Las lecciones del rio Piura
El río Piura se ubica en el norte del Perú y fluye a través de la ciudad del mismo nombre en un tramo de 3 km de largo. En este tramo el ancho del río ha sido estrechado a sólo 100 m, sin llanuras de inundación. El lecho esta formado de arena muy fina (diámetro medio d50 = 0.25 mm). Este estrechamiento aumenta la velocidad, lo que a su vez incrementa las pérdidas energéticas y agrava la erosión del fondo.
De acuerdo a la hidráulica de lecho rígido, la elevación del nivel de agua (ENA) debe aumentar si el caudal se incrementa. Sin embargo, los siguientes datos del río Piura durante El Niño de 1983 muestra una imagen distinta.
Fecha Caudal (m3/s) ENA (m)
Ene. 30, 1983 1600 29.82
May. 23, 1983 3200 28.91
Esta mediciones muestran que a pesar que el caudal en mayo duplicó el valor en enero, la ENA fue casi ¡Un metro más bajo! ¿Cómo es posible explicar esto? La respuesta está en la erosión general del cauce, también conocida como degradación (ver también Puentes). Como consecuencia de la degradación, el nivel del fondo del río baja (ver figura abajo) lo que se traduce en menores niveles de agua
Si bien la erosión del cauce tuvo un efecto benéfico al disminuir los niveles de agua y evitar que la ciudad de Piura sea inundada, también tuvo un efecto trágico en los puentes. En 1998, El Niño golpeó nuevamente a Piura, esta vez la degradación del cauce fue aún mayor (talvez debido a la construcción de diques aguas abajo después de 1983). Dos de los cuatro puentes colapsaron. El 12 de mayo de 1998, se presentó el caudal máximo registrado en el río de más de 4000 m3/s, ese fue el día que el Puente Viejo colapsó. Cuatro días después, cuando el caudal ya había disminuido a la mitad, el pilar central del puente Bolognesi falló, causando la muerte de 19 personas ¿Porqué el puente Bolognesi soportó un caudal de más de 4000 m3/s, pero falló cuatro días después con un caudal mucho menor? Nuevamente la respuesta está que la erosión y deposición de sedimento es un fenómeno muy complejo con variaciones tanto en el tiempo como en el espacio. Las relaciones teóricas simples de los textos de la hidráulica clásica no son aplicables en este caso, sólo la modelación experimental o numérica permite simular estos fenómenos.
Como se mencionó anteriormente, el flujo en el río Piura es demasiado complejo para ser simulado de manera correcta aplicando la hidráulica convencional de lecho rígido y se requieren modelos físicos o numéricos en computadora. Sin embargo el popular modelo uni-dimensional HEC-RAS fue incapaz de reproducir los niveles de agua observados por considerar el fondo como fijo. La figura a la derecha muestra en una vista en planta el campo de velocidades calculado por RMA2, un modelo 2D en elementos finitos. Nótese en el extremo inferior de la figura como el ancho del río aumenta (de 100 a más de 300 m) justo al final del tramo urbano, donde se ubica el puente Bolognesi.
Abajo se muestran los resultados del modelo numérico BRISTARS para los perfiles longitudinales de nivel de agua y fondo del río en un tramo de 10 km. Estos resultados corresponden al caudal máximo de 4400 m3/s observados el 12 de mayo de 1998. El eje horizontal es la distancia a lo largo del río y la escala vertical elevaciones. La zona contraída del cauce está entre el puentes Cáceres) y el puente Bolognesi (hacer click en imagen para ampliar).
The Tumbes River is also located in Northern Peru. It is a meandering sandy river, spanning a flood plain of more than 3 km wide in the section where it crosses the Pan-American Highway, through four bridges. On the right bank, Tumbes City is located in the outer bend of a meander, where bend scour is intense. During 1998 floods, part of the concrete bank protection of Tumbes was undermined by scour and partially failed, putting the city at great risk of beeing flooded. The Digital Elevation Model (DEM) is shown on the right picture. The light green color represents the main channel, and the blue color the floodplains. The flow pattern is highly bidimensional, with some flow moving towards the main bridge on the right bank, and the rest of the flow crossing the Highway through the other 3 bridges. The 2D numerical Finite Element model FESWMS was applied to simulate the flow.
Autor: José Vásquez
e-mail: vasquez@civil.ubc.ca