01.04.2013 08:44

 

HIDROLOGÍA

                                   

 

La influencia directa del índice acumulado de lluvias en la desestabilización de las laderas de la ciudad ha sido plenamente demostrado por el comportamiento de las mismas durante los periodos invernales de los últimos anos. Ello, unido a la aparente ocurrencia de estos fenómenos de inestabilidad de taludes con mayor intensidad en unas zonas de la ciudad, ha llevado a las entidades a las entidades encargadas de monitorear los sitios identificados en el municipio como de alto riesgo de deslizamiento a mejorar la malla de estaciones meteorológicas para elaborar en lo posible un mapa de microzonificación pluviométrica, y así poder dar alertas tempranas en aquellas zonas donde el índice de lluvias acumuladas superen la barrera de peligro inminente detectado en la ciudad.

 

Las estaciones que históricamente han alimentado la base de datos de los hidrólogos que han estudiado el clima en la ciudad, han sido la estación de la Facultad de Agronomía de la Universidad de Caldas y la del Aeropuerto La Nubia.

 

En los últimos anos se han sumado las estaciones de la sede de Posgrados de la Universidad Nacional sede Manizales, la estación del Ecoparque de Selva Húmeda Tropical Los Yarumos y la del Relleno Sanitario La Esmeralda. Estas tres ultimas representan suficientemente el régimen pluviométrico del Barrio La Sultana (objeto del presente estudio), pero su juventud no permite todavía utilizarlas para hacer un análisis estadístico confiable del comportamiento de las lluvias en el área.

 

La zona del estudio está localizada en la cuenca de la quebrada Olivares, afluente del río Guacaica, este último nace en la cordillera Central de Colombia, afluente del río Chinchiná. En el sector La Sultana se presenta un piso térmico medio con temperatura promedio entre los 17º y 20 ºC, está ubicado entre los 2000 y 2300 metros sobre el nivel del mar, tiene una pluviosidad que varía entre 2000 y 2500 milímetros; el uso del suelo son rastrojos altos, prados y áreas urbanas.

 

De los planos escala 1:2.000 fueron tomados los parámetros morfométricos de la ladera. La tabla 4.1 presenta los valores tomados en planos y que permiten evaluar las áreas aferentes de la zona de estudio.

 

Tabla 4.1. Parámetros morfométricos y tiempos de concentración de la ladera sur del barrio La sultana.

Longitud	Altura	Ancho	Área	Caudal
M	M	m	Ha	m3/seg
150	70	40	0,60	0,31

 

Las áreas tributarias de las escorrentías tienen uso del suelo de pastos, en laderas de pendientes fuertes mayores de 50% y cobertura vegetal de pastos se asume un coeficiente de escorrentía de  0,85.

 

   Temperatura del Aire.

Por la localización del sitio de estudio en una zona ecuatorial tropical, la temperatura oscila muy poco durante el año en un mismo punto, así para altitudes entre los 2.000 y los 3.000 metros, los valores varían entre 17 y 20°C, para una máxima entre los 22 y 26ºC y para la mínima entre los 13 y 16ºC. La variación de temperatura diaria es de aproximadamente 12ºC.

Precipitación.

El comportamiento general de las lluvias es de dos períodos secos y dos períodos lluviosos; los de mayor lluvia son los de abril y mayo y los de octubre noviembre, determinados por la zona de convergencia intertropical, que se desplaza entre los 5º de latitud Sur y los 10º de latitud Norte, originado por el encuentro de los vientos alisios del sur.

 

La información pluviométrica de la ciudad ha permitido ajustar con mayor precisión las curvas intensidad duración frecuencia. Para realizar los cálculos hidrológicos en el estudio, se toma la fórmula (1) desarrollada por CENICAFÉ para Manizales.

 

    (1)

En donde:

I	Intensidad
tr	Período de retorno en años
t	Tiempo de concentración  en minutos

HIDROGEOLOGÍA

 

Toda la zona de recarga de agua lluvia proviene desde la divisoria de aguas localizada al sur del Barrio La Sultana, sobre la carretera al Zancudo y el drenaje se encausa todo hacia la quebrada Olivares. Las quebradas que no han sido intervenidas tienen agua todo el ano, y las que han sido llenadas suministran agua a través de los filtros. No hay manantiales en las laderas, salvo el que destapo el deslizamiento del potrero de la Policía. La geología y la pendiente influyen notablemente en el comportamiento del flujo de agua tanto superficial como subterránea en la zona. Los depósitos de ceniza y lapilli por tener una alta permeabilidad absorben gran cantidad de agua lluvia, la que luego fluye por el contacto con el suelo residual derivado de la roca y en aquellos sitios donde haya un afloramiento de este contacto, es normal que aparezca un manantial, situación esta que se ve en muchos sitios en Manizales. Tanto los depósitos volcánicos como las rocas del CQDG son acumuladores de agua, los primeros por su naturaleza geológica propia tienen permeabilidad primaria y los segundos por permeabilidad primaria a lo largo de los planos de estratificación y por permeabilidad secundaria como resultado de las fracturas.

 

La zona de estudio corresponde a una ladera de pendientes fuertes y prolongadas, con uso del suelo de rastrojos altos, pastos, cultivos semilimpios y uso urbano. La disposición de los estratos de suelos son rellenos antrópicos, cenizas volcánicas que sobreyacen suelos residuales derivados de la roca metasedimentaria, fracturada y meteorizada. El primer estrato tiene permeabilidad media, en el segundo presenta permeabilidad más alta que el primero (son limos arenosos con capas de arenas y lapilli), y el suelo residual es de permeabilidad baja, disposición que ejerce control sobre el flujo de las aguas subterráneas, contribuye a los procesos de meteorización y estimula la saturación de los suelos en cercanía del macizo rocoso. Las aguas sub-superficiales siguen trayectorias paralelas a las unidades granulares, poco consolidadas.

 

Las áreas verdes y los rastrojos altos son áreas estimuladoras de la infiltración. Las aguas sub-superficiales alcanzan los estratos granulares fluyen a través de ellos y se concentran en áreas confinadas por suelos de permeabilidades menores, generando el incremento de las presiones de poro, en sectores críticos de la ladera. Estas presiones de poro son factores detonantes de deslizamientos.

 

De acuerdo a lo observado en el estudio realizado por el ingeniero Carlos Enrique Escobar Potes y la información tomada de la prospección geotécnica de suelos retomada, no se detectaron niveles freáticos.

 

 

                                          HIDRÁULICA

 

El dimensionado hidráulico de las estructuras permite el diseño que se realizó dentro del estudio realizado por el Ingeniero Carlos Enrique Escobar Potes de los canales y alcantarillados que atenderán los caudales de las escorrentías y freáticos, que se generan en el tratamiento y en las áreas de influencia directa de la zona de estudio, de tal manera que se tienen a consideración para tenerlas presentes dentro de las posibles conclusiones y discusiones que se realicen.

 

La estimación de los caudales se fundamenta en los análisis sobre las precipitaciones históricas en la ciudad de Manizales, tomadas sobre la base de observaciones en la estación de Agronomía. Sin embargo se ha comprobado que el régimen de lluvias en la ciudad no es homogéneo y el factor relieve ejerce un control sobre la distribución de las precipitaciones en la ciudad, encontrando que existen zonas con precipitaciones de mayor magnitud. Para considerar la presencia de precipitaciones altas en sectores de la ciudad, se procedió a realizar los cálculos de los caudales con la fórmula de Cenicafé, asumiendo las siguientes variables:

 

Tiempo de concentración	5 minutos
Período de retorno	50 AÑOS

 

Con estos datos se llega a valores de 615 litros/Ha/seg, valores que se utilizan para el cálculo de los caudales que se generan en las distintas áreas tributarias del tratamiento.

 

 

Los caudales se estiman con la ayuda de la fórmula racional. Los parámetros escogidos para el cálculo de los caudales son los siguientes:

 

C         0,85                             Coeficiente de escorrentía

A                                                Área en hectáreas

I           615lt/Ha/seg               Intensidad

 

Con  estos parámetros se obtienen los siguientes caudales en la zona de tratamiento.

 

Tabla 4.2. Caudales generados en el tratamiento.

Las estructuras hidráulicas son dimensionadas a partir de los caudales máximos de cada área. Con estos caudales en cada talud se procede a determinar las dimensiones de las zanjas colectoras, con el apoyo de la fórmula de Manning. Los caudales que se generan en las áreas aferentes son menores de 220 ltr/seg., lo que permite concluir que zanjas colectoras con ancho de 0,30 metros y alturas de 0,30 metros, tienen capacidad suficiente para atender los caudales en cada área.

Caudal que se genera en el tratamiento
	longitud-m	Ancho-m	Area -Ha	caudalm3/seg
1	200	4.0	0.08	0.04
2	200	9.0	0.18	0.09
3	200	10.0	0.20	0.10
4	200	9.0	0.18	0.09
5	90	17.0	0.15	0.08
Total				0.0400

 

El canal colector se realizó paralelo al perfil 1(Zona escogida para el análisis retrospectivo), sitio escogido para reunir todas las aguas de escorrentía y conducirlas hasta el pie de la ladera tratada. Los caudales del orden de 400 lt/seg, son atendidos por un canal de rápidas con tapa de 0,60 metros de ancho, o un canal con pantalla deflectoras de 0,70 metros de ancho.

 

 

AGUAS SUPERFICIALES Y SUBTERRÁNEAS

 

La ladera sur del barrio La Sultana está rodeada por áreas con uso urbano, en la corona y en su pie. Las aguas superficiales que llegan a la corona son manejadas en forma adecuada, mediante la construcción de estructuras hidráulicas como pavimentos, canales, andenes y alcantarillados.

 

La ladera con 50 metros de diferencia de nivel y pendientes altas tiene cobertura vegetal protectora de rastrojos altos; en su interior no existen estructuras hidráulicas para el manejo de las escorrentías, salvo en la corona donde existe una red de canales, los cuales fueron destruidos por el deslizamiento de diciembre.

 

El pie de la ladera está limitado por el pavimento de la calle 68. Esta vía vehicular es el canal de captación y conducción de las aguas de escorrentía que se originan en la ladera. No se identifica un canal en el pie de ladera que permita el ordenamiento de las escorrentías.

 

La presencia de coberturas vegetales correspondientes a rastrojos altos, sobre los estratos de cenizas volcánicas, de características limo arenosas y arenosas en la ladera pendiente y larga, son los factores que contribuyen al incremento de la infiltración y a la presencia de flujos subsuperficiales a través de las formaciones más permeables. La presencia de materia orgánica y la abundancia de obstáculos a la escorrentía son otros factores que estimulan la acumulación de agua y de humedad en los estratos superficiales.

 

Las aguas superficiales y las subsuperficiales concentradas en la superficie y en los estratos superficiales son factores contribuyentes de los procesos de degradación.