VI CONGRESO NACIONAL Y I BINACIONAL DE INGENIERIA DE TRANSPORTE LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO  DR. VÍCTOR M. PONCE  PROFESOR DE INGENIERÍA CIVIL UNIVERSIDAD DE SAN DIEGO CALIFORNIA, EE.UU.A. VI CONGRESO NACIONAL Y I BINACIONAL DE INGENIERIA DE TRANSPORTE

2.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO La red vial es usada para el transporte de bienes y personas. La red hidrográfica es usada para el transporte de aguas, sedimentos, y sales al océano. La red hidrográfica también puede ser usada para el transporte de bienes y personas (navegación). En el Ecuador, el transporte fluvial es usualmente en los ríos de la hoya amazónica. La red vial puede colocarse cercana a los cauces o a los parteaguas. La preferencia es colocar la red vial cercana a los cauces. Esto hace necesario que las redes vial e hidrográfica se crucen (alcantarillas, puentes, vados). Ecuador:  Red vial de primer orden. 2.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

3.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Primer desafío:  Cómo se diseña el cruce de las redes? Segundo desafío:  Cómo afecta el clima al diseño? Tercer desafío:  Cómo se relaciona el orden de la red vial con el orden de la red hidrográfica? Cuarto desafío:  Cómo afectan a los diseños la presencia de sedimentos? Quinto desafío:  Cómo afectará el cambio climático a los cruces? Ecuador:  Perfil topográfico en la linea ecuatorial. 3.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

4.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Primer desafío: Cómo se diseña el cruce de las redes? El diseño del cruce depende de varios factores: Orden de la red vial: primer, segundo, tercer. Orden de la red hidrógrafica: cuenca de 1 km2 a más de 1000 km2. Clima: húmedo, subhúmedo, semiárido, árido. Presencia de sedimentos: erosión y sedimentación. Arroyo Tecate, Baja California, México. 4.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

5.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Las cuencas pequeñas tienen hasta 1 km2 de área. Las cuencas medianas tienen de 1 hasta 1000 km2 de área. Las cuencas grandes tienen más de 1000 km2 de área. En las cuencas pequeñas la lluvia es constante en el espacio y en el tiempo. En las cuencas medianas la lluvia es constante en el espacio y variable en el tiempo. En las cuencas grandes la lluvia es variable en el espacio y en el tiempo. En las cuencas pequeñas predomina la convección (flujo cinemático); por tanto se usa el método racional para el diseño hidrológico. En las cuencas medianas predomina la difusión (flujo difusivo); por tanto se usa el hidrograma unitario para el diseño hidrológico. En las cuencas grandes predomina la difusión y la variación espacial de la lluvia; por tanto se usa el hidrograma unitario y la modelación para el diseño hidrológico. 5.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

6.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Segundo desafío: Cómo afecta el clima al diseño? El clima puede ser húmedo, subhúmedo, semiárido, y árido. En el clima húmedo llueve más de 1600 mm por año. En el clima subhúmedo llueve de 800 mm a 1600 mm por año. En el clima semiárido llueve de 400 a 800 mm por año. En el clima árido llueve menos de 400 mm por año. Cuando llueve menos, la relación flujo de pico/flujo de base Qp/Qb es mayor. La relación Qp/Qb varía desde un mínimo de 3-5 en zonas de bosques tropicales hasta más de 1000 en zonas áridas. En ríos efímeros, el flujo de base es nulo y la relación Qp/Qb es infinita (∞). Cuando Qp/Qb es alto, la corriente carga mucho sedimento, usualmente más de 1000 ppm. Cuando Qp/Qb es alto, la relación ancho-profundidad es grande, más de 50, y a veces más de 100. El diseño del cruce depende de la relación Qp/Qb. Rio Piraí, Santa Cruz, Bolivia. 6.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

7.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Tercer desafío:  Cómo se relaciona el orden de la red vial con el orden de la red hidrográfica? Las redes viales generalmente siguen los cursos de los ríos. Los cruces son con alcantarillas o puentes. Cada cruce requiere un estudio hidrólogico para determinar el caudal de diseño. La frecuencia varía desde los 10 años (alcantarillas) hasta los 100 años (puentes). La frecuencia es menor en las alcantarillas porque cubren menos área de drenaje. Arroyo Rosa de Castilla, Baja California, México. En ciertos casos se usan vados. Arroyo El Descanso, Baja California, México. 7.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

8.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Los puentes deben cubrir todo el ancho de la corriente. Puente McPhaul, sobre el río Gila, Yuma, Arizona. En zonas de ríos muy grandes, el transporte es acuático (transbordador). Río Paraná en Guiara, Paraná, Brasil. En climas áridos, el vado puente puede usarse. 8.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

9.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Cuarto desafío:  Cómo afectan a los diseños la presencia de sedimentos? La erosión y transporte de sedimentos afectan el diseño de obras de arte. Los pilares de puentes pueden erosionarse bajo altas velocidades de flujo. El transporte de sedimentos varía con la quinta potencia de la velocidad. Las velocidades normales son del orden de 1 m/s. Las velocidades máximas son del orden de 6 m/s. Sextuplicar la velocidad implica multiplicar por 65 = 7776 veces el transporte de sedimentos. Avenida en el río Cuiabá Cuiabá, Mato Grosso, Brasil, el 10 de enero de 1995. 9.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

10.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO La curva de gastos de sedimento tiene histéresis. Cuando crece la avenida, erosiona el cauce y pone en peligro la estabilidad de las pilas de puentes. Cuando disminuye la avenida, deposita el cauce y regresa aproximadamente al nivel inicial. Avenida de lodo en el río White, California, 7 de noviembre del 2006. 10.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

11.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO Quinto desafío:  Cómo afectará el cambio climático a los cruces? El cambio climático afectará marcadamente el comportamiento de los cruces. Ejemplo: El Norte del Perú (Piura) con el fenómeno de El Niño. Parece que el cambio climático está aumentando la intensidad del fenómeno de El Niño. En el año 1998 el fenómeno de El Niño causó fallas y roturas en muchos puentes en el norte del Perú. La hidrología cambiará y habrá que rediseñar los puentes para las nuevas condiciones, más áridas o más húmedas. Avenida en el río Mojave, California, 8 de junio del 2005. 11.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

12.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO RESUMEN El diseño de los cruces vial-hidrográfico depende del tamaño de la cuenca de drenaje. Las cuencas varían con la escala:  pequeñas, medianas, y grandes. La clasificación de cuencas de acuerdo a escala tiene un sentido hidrológico. El diseño de los cruces depende del clima:  árido, semiárido, subhúmedo, o húmedo. Los cruces pueden ser alcantarillas, vados, o puentes. En zonas áridas, el transporte de sedimentos condiciona el diseño de los cruces. El cambio climático obligará a rediseñar algunas obras de arte. Puente Coalbrookdale, en Inglaterra, el primero hecho de hierro fundido, construído en 1779. 12.  LA RED VIAL Y LA RED HIDROGRÁFICA:  DESAFÍOS DEL TERCER MILENIO

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