augusto Cesar Sandino, parque industrial Las Mercedes, Caf

Soluble, Cervecera Toa, Laboratorio Ramos, Carnic, Mercado Mayoreo, Cruz

Lorena, Panadera Bimbo, Pepsi y la Tabacalera Nicaragense.

En cuanto el drenaje pluvial en el distrito VI, este recorre de sur a norte con una

longitud total de 18.06 km entre ellos el cauce de las Amricas 4 (conformado por

los cauces Villa libertad y 31 de Diciembre), cauce del aeropuerto, Wspan, La

Primavera, Portezuelo y El Borbolln.

Dentro del distrito V se puede ubicar carretera Masaya, adems obras de gran

importancia como: El segundo mercado ms importante de la Nicaragua, mercado

Roberto Huembs y Hospital la Mascota referente a nivel nacional.

La red de drenaje esta compuestos por una red de cauces con una longitud de 19.23

km, los cuales la mayora son afluentes del cauce oriental. Respecto al drenaje

menor existen 1,362 tragantes, 1406 pozos de visita y 8,264 km de canaletas.

En la sub cuenca, donde corresponde la zona de Sabana Grande, Cofrada y

Veracruz (Ver anexo E Lmina 2) se encuentra la mayora de los pozos que

abastecen parcialmente el agua potable de la ciudad de Managua.

5.3. Relieve

La Sub cuenca III se caracteriza por tener un relieve irregular; en la parte alta en el

municipio del crucero el terreno es muy escarpado con pendientes de ms de 40%

en promedio y en la parte baja de la cuenca en el municipio de Managua se

registran pendientes planas con pendientes menores al 8%, debido a esto el rango

de pendientes varan desde 0 a 75 %.

40

Debido a las altas pendientes en la parte alta, es importante la presencia de

vegetacin ya que aumenta la permeabilidad de los suelos, adems reduce la

velocidad de la escorrenta superficial, la cual disminuye la posibilidad de erosin

en los suelos.

En la parte baja de la cuenca donde se registran las menores pendientes se

encuentra la ciudad de Managua, debido a esto los caudales con que debe lidiar los

cauces de la ciudad son grandes; adems en la parte media de la cuenca en

carretera Masaya con el auge de las urbanizaciones las reas impermeables ha

aumentado, lo que conlleva consigo el aumento en la escorrenta superficial.

5.4. Modelo de Elevacin Digital

El Instituto de Estudios Territoriales (INETER), es la entidad en Nicaragua que se

encarga de realizar DEM del pas con un tamao de celdas de 20x20 pixeles, es

decir el levantamiento es a cada 20 metros.

INETER asigna cdigos a los cuadrantes de los DEM, cada cuadrante a su vez est

divido en otros cuatros (ver anexo A mapa 8). La Subcuenca III est formado por el

cuadrante 2952 en su totalidad, este cuadrante abarca toda la ciudad de Managua

y el cuadrante xxx, ya que estos dos ltimos forman la parte alta de la sub cuenca.

Figura 14: Relieve de la Sub-Cuenca III

41

5.5. Tipo de Suelo

La ciudad de Managua se ubica dentro de la cordillera volcnica entre los volcanes

Apoyeque al noroeste y Masaya al sureste, en los alrededores se reconocen

numerosos edificios volcnicos y remanentes de volcanes: Santa Ana, Asososca,

Tiscapa, Ticomo, Motastepe, entre otros.

Gracias a la ubicacin de la Subcuenca III, permite que los suelos en su mayora

sean de origen volcnico, es decir: Tobas, pmez y escorias representando un

80.45% de la Subcuenca, mientras que el 19.55% restante est compuesto por los

otros 5 tipos de suelos que se pueden ver en la tabla 10 y figura 15.

Tabla 10: Tipos de Suelo de la Sub Cuenca III

Tipo de Suelo rea Km2 Porcentaje

Sedimentos 30.881 18.15% Escoria 1.016 0.60% Basalto 0.086 0.05% Pmez 0.741 0.44% Tobas y suelos 0.538 0.32%

Tobas, pmez y escorias 136.875 80.45%

Total 170.141 100.00%

Los suelos de origen volcnico son de alta porosidad y buena permeabilidad, su

buena fertilidad los hace aptos para la agricultura si las condiciones de relieve lo

permiten, es por dicha razn que la parte alta de la cuenca, en la zona de la Crucero

cuenta con suelos aptos para la caficultura.

42

Figura 15: Tipo de Suelo de la Sub Cuenca III

Fuente: INETER (2003)

43

El grupo hidrolgico que prevalece en la Sub cuenca III es el grupo B (ver tabla 11),

es decir el grupo de suelo que tiene una buena permeabilidad, sin embargo el

avance de las urbanizaciones ha venido impermeabilizando estas reas.

Tabla 11: Grupos Hidrolgicos en dependencia del tipo de suelo

Tipo de Suelo Grupo Hidrolgico

Sedimentos D

Escoria A Basalto D Pmez B

Tobas y suelos A

Tobas, pmez y escorias B

Fuente: COWI - CABAL S.A (2008)

5.6. Uso del Suelo

La Sub cuenca III del Lago de Managua, es un rea rica en recursos mostrando

diferentes riquezas en sus suelos aptos para cultivos, centros tursticos, pero claro

est, que para esto es necesario tener una buena administracin del recurso.

En la tabla 12, se logra mostrar cmo se encuentra categorizado el suelo en la sub

cuenca III, donde las categoras dominantes son: Bosques, cultivos de granos

bsicos y Urbano, para el ao 2007, pero es un hecho que esto ha venido

aumentando hasta la fecha de hoy en da, por las necesidades que el hombre debe

satisfacer para su subsistencia.

44

Tabla 12: reas y porcentajes por categora y subcategora de uso 2007

Categoras de uso de la tierra 2000 2007

km2 % km2 %

Bosque latifoliado abierto (cobertura de copa 30-70%) 6.26 3.55 23.12 13.10

Bosque latifoliado cerrado (cobertura de copa > 70%) 15.69 8.89 17.99 10.19

Regeneracin de bosque (15 - 30% cobertura de copa) 1.60 0.91 2.05 1.16

Silvicultura (Cobertura de copa 30 - 70%) 0.34 0.19 0.05 0.03

Cultivo - Caf bajo sombra (cobertura de copa > 30%) 30.53 17.31 25.58 14.50

Cultivos - Frutales y musceas (cobertura de copa 15 - 30%) 6.24 3.54 7.44 4.22

Cultivos estacionales - Granos bsicos (< 15% cobertura de copa) 26.62 15.09 29.70 16.84

Cultivos estacionales - No tradicionales (< 15% cobertura de copa) 18.13 10.27 16.61 9.42

Potreros, barbecho o reas verdes con malezas < 40% (cobertura de copa < 15%) 6.01 3.40 17.33 9.82

Potreros, barbecho o reas verdes con malezas > 40% (cobertura de copa < 15%) 37.73 21.39 7.51 4.26

Industria 3.35 1.90 2.02 1.15

Red vial 5.61 3.18 5.61 3.18

Semiurbano y rural 4.27 2.42 8.66 4.91

Urbano 14.06 7.97 12.73 7.21

Cuerpos de agua 0.00 0.04 0.02

En la figura 16, se muestra grficamente la informacin generada en la tabla 11, en

la cual podemos ver que en la parte baja de la cuenca encontramos potreros,

bosques, viviendas, industrias y comercios; en la parte media contamos con

viviendas, granos bsicos, potreros, industria, pequeos cuerpos de agua y en la

parte alta cultivos (caf), bosques, viviendas y cuerpos de agua.

45

Figura 16: Uso del Suelo en la Sub Cuenca III para el ao 2007

Fuente: COWI (2008)

46

5.6.1. Cambios en el Uso de Suelo

La sub cuenca III de la cuenca sur del Lago de Managua, ha venido sufriendo ciertos

cambios, esto debido al auge de los asentamientos, lo que ha provocado que los

suelos sufran ciertas transformaciones en sus propiedades fsicas y mecnicas,

provocando as la reduccin de capacidad de filtracin del agua, generando las

fuertes escorrentas, que afectan el sistema de drenaje de la ciudad.

En la figura 17, se logra apreciar como las urbanizaciones han venido aumentando

paulatinamente, nos podemos cerciorar que el auge urbano ha ascendido desde los

aos 1900-1980, adems si analizamos la figura 18, se ve el crecimiento de la

poblacin hasta la fecha del ao 2007.

Figura 17: Aumento de la Poblacin ao 1900-1980

Fuente: Urbanismo (2013)

47

Figura 18: Aumento de la Poblacin ao 1942-2007

Fuente: COWI-CABAL S.A (2008)

Gracias a la ampliacin de las urbanizaciones, malas prcticas ambientales, han

provocado transformaciones en el relieve y la capacidad del suelo, afectando las

zonas de infiltracin, como observamos en la figura 18 segn COWI (2008).

La parte media cuenta con una baja infiltracin lo que provoca que la escorrenta

que viene de la parte alta traiga mayor velocidad afectando la parte baja,

conllevndola a escenarios de inundacin, donde la capacidad del lago se ve

afectada.

48

5.7. Precipitaciones

La nica estacin que se cuenta en INETER para recopilar informacin acerca de

los datos de precipitacin, es la estacin del Aeropuerto Internacional de Managua

la cual tiene registros de lluvias desde el ao 1971 hasta la fecha; segn los registros

histricos los meses ms lluviosos del ao son: Septiembre y Octubre.

Debido a la ubicacin de Nicaragua entre el ocano Pacifico y Atlntico, la ciudad

es amenazada por tormentas tropicales y huracanes; histricamente los huracanes

que ms han afectado la capital son: Aletta, Joan, Cesar y Mitch.

Para los tres ltimos huracanes se cuenta con datos de precipitacin para la

simulacin de las crecidas (ver anexo C tabla 34, 35 y 36), datos que fueron

utilizados en la modelacin del tramo 4 del cauce 31 de Diciembre.

5.8. Poblacin

Segn los datos de poblacin del Censo (2005) indican que los cinco municipios

que forman la sub cuenca III viven 1, 048,424 habitantes, lo que representa el 20%

de la poblacin total del pas.

Tabla 13: Poblacin Total de los Municipios de la Sub cuenca III

Municipios

Poblacin INEC 1995

Poblacin INEC 2005

Habitantes Habitantes Managua 836,534 937,455 Ticuantepe 19,979 Z27,008 El Crucero 10,437 13,656 Nindir 29,026 38,355 La Concepcin 27,728 31,950

923,704 1,048,424 Fuente: COWI-CABAL S.A (2008)

Managua ha sido receptora del crecimiento habitacional, lo que ha provocado que

el suelo disponible en la capital sea ms rentable para usos comerciales y de

servicios, ya que en su mayora la poblacin es urbana.

49

5.9. Drenaje Pluvial de la Sub Cuenca III

La red de drenaje pluvial de Managua, que se ubica en la sub cuenca III, est

compuesta por sitios crticos ante inundaciones, los cuales se mencionan en la tabla

14.

Tabla 14: Zonas Crticas. Las categoras son (1) Erosin de cauce y (2) Capacidad hidrulica insuficiente

Fuente: COWI-CABAL S.A (2008)

Adems de estos sitios crticos, se puede hacer mencin del problema que sufre el

puente de la Fuerza Area en Carretera Norte, el cual es socavacin de las obras

de proteccin del puente generando riesgo de daos estructurales, con erosin del

muro de proteccin del tubo de agua potable que cruza el cauce del aeropuerto al

sur de la carretera.

Zona Critica Categora Cauce 31 de Diciembre 1 Cauce Borbolln 1 Sabana Grande 2 Cauce de Esquipulas a lo largo de Carretera a Masaya 2 Cauce de Las Cuaresmas 2 Cauce Borbolln entre Sabana Grande y Carretera Norte 2 Barrio Laureles Sur 2

50

5.9.1. Cauce 31 de Diciembre

El cauce 31 de diciembre es uno de los cauces principales de la Sub cuenca III,

tiene una longitud aproximada de 2.8 km, que comprende desde la pista a Sabana

Grande hasta la caja puente en carretera norte.

Este cauce ha sido revestido de concreto en su totalidad, en los tramos 1 y 2,

presenta una seccin trapezoidal de 12 metros de ancho en el fondo; en el tramo 3

y 4, la seccin cambio por vertederos rectangulares con secciones variables de 5,4

y 3 metros de ancho de fondo (ver anexo E lamina 3).

El tramo a analizar en este estudio es nmero 4 (ver anexo E lamina 5), que inicia

desde la caja puente en los rieles hasta la interseccin con el cauce de sabana

grande; este cuenta con dos cajas puentes ambas rectangulares de 6 metros de

ancho por 3 metros de altura.

En el cauce se han invertido mucho dinero para revestirlo, esto debido a los

problemas de erosin y socavacin que presenta; adems la presencia de

sedimentos en el cauce es muy alta, con la presencia de desechos slidos.

51

VI. RESULTADOS Y DISCUSIN

6.1. Delimitacin de la Sub cuenca III Para realizar el anlisis de la Sub cuenca III, la base fundamental es el DEM, ya que

a partir de l se realiza la delimitacin de la cuenca, as como la caracterizacin y

morfometra de la cuenca; este proceso se realiza en el software ArcGIS 9.3 siendo

el primer paso lo unin de los 6 cuadrantes obtenidos en INETER.

Figura 19: Modelo de Elevacin Digital de la Cuenca Sur del Lago de Managua Fuente: INETER

52

La delimitacin se realiz mediante la extensin Archydro tools y HEC-GeoHMS del

ArcGIS; para el estudio la Sub cuenca III se delimito en dos partes: Una para el

cauce Borbolln y otra para el cauce 31 de Diciembre y Sabana Grande, esto debido

a que los puntos de cierres de estos cauces no coinciden en ubicacin.

Para realizar la delimitacin se llev a cabo el siguiente procedimiento:

Filtrar el DEM, esto con el objetivo de rellenar los sumideros e imperfecciones del DEM y forzar a las celdas que drenen, para realizar los raster de direccion

y acumulacion del flujo (ver anexo B figuras 45 y 46)

Seguidamente se generaron los raster: Stream y stream Link, con el fin de determinar la red de drenaje y los catchment para generar las microcuencas

(ver anexo B figura 47 y 48)

53

Figura 20: rea que comprende el cauce 31 de Diciembre y Sabana Grande

En la figura 20 se muestra el rea que abarca el cauce 31 de

Diciembre y Sabana Grande, la cual es de 38.472 km2 y la longitud

del cauce principal, el 31 de Diciembre es de 2.8 km

54

Figura 21: rea que comprende el Cauce Borbolln

El cauce borbolln tiene un extensin de 131.664 km2 y una longitud del

cauce principal de 28.8 km (ver figura 21)

55

Figura 22: Delimitacin de la Sub Cuenca III de la Cuenca Sur de Managua

Como resultado de la delimitacin se obtuvieron 26 microcuencas, 9 se encuentran

en el rea que comprenden los cauces 31 de Diciembre y Sabana Grande, las 17

restantes forman al rea del borbolln.

Para la divisin de la Subcuenca se tomaron puntos de control en los cruces ms

importantes como lo son: Carretera norte y carretera a Masaya.

56

6.2. Caractersticas Morfomtricas de la Sub cuenca III

Tabla 15: Caractersticas Morfomtricas Cauce el Borbolln

Parmetro Registro Unidad Descripcin A_KM2 131.66 Km2 Superficie de la Cuenca

P_KM 93.44 km Permetro de la Cuenca

EM_M 452.14 msnm Elevacin Media PM_G 12.61 Pendiente Media (Grados) PM_P 23.87 % Pendiente Media (Porcentaje)

KC 2.3 Coeficiente de Compacidad (Gravelius) RH