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PROYECTO DE GRADO
MODELACIÓN DE INUNDACIONES Y ANÁLISIS ESPACIAL EN LOS
ALREDEDORES DEL EJE AMBIENTAL CON HEC-RAS Y ARCGIS, PARA
PLANTEAR ALTENATIVAS DE SOLUCIÓN ANTE EL PROBLEMA DE
INUNDACIONES EN EL CASO DE ESTUDIO.
Maria Marcela Cuello Mendoza
Asesor: Ricardo Camacho Castilla
Co-Asesor: Camilo Salcedo Ballesteros
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
PREGRADO EN INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2019
AGRADECIMIENTOS
El agradecimiento de este proyecto va dirigido primero a Dios, con su bendición y su amor
todo fue posible. En segundo lugar, agradezco a mis asesores Ricardo Camacho y Camilo
Salcedo, por la constante motivación, acompañamiento, apoyo personal y académico.
Agradezco a mi familia, por su compresión y palabras de aliento en toda mi carrera. Así
mismo, agradezco a mis amigos por su ayuda y buena disposición siempre. Te agradezco a
“ti” por estar presente cuando necesité ánimos y confianza en la recta final, sin tus palabras
no hubiese sido posible. Finalmente dedico este proyecto de grado a mi abuelo Ciro José
Mendoza en el cielo.
Universidad de los Andes Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA Modelación de inundaciones y análisis espacial en los alrededores del Eje ambiental con HEC-RAS y ArcGIS para plantear alternativas de solución
ante el problema de inundación en el caso de estudio.
Maria Marcela Cuello M Proyecto de Grado 2
TABLA DE CONTENIDO
1 Introducción ................................................................................................................................ 3
1.1 Objetivos ............................................................................................................................. 5
1.1.1 Objetivo General ......................................................................................................... 5
1.1.2 Objetivos Específicos ................................................................................................... 5
2 Marco teórico .............................................................................................................................. 6
3 Metodología ................................................................................................................................ 8
3.1 Recolección de datos en campo .......................................................................................... 9
3.2 Procesamiento de Datos ..................................................................................................... 9
3.3 Modelación Hidráulica ...................................................................................................... 12
3.3.1 Análisis Espacial ......................................................................................................... 12
4 Resultados ................................................................................................................................. 15
4.1 Modelación Hidráulica HEC-RAS ....................................................................................... 15
4.2 Propuesta de solución a Inundaciones Eje ambiental ...................................................... 19
4.2.1 Sumideros para captación de aguas lluvia ................................................................ 19
5 Conclusiones.............................................................................................................................. 24
6 Recomendaciones ..................................................................................................................... 25
7 Referencias ................................................................................................................................ 26
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ante el problema de inundación en el caso de estudio.
Maria Marcela Cuello M Proyecto de Grado 2
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Nube de Puntos Software Pix4D ........................................................................................................ 10
Figura 2. Generación de Ortofoto Pix4D .......................................................................................................... 10
Figura 3. DEM obtenido a partir de Agisoft ...................................................................................................... 11
Figura 4. Modelación Autocad Civil 3D ............................................................................................................. 11
Figura 5.Mapa Ortofoto Eje Ambiental ............................................................................................................ 12
Figura 6. Eje Ambiental Archivo TIN ................................................................................................................. 13
Figura 7.Geometría Eje Ambiental HEC-RAS .................................................................................................... 14
Figura 8. Modificación de parámetros de forma manual. ................................................................................ 15
Figura 9. Modelación Hidráulica Eje ambiental ................................................................................................ 16
Figura 10. Modelación Hidráulica aguas abajo cruce peatonal ........................................................................ 17
Figura 11. Secciones Transversales exportadas de HEC-RAS ............................................................................ 17
Figura 12. Mapa profundidad lámina de agua ................................................................................................. 18
Figura 13. Esquema Sumideros Laterales ......................................................................................................... 21
Figura 14. Vista Isométrica Sumideros laterales .............................................................................................. 21
Figura 15. Esquema Sumidero Mixto................................................................................................................ 22
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ante el problema de inundación en el caso de estudio.
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1 INTRODUCCIÓN
Las inundaciones, de forma general son fenómenos hidrológicos recurrentes que en ocasiones
pueden llegar a ser muy destructivos, afectando a la población de forma directa, o destruyendo
viviendas, aquejando la movilidad de las ciudades entre otros. Las inundaciones se producen por
lluvias persistentes y generalizadas que generan un aumento progresivo del nivel de las aguas
contenidas dentro de un cauce superando la altura de las orillas naturales o artificiales, ocasionando
un desbordamiento y dispersión de las aguas sobre las llanuras de inundación y zonas aledañas a
los cursos de agua normalmente no sumergidas. (IDEAM, 2014)
Una ciudad afecta frecuentemente por las inundaciones urbanas es la capital de Colombia: La ciudad
de Bogotá. Debido a su altitud de 2640 msnm, la ciudad de Bogotá tiene un tipo de clima tropical.
La temporada de lluvias en la ciudad de Bogotá se puede presentar en dos temporadas del año; la
primera en los meses de marzo hasta mayo y la segunda de septiembre a noviembre; sin embargo,
el clima en la ciudad no deja de ser impredecible y se pueden presentar días nublados y
eventualmente lluviosos durante todo el año por los fenómenos del Niño y de la Niña que afectan
el país.
El análisis de las inundaciones urbanas es de vital importancia, porque se pueden encontrar
alternativas para mitigar los impactos generados y tratar de evitar pérdidas humanas y materiales.
Bajo este contexto, surge el interés de identificar un caso de estudio en la ciudad de Bogotá, evaluar
las causas de inundación urbana y proponer alternativas que mitiguen las afectaciones de este
fenómeno hidrológico.
El caso de estudio que abordará este proyecto de grado será el sector del eje ambiental, a la altura
de la Universidad de los Andes. El eje ambiental es un canal abierto que conduce las aguas del río
San Francisco; lo rodea un sendero de material de adoquín y fue diseñado por los prestigiosos
arquitectos Rogelio Salmona y Luis Kopec durante la primera administración de Enrique Peñalosa.
El eje ambiental, en el sector de la Universidad de los Andes, en la Cra 1 Este No 19 A, es un cruce
importante para los habitantes de la zona, estudiantes, y demás miembros de la Universidad. Se
caracteriza por tener varios cambios de pendiente durante un trayecto de aproximadamente 200
metros. El problema de inundación y la razón que justifica el caso de estudio escogido, es cuando
ocurren precipitaciones en la zona, se presenta inundaciones en los alrededores del eje ambiental
consiguiendo que la lámina de agua alcance en promedio una altura de hasta 15 cm, afectando la
movilidad de las personas que requieren trasladarse de un punto a otro y pasar el eje.
Por lo anterior, se pretende realizar inicialmente un análisis espacial con la ayuda de softwares
especializados como ArcGis y una modelación hidráulica con HEC-RAS para determinar cuál es la
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ante el problema de inundación en el caso de estudio.
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mejor alternativa para reducir las inundaciones en la zona. Inicialmente se hace una toma de datos
propios de la zona, se procesan dichos datos con programas como Pix4D y Agisoft que permiten la
generación de modelos de elevación digital de alta resolución para un posterior análisis.
A lo largo de este documento, se presenta las metodologías utilizadas para los análisis mencionados,
y posteriormente los resultados de la simulación de los modelos, se encuentran también recursos
visuales que ayudan a comprender un poco mejor los resultados, y se finaliza con la alternativa
escogida para dar solución al problema de inundación en los alrededores del eje ambiental.
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1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo General
Analizar las inundaciones que ocurren en los alrededores del Eje Ambiental, con el fin de plantear
una solución ante la problemática identificada.
1.1.2 Objetivos Específicos
Por medio de equipos de alta tecnología, recolectar información precisa que proporcione
datos confiables.
Realizar un análisis espacial con software especializado que permita una correcta
representación del caso de estudio.
Realizar un modelo hidráulico que simule el comportamiento de las inundaciones típicas en
el caso de estudio.
Proponer de forma detallada una alternativa para solucionar el problema de inundaciones
en el eje ambiental debido a las precipitaciones.
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2 MARCO TEÓRICO
La recolección de datos fue una de las etapas iniciales del proceso del proyecto de grado,
afortunadamente se cuentan con equipos especializados que pudieron facilitar la toma de datos de
alta calidad y confiabilidad. Los equipos utilizados para tal fin fueron los siguientes:
Estación Total: Se denomina estación total a un instrumento electro-óptico utilizado en topografía, cuyo funcionamiento se apoya en la tecnología electrónica. Consiste en la incorporación de un distanciómetro y un microprocesador a un teodolito electrónico. (Leica, 2016)
Algunas de las características que incorpora, y con las cuales no cuentan los teodolitos, son una pantalla alfanumérica de cristal líquido (LCD), leds de avisos, iluminación independiente de la luz solar, calculadora, distanciómetro, trackeador (seguidor de trayectoria) y la posibilidad de guardar información en formato electrónico, lo cual permite utilizarla posteriormente en ordenadores personales. Vienen provistas de diversos programas sencillos que permiten, entre otras capacidades, el cálculo de coordenadas en campo, replanteo de puntos de manera sencilla y eficaz y cálculo de acimutes y distancia. (Leica, 2016)
Dron Phantom 4: Un dron es un vehículo aéreo que vuela sin tripulación. Los drones son una
herramienta extremadamente útil para el control de incendios forestales, la geología, la agricultura,
la construcción, y el control y análisis de tráfico en las grandes ciudades, entre muchas otras
tareas, ya que los drones son muy económicos de operar, prácticamente no requieren de insumos
o combustibles para su operación y no ponen en peligro las vidas de quienes lo pilotean.
El Phantom 4 es el dron con cámara más avanzado y permite hacer fotos aéreas profesionales con
dispositivos Apple o Android. No solo vuela de forma inteligente, con un solo toque crea imágenes
de seguimiento fácilmente y, además, esquiva obstáculos de manera autónoma, entre otras
funciones. (Fraile, 2016)
GPS: es un sistema que permite determinar en toda la Tierra la posición de cualquier objeto (una
persona, un vehículo) con una precisión de hasta centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque
lo habitual son unos pocos metros de precisión. En la práctica, normalmente son necesarios 4 o más
satélites para determinar la posición con cierta precisión. (Vega, 2014)
Ahora bien, para el procesamiento de datos y análisis espacial fueron necesarios el aprendizaje de
los siguientes programas para su correcta ejecución:
Pix4D: Pix4D es un software de fotogrametría que, a partir de un conjunto de imágenes con solape, genera nubes de puntos en común entre ellas para construir ortomosaicos y modelos digitales de superficie (MDS) y del terreno (MDT) para generar cartografía 2D y modelos 3D.
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Adicionalmente, es un Software para cartografía profesional basada en drones a partir de imágenes. Permite convertir las imágenes en mapas 2D georreferenciados y altamente precisos y en modelos 3D. Resultados personalizables que complementan una amplia gama de aplicaciones y software. (PIX4D, 2017)
Agisoft: es un tipo de software autónomo que realiza el procesamiento fotogramétrico de imágenes
digitales y genera datos espaciales 3D.
ArcGis: es el nombre de un conjunto de productos de software en el campo de los Sistemas de
Información Geográfica o SIG. Producido y comercializado por ESRI, bajo el nombre genérico ArcGIS
se agrupan varias aplicaciones para la captura, edición, análisis, tratamiento, diseño, publicación e
impresión de información geográfica. Estas aplicaciones se engloban en familias temáticas
como ArcGIS Server, para la publicación y gestión web, o ArcGIS Móvil para la captura y gestión de
información en campo. (ArcGIS, 2015)
HEC-RAS: es un programa de ordenador que modeliza la hidráulica de flujo de
aguas de ríos naturales y de otros canales. Con anterioridad a la actualización reciente a la versión
5.0, el programa era unidimensional, significando esto que no había modelización directa del efecto
hidráulico de cambios de forma de sección de cruce, curvas, y otros aspectos bi y tridimensionales
del flujo. (Us Army Corps of Engineers, 2017)
HEC-GeoRAS: es un conjunto de procedimientos, herramientas y utilidades para procesar datos
geoespaciales en ArcGIS utilizando una interfaz gráfica de usuario (GUI). La interfaz permite la
preparación de datos geométricos para importar a HEC-RAS y procesa los resultados de simulación
exportados desde HEC-RAS. (Us Army Corps of Engineers, 2017)
Inundaciones: Las inundaciones son fenómenos hidrológicos recurrentes y pueden llegar a ser
potencialmente destructivos. Se producen por lluvias persistentes y generalizadas que generan un
aumento progresivo del nivel de las aguas contenidas dentro de un cauce superando la altura de las
orillas naturales o artificiales, ocasionando un desbordamiento y dispersión de las aguas sobre las
llanuras de inundación y zonas aledañas a los cursos de agua normalmente no sumergidas. (IDEAM,
2014)
Llanuras de inundación: las llanuras de inundación son áreas de superficie adyacentes a ríos, y estas
están sujetas a inundaciones recurrentes (IDEAM, 2014). En el caso de estudio, las llanuras de
inundación son las áreas inundables que afectan la movilidad de los usuarios en los alrededores del
eje ambiental.
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ante el problema de inundación en el caso de estudio.
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3 METODOLOGÍA
La metodología seguida para obtener los resultados en este proyecto de grado sigue los siguientes
pasos:
1. Recolección de datos en campo en caso de estudio
2. Procesamiento de datos
3. Generación de DTM de alta resolución
4. Análisis Espacial
5. Modelación Hidráulica
6. Presentación de la solución
3.1 Caso de estudio
El caso de estudio analizado en este documento, es el sector conocido como “El eje ambiental” en
la Cra 1 Este No 19 A, esto se puede apreciar con mayor facilidad en el Mapa de la Figura1. Zona de
estudio: Sector Eje Ambiental. En esta zona se presentan inundaciones, cuando ocurren
precipitaciones, que debido al clima de Bogotá son recurrentes; por esto los miembros de la
Universidad y demás ciudadanos que transitan en la zona, se ven obligados a realizar maniobras que
pueden llegar a ser peligrosas para cruzar la calle y el sendero adoquinado que se inunda durante
las precipitaciones y puede permanecer así hasta una hora después que la corriente de agua haya
disminuido.
Figura 1. Zona de Estudio: Sector Eje Ambiental
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De las características generales del caso de estudio, se puede destacar de la descripción del drenaje
que el corredor del eje ambiental presenta una pendiente definida por la topografía de sentido
oriente a occidente, iniciando desde la Quinta de Bolívar en la parte alta, hasta la calle 19 A, en la
parte baja. El sistema de alcantarillado en la zona del proyecto es combinado.
3.2 Recolección de datos en campo
Con el fin de tener datos propios, se trabajó en conjunto con el equipo de Geomática de la
Universidad de los Andes, el cual cuenta con equipos de última tecnología que permitieron tomar
datos de alta resolución y confiabilidad.
Uno de los equipos utilizados fue un Drone Phantom 4. Luego de realizar una inspección física de la
zona de interés, se planearon y se llevaron a cabo los vuelos con el drone teniendo en cuenta 5
puntos de control, o puntos de amarre ubicados estratégicamente para cubrir toda el área de
análisis. Así mismo, se tenían coordenadas precisas de esos puntos de control, ya que fueron
tomadas con el GPS de mano de alta precisión, facilitado por el laboratorio de Geomática.
En segunda instancia, y de forma paralela a los vuelos del dron fue utilizada una estación total, para
recolección de datos físicos. Cabe mencionar que con la estación total se pueden obtener las
coordenadas de puntos, y se obtienen datos sumamente confiables.
3.3 Procesamiento de Datos
Para el procesamiento de los datos obtenidos fueron utilizados varios programas especializados
para proseguir con el análisis espacial. El primero de ellos fue el programa PIX4D, el cual permite
hacer la planificación de los vuelos con el dron, y general un modelo en 3D a partir de las fotografías
tomadas con el dron. Con este programa, se generaron las nubes de puntos del modelo de superficie
como se muestra a continuación.
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Figura 2. Nube de Puntos Software Pix4D
A partir de la nube de puntos y demás imágenes capturadas con el vuelo siguiendo la teoría de
fotogrametría se obtiene la ortofoto. En esta última se define la frontera, la zona de estudio se
define la resolución con la que se pretende trabajar y demás parámetros de interés. Cabe destacar
que, aunque parezca sencillo, este procesamiento en Pix4D requiere de un tiempo de
aproximadamente 1 semana, al igual que un computador de mucha capacidad de procesamiento
de datos por la cantidad de información que tiene la nube de puntos.
Figura 3. Generación de Ortofoto Pix4D
Ahora bien, aunque es un software bastante avanzado no es capaz de clasificar de forma
completamente eficiente los diferentes puntos, es decir, de forma manual se debe clasificar los
puntos de Vegetación, edificios, eliminar el ruido producido por peatones y vehículos circulando al
momento de realizar los vuelos con el dron, y demás puntos que se necesiten diferenciar. Para esta
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clasificación, fue utilizado Agisoft, el cual es un tipo de software autónomo que realiza el
procesamiento fotogramétrico de imágenes digitales y genera datos espaciales 3D. Con este
software se generó el DEM, (modelo digital de elevación) que luego fue exportado a ArcGis para
continuar con el análisis espacial. En la siguiente imagen se muestra el resultado de este, en donde
se puede diferencian mejor la delimitación del eje ambiental.
Figura 4. DEM obtenido a partir de Agisoft
De forma paralela al anterior procesamiento de datos, se deben mencionar que los puntos tomados
con la estación total fueron utilizados para realizar el modelo del eje ambiental en AutoCad. En este
caso se tenían clasificados los puntos en vías, que corresponden a la carrera 1 que es paralela al eje
ambiental, puntos anden que se refieren a los andenes de las calles paralelas al eje, y los puntos
como tal dentro del eje. También se definieron las fronteras, y con el mismo programa se generaron
las curvas de nivel como se muestra a continuación el resultado:
Figura 5. Modelación Autocad Civil 3D
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3.4 Modelación Hidráulica
3.4.1 Análisis Espacial
El análisis espacial realizado para este proyecto de grado se refiere a todo el procedimiento
realizado en ArcGis relacionado con la topografía del área de estudio, es decir, con los datos
tomados, se trabajará en los componentes espaciales para buscar una solución al problema de
inundaciones en el Eje ambiental. Por otro lado, dado que también se tendrá una modelación
hidráulica con HEC-RAS, fue necesario utilizar la extensión HEC-GeoRAS y dibujar manualmente la
geometría del canal en ArcGIS.
Inicialmente se deben crear las capas correspondientes al flujo que representa la inundación, las
bancas y llanuras de inundación. Luego, se dibuja manualmente el rio y sus márgenes para
posteriormente asignar a cada trazado la definición si es un canal, o delimitante de llanura de
inundación. Se muestra a continuación un esquema de las llanuras de inundación que se pretenden
modelar, junto con sus bancas. Se utiliza como Basemap la ortofoto para que sea más claro la
ubicación de los elementos mencionados.
Figura 6.Mapa Ortofoto Eje Ambiental
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Antes del siguiente paso es válido mencionar que se debe crear un archivo Tin, con la herramienta
create Tin en ArcGIS. Un archivo Tin son una forma de datos geográficas que utiliza HEC-RAS basados
en vectores y se construyen mediante la triangulación de un conjunto de vértices, este archivo es el
compatible con HEC-GeoRAS. La visualización de este se muestra en la siguiente figura.
Figura 7. Eje Ambiental Archivo TIN
Ahora bien, en este punto por medio de ArcGIS se procesan las longitudes de las bancas, la longitud
de inundación, las cotas para luego crear las secciones transversales del área de inundación. Dado
que se tiene una zona de estudio bastante pequeña en comparación con las magnitudes que se
acostumbran a trabajar con software como HEC-RAS, las secciones no serán de cada 100 metros
como convencionalmente se hacen, sino de cada 10 metros para tener un análisis más detallado, y
además tendrán un ancho de 20 metro para abarcar toda la zona que regularmente se inunda en
cada evento de lluvia.
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Luego se procesan las distancias y se establece a que corresponde el extremo izquierdo y derecho,
para establecer la dirección en la que fluye la inundación. Luego se exportan las secciones
transversales a HEC-RAS como se muestra en la siguiente figura.
Figura 8.Geometría Eje Ambiental HEC-RAS
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4 RESULTADOS
4.1 Modelación Hidráulica HEC-RAS
A partir de la Modelación Geométrica realizada en ArcGIS, se procede a modificar los parámetros
necesarios para la modelación hidráulica en HEC-RAS. En primera instancia se deben cambiar
manualmente algunos parámetros como el coeficiente de n de Manning. En la mayoría de las
secciones transversales se utilizó un n de Manning de 0.011 correspondiente al material de adoquín
en el cual está construido el sendero que rodea el canal del eje ambiental, y para los sectores que
tienen pavimento se utilizó un n de Manning de 0.013 correspondiente a pavimento asfaltico. Los
valores tanto de expansión como contracción no se modificaron, dado que son los establecidos por
el programa para modelar este tipo de inundaciones.
Figura 9. Modificación de parámetros de forma manual.
Para las pendientes tanto aguas arriba como aguas abajo se configuro para una de 3%, y dado que
se tiene un flujo variable se decide hacer una modelación para régimen mixto obteniendo como
resultado la siguiente modelación que muestra el extremo izquierdo del canal aguas abajo del cruce
peatonal:
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Figura 10. Modelación Hidráulica Eje ambiental
La siguiente imagen es un acercamiento del extremo derecho del sendero del eje ambiental, en
donde la parte que se contiene agua, o se inunda durante las precipitaciones es evidente en color
azul, sin embargo, dado que se tenían cotas bastante precisas tomadas con la estación total, se
puede apreciar el semicírculo que hace parte del canal que no se alcanza a inundar por efecto de las
precipitaciones, es decir, el modelo es consecuente con los dato tomados en campo para describir
la tipografía del terreno.
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Figura 11. Modelación Hidráulica aguas abajo cruce peatonal
Una vez obtenido el modelo hidráulico este puede ser visualizado en formato raster en ArcGis para
la generación de mapas de profundidad de la lámina de agua. Para lo anterior, desde HEC-RAS se
exportan los datos en formato GIS, y se puede ver en ArcGis las secciones transversales, los puntos
de las bancas de la inundación, marcadores de velocidad entre otros parámetros de interés, como
se muestra a continuación:
Figura 12. Secciones Transversales exportadas de HEC-RAS
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Ahora bien, el fin último de la modelación hidráulica es identificar los puntos o áreas donde hay
mayor lámina de agua cuando se presentan precipitaciones en la zona, para esto se generó un mapa
de delimitación de inundación y profundidad de agua en ArcGis, con los datos importados desde
HEC-RAS. También es importante mencionar, que dentro de la modelación hidráulica se incluyeron
los sumideros laterales ya existentes. Como resultado se obtuvo el siguiente mapa, en donde se
aprecia que la mayor profundidad de la lámina de agua puede llegar a ser de 12 cm, en zonas de
cruce peatonal y de vehículos. El tamaño de las celdas del raster que muestra la profundidad del
agua es de 0.5x0.5 m.
Figura 13. Mapa profundidad lámina de agua
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4.2 Propuesta de solución a Inundaciones Eje ambiental
A continuación, a partir del análisis espacial y modelación hidráulica presentada en detalle
anteriormente, es indispensable mostrar en los resultados una solución a los problemas de
inundación que aquejan la zona de estudio y que afecta a la población en general que circunda por
la zona. En las visitas efectuadas al acueducto de Bogotá, se recopiló información sobre los
problemas relacionados con la captación de escorrentía superficial del caso de estudio, la cual hace
parte de la Zona 3 del Acueducto de Bogota, los cuales se resumen en la falta de sumideros en las
bocacalles y en zonas críticas, ya que esto causa que el agua transite por el sendero adoquinado y
las calles, causando la problemática de movilidad ya mencionada. En este punto es importante
mencionar, que, de acuerdo a la información suministrada, cuando fue construida la obra Eje
ambiental, no se construyeron los sumideros que requería el diseño, sumado a esto, aquellos que si
se construyeron fueron realizados sin cámaras de inspección, por lo que hace difícil su
mantenimiento. Los sumideros existentes actualmente son dos, que de acuerdo a la modelación
realizada no tienen la capacidad suficiente para captar el agua de lluvia, así como también se
encuentran llenos de basuras y sólidos acumulados hace muchos años que impiden que el agua
llegue al sistema de alcantarillado. Bajo este contexto surge la idea de proponer sumideros de
captación de agua lluvia en lugares estratégicos que pongan fin al problema de inundación.
4.2.1 Sumideros para captación de aguas lluvia
4.2.1.1 Generalidades Sumideros
Los sumideros son estructuras diseñadas para recolectar el agua de lluvia que fluye por las calles,
cunetas y vías. A pesas que están ubicados en las calles o lugares donde sea requerido la recolección
de agua de lluvia, estas estructuras no interfieren con el tráfico vehicular ni tampoco peatonal. Así
mismo, los sumideros tienen por objeto recolectar la escorrentía de las aguas lluvia evitando el
ingreso de elementos sólidos que muchas veces pueden ser de gran tamaño, y que van hasta el
sistema de alcantarillado. (EPM, 2019)
Los sumideros no deben ser ubicados de forma arbitraría independientemente del tipo que quiera
diseñarse, existe criterios para su ubicación y van de acuerdo a la necesidad de estos. Entre los
criterios más importantes para la ubicación de sumideros se pueden mencionar: “cruces de vías de
tal manera que intercepten las aguas de escorrentía antes de que alcancen las zonas peatonales,
rebajes de andén, parqueaderos en niveles inferiores al de la vía, reductores de velocidad, cunetas
y bateas, puntos bajos y depresiones, disminución de la pendiente longitudinal de la vía, antes de
puentes o terraplenes, deprimidos viales y sitios de captación de sedimentos”. (EPM, 2019)
Por otro lado, los sumideros, su ubicación y proceso constructivo como se mencionó anteriormente
tienen un sin número de especificaciones y requerimientos. Estos lineamientos pueden ser
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ante el problema de inundación en el caso de estudio.
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consultados en el Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (RAS 2000)
y en la Norma técnica colombiana: NTC 4075, NTC 4577, NTC 1557.
4.2.1.2 Justificación Propuesta Sumideros para captación de aguas lluvias
La propuesta para mejorar las condiciones de inundación del sector del eje ambiental a la altura de
la Universidad de los Andes, consiste en la construcción de sumideros laterales que tengan la
capacidad de interceptar el caudal de escorrentía que pasa por la zona de estudio. Estos tipos de
sumideros son conocidos como sumideros de venta o captación Lateral y constan de una abertura
a manera de ventana colocada sobre la cara vertical del bordillo de la vía, o sobre los bordillos de
los andenes. Su localización permite colocar una ventana con una ligera depresión, lo cual permite
aumentar la captación mediante la acumulación de agua en esta zona. Para efectos de
mantenimiento preventivo y correctivo deben conectarse siempre a una cámara de inspección
(EPM, 2019).
Se eligen este tipo de sumideros ya que, al estar ubicados de forma lateral, no interfiere ni se ve
afectado por el tráfico vehicular, sin embargo, es susceptible a taponamiento por solidos de gran
tamaño y sedimentos, lo cual debe evitarse mediante la utilización de rejillas en la ventana. Dichas
rejillas deben quedar ancladas en la parte inferior y superior de la abertura de la ventana. Estos
sumideros se construyen en zonas de flujo lento o flujo sub-crítico, donde la inercia del flujo en la
dirección longitudinal es comparable con la dirección transversal. A continuación, se muestran dos
esquemas de un sumidero de captación lateral.
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Figura 14. Esquema Sumideros Laterales. Fuente: elaboración propia
Figura 15. Vista Isométrica Sumideros laterales. Fuente: Elaboración Propia
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Además de los sumideros de captación lateral, dentro de esta propuesta también se incluyen los
sumideros mixtos los cuales están compuestos por una combinación de los sumideros de rejilla y
ventana, con el fin de aumentar el área de captación. Se utilizan en zonas donde por condiciones de
tráfico sea preferible usar un sumidero de ventana, pero donde la pendiente longitudinal de la vía
sea mayor al 3%. A continuación, se muestra un esquema con un sumidero mixto.
Figura 16. Esquema Sumidero Mixto. Fuente: Elaboración Propia
4.2.1.3 Diseño de sumideros Caso de estudio
Luego de decidir los tipos de sumideros que se recomiendan implementar es necesario su correcta
localización en el caso de estudio, cumpliendo con los lineamientos establecidos en la norma. Por
otro lado, las razones principales por las que se requieren los sumideros mencionados y que
justifican esta propuesta son: en toda el área del caso de estudio existen puntos bajos y depresiones
en los cuales son de esperarse concentraciones de escorrentía superficial y donde puede ser muy
eficiente la captación.
Y los sumideros laterales ya existentes no tienen la capacidad para el caudal de escorrentía, lo que
ocasiona inundaciones durante la duración de las precipitaciones y hasta 1 hora después que ya
estas hayan pasado.
Una segunda razón, son los cambios de pendientes longitudinal de las vías que en realidad
corresponden a los puntos bajos, y es ahí donde hay mayor acumulación de agua. En las
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intersecciones de las calles circundantes a las zonas de estudio, los carros deben sortear las
corrientes superficiales y esto hace que se vea afectada la movilidad en términos de tráfico
vehicular. Sumado a esto, se requieren sumideros agua arriba de los cruces peatonales, pues hasta
el momento los peatones se ven obligados a cruzar las corrientes de agua.
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5 CONCLUSIONES
Como primera conclusión se tiene es que el análisis espacial desarrollado en ArcGis fue una
herramienta clave para lograr la modelación del eje ambiental, dado que se utilizaron propiedades
topológicas, geométricas y geográficas muy allegadas a la realidad. Por otro lado, es indispensable
mencionar que éxito de las modelaciones también se debe a los datos que se tomaron en campo,
pues se pudo unir la información de dos equipos de alta precisión como lo fueron la estación total
y el Dron Phantom 4 proporcionados por el Laboratorio de Geomática de la universidad.
Así mismo, se puede concluir que existe una gran cantidad de software que son compatibles entre
sí, como todos los utilizados en este proyecto de grado, lo importante es tener los adecuados, para
realizar una correcta simulación de las inundaciones, ya que tener un DEM de alta calidad fue
indispensable para el trabajo realizado. Para la modelación hidráulica fue muy útil la extensión de
HEC-GeoRAS que permite la unificación de los programas ArcGis y HEC-RAS, y a pesar que puede
llegar a ser un poco largo el procedimiento realizar, es bastante intuitivo el software utilizado.
Sumado a esto, se concluye de acuerdo a los resultados analizados que es recomendable la
implementación de sumideros en lugares estratégicos, que eviten que el caudal quede en la
superficie de la vía o cruce de peatones, y puede ser solución ante el problema de inundación de los
alrededores del eje ambiental, debido a que los sumideros son una estructura confiable, si se
realizan los diseños de acuerdo a la normativa vigente, es decir con la capacidad adecuada.
Finalmente, para prevenir inundaciones, si se implementa los sumideros, estos deben tener cámaras
de inspección, para su posterior mantenimiento; ya que esta omisión fue causante de que los
sumideros actuales no funciones correctamente por la acumulación de basuras y sedimentos.
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6 RECOMENDACIONES
Como primera recomendación se debe mencionar que se debe tener subo cuidado al tomar
datos propios, como se realizó para este proyecto con la estación total, dado que errores
de medición pueden cambiar el curso de las decisiones que deban tomarse en base a los
análisis espaciales.
Se recomienda el uso de equipos de alta tecnología, pues se obtienen datos de buena
calidad, confiables y dan seguridad al momento de realizar los debidos análisis.
Se debe tener especial cuidado al realizar los trazados de la longitud que representan las
inundaciones, así como las bancas y llanuras de inundación, para lograr una mayor precisión
de esto se recomienda usar como guía un Basemap de la zona de estudio en ArcGis.
Se recomienda establecer desde un principio las coordenadas en las que se trabajará en
ArcGis, asegurándose que todas se encuentren referenciadas de la misma forma y así evitar
errores cuando se vayan a exportar los archivos a HEC-RAS.
Para modelaciones futuras se pueden utilizar softwares especializados que permitan
observar mejor este tipo de inundaciones a lo largo del tiempo, de esta forma será más
evidente la justificación en la toma de decisiones.
Para la modelación de inundaciones de casos de estudios con áreas tan pequeñas no es
recomendable utilizar un programa como HEC-RAS ya que este puede arrojar resultados de
más relevancia para ríos y llanuras de inundación de gran magnitud.
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7 REFERENCIAS
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Engieneers, U. A. (25 de Abril de 2017). Hydrlogic Engineering Center. Obtenido de HEC-RAS:
https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/
EPM. (01 de 05 de 2019). NORMA DE CONSTRUCCIÓN. NORMA DE CONSTRUCCIÓN. Bogotá.
Fraile, S. (2 de marzo de 2016). Nuevo Phantom 4 . Obtenido de
https://www.todophantom.com/nuevo-phantom-4-caracteristicas-tecnicas/
IDEAM. (11 de 10 de 2014). Amenazas Inundación. Obtenido de IDEAM:
http://www.ideam.gov.co/web/agua/amenazas-inundacion
Leica, E. (5 de 06 de 2016). Equiós Leica Soluciones Integrales en Geomática. Obtenido de
http://www.equiposleica.com/dem/que-es/terminologia/que-es-una-estacion-total
PIX4D. (21 de Diciembre de 2017). PIX4D. Obtenido de https://www.pix4d.com/es/blog/la-
exactitud-que-usted-espera-con-pix4dmapper
Vega, A. (Octubrre de 2014). Rutas Navarra.
Wu, I. (1975). Design on Drip Irrigation Main Lines. Journal of the Irrigation and Drainage Division,
ASCE.