Zonificación de la amenaza por avenidas torrenciales en la quebra

•

SIN SIGLA

Lusbin CABALLERO GONZALEZ

31/1/2024

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Ingeniería Civil

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2021
Zonificación de la amenaza por avenidas torrenciales en la Zonificación de la amenaza por avenidas torrenciales en la
quebrada La Parroquia del municipio de Fusagasugá a partir de la quebrada La Parroquia del municipio de Fusagasugá a partir de la
modelación bidimensional en el software ÍBER modelación bidimensional en el software ÍBER
Daniela Moreno Gualtero
Universidad de La Salle, Bogotá, dmoreno19@unisalle.edu.co
Juanita Torres Montaño
Universidad de La Salle, Bogotá, juanitatorres21@unisalle.edu.co
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Citación recomendada Citación recomendada
Moreno Gualtero, D., & Torres Montaño, J. (2021). Zonificación de la amenaza por avenidas torrenciales
en la quebrada La Parroquia del municipio de Fusagasugá a partir de la modelación bidimensional en el
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1

Zonificación de la amenaza por avenidas torrenciales en la quebrada La Parroquia del
municipio de Fusagasugá a partir de la modelación bidimensional en el software ÍBER.

Daniela Moreno Gualtero
Juanita Torres Montaño
19/11/2021.

Universidad de la Salle.
Facultad de Ingeniería.
Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria
Programa de Ingeniería Civil

ZONIFICACIÓN DE LA AMENAZA POR AVENIDAS TORRENCIALES EN LA
QUEBRADA LA PARROQUIA DEL MUNICIPIO DE FUSAGASUGÁ A PARTIR DE LA
MODELACIÓN BIDIMENSIONAL EN EL SOFTWARE ÍBER.

DANIELA MORENO GUALTERO
JUANITA TORRES MONTAÑO

MODALIDAD DE GRADO: PROYECTO DE GRADO

TRABAJO DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR AL TÍTULO DE:
INGENIERO AMBIENTAL Y SANITARIO E INGENIERO CIVIL

DIRECTOR:
ALEJANDRO FRANCO ROJAS
INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD DE LA SALLE.
FACULTAD DE INGENIERÍA.
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
OCTUBRE 2021
3

Agradecimientos

Agradecemos en primer lugar a Dios por
permitirnos culminar este proyecto
satisfactoriamente. A nuestros padres por
brindarnos su amor y apoyo en cada paso
de nuestra carrera y nuestras vidas.
A nuestros hermanos por creer en nosotros
y ser nuestro ejemplo a seguir.
A la Universidad de la Salle y la Facultad de
ingeniería por brindarnos una formación
integral como profesionales, especialmente
al ingeniero Alejandro Franco Rojas por
dedicar su tiempo y guiarnos con paciencia
en el desarrollo del presente trabajo.
A nuestros amigos por acompañarnos y
apoyarnos siempre.
.

Tabla de contenido
Resumen ..................................................................................................................................15
Introducción ..............................................................................................................................16
Antecedentes ............................................................................................................................18
Planteamiento del problema de investigación ...........................................................................22
Objetivos ...................................................................................................................................24
Objetivo general ....................................................................................................................24
Objetivos específicos .............................................................................................................24
Justificación ..............................................................................................................................25
Alcance .....................................................................................................................................26
Marco de referencia ..................................................................................................................27
Marco conceptual ..................................................................................................................27
Software IBER ...................................................................................................................27
Ecuaciones de st Venant 2D ..............................................................................................28
Módulo de transporte de sedimentos .................................................................................29
Malla de cálculo .................................................................................................................30
Avenida Torrencial .............................................................................................................30
Origen de los flujos ............................................................................................................30
Susceptibilidad a la ocurrencia de flujos ............................................................................32
Clasificación de los sedimentos / flujo de agua ..................................................................32
Parámetros de la red hidrográfica ......................................................................................36
Amenaza............................................................................................................................38
Variables para el análisis de amenazas .............................................................................38
5

Marco legal ...............................................................................................................................41
Leyes .................................................................................................................................41
Decretos ................................................................................................................................41
Metodología ..............................................................................................................................43
Fase 1. ..................................................................................................................................43
Fase 2. ..................................................................................................................................45
Fase 3. ..................................................................................................................................46
Generalidades de la zona de estudio ........................................................................................47
Localización del área de estudio............................................................................................47
Geología ................................................................................................................................48Estratigrafía .......................................................................................................................49
Geología estructural ...........................................................................................................55
Geomorfología de la cuenca ..................................................................................................56
Unidades............................................................................................................................56
Geomorfología zona de influencia ......................................................................................59
Descripción de flujos y detritos sobre el cauce de la quebrada La parroquia .........................64
Recientes ...........................................................................................................................64
Subrecientes ......................................................................................................................64
Antiguos .............................................................................................................................65
Granulometría ....................................................................................................................66
Cobertura y uso del suelo de la cuenca .................................................................................67
Usos y cobertura del suelo área de influencia ....................................................................71
6

Hidrología ..............................................................................................................................71
Parámetros morfométricos de la cuenca ...............................................................................74
Pendiente...........................................................................................................................74
Distribución y localización de estaciones ...........................................................................78
Pluviogramas estaciones hidrometereológicas ..................................................................79
Análisis de la información hidrológica .......................................................................................83
Procesamiento de datos de precipitación ..............................................................................83
Datos dudosos ...................................................................................................................83
Análisis espacial de la precipitación ...................................................................................85
Periodos de retorno (Tr) .....................................................................................................86
Distribuciones de probabilidad ...........................................................................................88
Prueba de bondad de ajuste Kolmorogov-Smirnov ............................................................90
Curvas Intensidad Duración Frecuencia- (IDF) ..................................................................93
Estimación de caudales máximos ......................................................................................96
Hietograma de precipitación total .......................................................................................96
Condición de humedad antecedente ..................................................................................98
Corrección del CN ..............................................................................................................99
Hietograma de precipitación efectiva .................................................................................99
Determinación del Hidrograma unitario adimensional (SCS) ............................................ 101
Convolución numérica de caudal ..................................................................................... 105
Caudal sólido ................................................................................................................... 107
Modelo hidrodinámico ............................................................................................................. 110
7

Generación de superficies Nurbs ......................................................................................... 110
Rugosidad Manning ............................................................................................................. 110
Modelo digital de elevación (DEM) ...................................................................................... 112
Condiciones de contorno ..................................................................................................... 112
Estructuras hidráulicas ........................................................................................................ 114
Modulo transporte de sedimentos ........................................................................................ 114
Datos del problema ............................................................................................................. 116
Resultados modelación ........................................................................................................... 117
Mapas de profundidad ......................................................................................................... 117
Mapas de velocidad ............................................................................................................. 120
Mapas de concentración de sedimentos en suspensión ...................................................... 123
Evaluación de la Amenaza ...................................................................................................... 127
Territorio afectado ............................................................................................................... 127
Frecuencia .......................................................................................................................... 127
Intensidad ............................................................................................................................ 128
Calificación de la amenaza .................................................................................................. 131
Análisis de Resultados ............................................................................................................ 134
Definición de Avenida Torrencial en la quebrada La Parroquia ........................................... 134
Área de afectación............................................................................................................... 135
Velocidad ............................................................................................................................ 139
Profundidad ......................................................................................................................... 139
Sedimentos ......................................................................................................................... 140
8

Conclusiones .......................................................................................................................... 144
Recomendaciones .................................................................................................................. 146
Referencias ............................................................................................................................. 147
Anexos .................................................................................................................................... 150

Lista de Figuras
Figura 1.Evento octubre 2014. ..................................................................................................22Figura 2. Formación de un flujo de residuos en una ladera de alta pendiente ...........................31
Figura 3. Clasificación de los deslizamientos y flujos de acuerdo con la velocidad y
concentración de sedimentos ....................................................................................................33
Figura 4.Efectos directos e indirectos derivados de la ocurrencia de los deslizamientos de tierra
.................................................................................................................................................35
Figura 5.Variación de flujo con la altitud y la distancia desde las nacientes hasta la
desembocadura de un curso fluvial ...........................................................................................37
Figura 6. Variables para realizar el análisis de las amenazas ...................................................38
Figura 7.Desglose de fases.......................................................................................................43
Figura 8.Metodología análisis de datos de precipitación ...........................................................44
Figura 9.Metodología determinación de hidrogramas de caudal líquido y sólido .......................44
Figura 10.Metodología para la elaboración del Modelo Digital de elevación .............................45
Figura 11.Metodología modelación Software Iber 2.5.2 ............................................................46
Figura 12.Localización área de estudio en el municipio ............................................................47
Figura 13.Localización área de estudio en el municipio. ...........................................................48
Figura 14.Unidades lito estratigráficas ......................................................................................49
Figura 15.Detalle unidades lito estratigráficas ...........................................................................49
Figura 16.Escarpe del Grupo Guadalupe, Cerro Fusacatán. .....................................................50
Figura 17.Afloramiento de limolitas silíceas Cerro Fusacatán ...................................................51
Figura 18.Afloramiento de limolitas silíceas Cerro Fusacatán ...................................................51
Figura 19.Capas gruesas cuneiformes de arenitas líticas en el Cauce de la Quebrada La
Parroquia ..................................................................................................................................52
Figura 20.Bloques de cuarzoarenitas sobre el depósito Q1 ......................................................53
10

Figura 21.Bloques y cantos subredondeados del depósito Q2 ..................................................53
Figura 22.Bloques y cantos subredondeados del depósito Q2 ..................................................54
Figura 23. Suelo consolidado sobre el depósito coluvial Qc ......................................................54
Figura 24.Estratificación (rojo) y familias de diaclasas (azul) de la F. Lodolitas de Fusagasugá
.................................................................................................................................................55
Figura 25.Mapa geomorfológico Cuenca Quebrada La Parroquia .............................................59
Figura 26.Geomorfología municipio de Fusagasugá .................................................................60
Figura 27. Geomorfología área de influencia ............................................................................62
Figura 28. Perfil esquemático, Piedemonte Fluvio Torrencial ....................................................63
Figura 29.Flujo reciente E=970857, N= 972344., b) Deslizamiento reciente E=970221,
N=972555. ................................................................................................................................64
Figura 30. Flujo Subrecientes sobre suelos residuales de la Formación lodolitas de
Fusagasugá. E 970689, N= 972415 ..........................................................................................65
Figura 31.Flujo Subrecientes sobre suelos residuales de la Formación lodolitas de Fusagasugá.
E 970689, N= 972415. ..............................................................................................................65
Figura 32. Evidencia Deforestación ...........................................................................................68
Figura 33.Distribución de coberturas terrestres para el año 2016 de la cuenca de la quebrada
La Parroquia. ............................................................................................................................70
Figura 34.Convenciones uso y cobertura del suelo ...................................................................70
Figura 35.Cobertura y uso del Suelo área de influencia ............................................................71
Figura 36.Subcuencas quebradas la Parroquia.........................................................................72
Figura 37.Drenaje área de influencia ........................................................................................73
Figura 38. Pendientes de la Cuenca del Cerro Fusacatan (Porcentaje) ....................................76
Figura 39. Pendientes área de influencia ..................................................................................77
Figura 40. Distribución espacial de las estaciones hidrometeorológicas de la cuenca del Cerro
Fusacatán .................................................................................................................................78
11

Figura 41. Distancia entre estaciones y el centroide de la microcuenca del cerro Fusacatán ....79
Figura 42. Precipitación Media Mensual -Estación Pinar EL .....................................................80
Figura 43.Precipitación Media Mensual - Estación Univ Fusagasugá .......................................80
Figura 44.Precipitación Media Mensual - Estación Batan ..........................................................81
Figura 45.Precipitación Media Mensual -Estación El Batan.......................................................81
Figura 46. Precipitación Media Mensual-Estación Pasca ..........................................................82
Figura 47.Curva IDF sintéticas para diferentes periodos de retorno (Tr) Qda la Parroquia .......95
Figura 48.Hietograma de diseño -Precipitación total. ................................................................97
Figura 49.Hietograma de Precipitación efectiva ...................................................................... 101
Figura 50. Hidrograma unitario adimensional del US Soil Conservation Service ..................... 103
Figura 51.Hidrograma unitario ................................................................................................. 104
Figura 52. Generación de superficies nurbs ............................................................................ 110
Figura 53. Rugosidad de Manning del modelo ........................................................................ 111
Figura 54. Modelo digital de elevación (DEM) aplicado sobre la malla Software Iber .............. 112
Figura 55.Condiciones de contorno ......................................................................................... 113
Figura 56.Asignación condición de entrada ............................................................................. 113
Figura 57.Asignación condición de salida ............................................................................... 114
Figura 58.Asignación estructuras hidráulicas .......................................................................... 114
Figura 59.Módulo transporte de sedimentos Software Iber 2.5.2 ............................................ 115
Figura 60.Entrada de sedimentosen suspensión .................................................................... 116
Figura 61.Datos del problema ................................................................................................. 116
Figura 62.Mapa de profundidad periodo de retorno 2 años ..................................................... 117
Figura 63.Mapa de profundidad periodo de retorno 10 años. .................................................. 118
Figura 64.Mapa de profundidad periodo de retorno 25 años ................................................... 118
Figura 65. Mapa de profundidad periodo de retorno 50 años .................................................. 119
Figura 66.Mapa de velocidad periodo de retorno 2 años ......................................................... 120
12

Figura 67.Mapa de velocidad periodo de retorno 10 años. ...................................................... 121
Figura 68.Mapa de velocidad periodo de retorno 25 años ....................................................... 121
Figura 69.Mapa de velocidad 50 años .................................................................................... 122
Figura 70. Mapa concentración de sedimentos en suspensión periodo de retorno 2 años. ..... 123
Figura 71.Mapa concentración de sedimentos en suspensión periodo de retorno 10 años ..... 124
Figura 72.Mapa concentración de sedimentos en suspensión periodo de retorno 25 años ..... 124
Figura 73.Mapa concentración de sedimentos en suspensión periodo de retorno 50 años. .... 125
Figura 74.Mapa de intensidad periodo de retorno 2 años ....................................................... 128
Figura 75.Mapa de intensidad periodo de retorno 10 años ..................................................... 129
Figura 76.Mapa de intensidad periodo de retorno 25 años ..................................................... 129
Figura 77.Mapa de intensidad periodo de retorno 50 años ..................................................... 130
Figura 78.Mapa de amenaza por avenidas torrenciales .......................................................... 132
Figura 79. Mapa de afectación emergencia de 2014 ............................................................... 136
Figura 80. Mapa de predios Urbanos susceptibles por fenómenos de inundación a causa del
desbordamiento de la Quebrada la Parroquia ......................................................................... 137
Figura 81.Amenaza por avenidas torrenciales (Herramienta Teledetección) ........................... 137
Figura 82. Reconocimiento en campo del drenaje alterno ....................................................... 138
Figura 83. Análisis Efecto Bullé en Abanico fluviotorrencial. ................................................... 141
Figura 84. Partes básicas de un flujo ...................................................................................... 142
Figura 85.Detalle aguas abajo del cauce que entallo el flujo de detritos ................................. 143
Figura 86. Detalle aguas flujo de detritos zona suburbana ...................................................... 143

Índice de tablas
Tabla 1.Modelos de fluido de acuerdo con el tipo de flujo .........................................................36
Tabla 2. Tipos de flujo de acuerdo con las características de la mezcla y del canal ..................36
Tabla 3.Territorio afectado ........................................................................................................39
Tabla 4.Frecuencia ...................................................................................................................39
Tabla 5.Clasificación de la intensidad de la inundación .............................................................40
Tabla 6.Clasificación de la amenaza .........................................................................................40
Tabla 7.Jerarquización geomorfológica para la cuenca de la Quebrada La Parroquia ..............56
Tabla 8. Geomorfología Fusagasugá ........................................................................................61
Tabla 9.Granulometría lecho de la quebrada ............................................................................66
Tabla 10. Gravedad específica .................................................................................................67
Tabla 11.Cobertura terrestre y Uso del suelo para la década actual (2.016) .............................69
Tabla 12.Parámetros morfométricos .........................................................................................74
Tabla 13.Rangos de pendientes (Porcentaje) en la Cuenca del cerro Fusacatán .....................75
Tabla 14. Rangos de pendientes (%) del área de influencia .....................................................77
Tabla 15.Estaciones hidrometereológicas próximas a la cuenca de la quebrada La Parroquia .78
Tabla 16. Valores de Kn para prueba de datos dudosos ...........................................................84
Tabla 17.Datos de precipitación máxima en 24 horas. ..............................................................84
Tabla 18.Método de distancias inversas ...................................................................................86
Tabla 19.Datos de precipitación máxima diaria en 24 horas .....................................................86
Tabla 20.Periodos de retorno Tr ...............................................................................................87
Tabla 21.Valores críticos d para la prueba Kolmorogov- Smirnov de bondad del ajuste ...........92
Tabla 22.Prueba de ajuste de Kolmogórov-Smirnov .................................................................92
Tabla 23.Valores de los coeficientes a, b, c y d para el cálculo de las curvas intensidad-
duración-frecuencia, IDF, para Colombia ..................................................................................94
14

Tabla 24.Valores de intensidad máxima para diferentes períodos de retorno ...........................94
Tabla 25. Valor de CN Cuenca General ....................................................................................98
Tabla 26. Resumen valores de número de curva (CN) ..............................................................98
Tabla 27.Precipitación acumulada para tres niveles de condición de humedad antecedente ....99
Tabla 28.Hietograma de precipitación efectiva ........................................................................ 100
Tabla 29.Datos Hidrograma unitario ........................................................................................ 103
Tabla 30.Caudal liquido .......................................................................................................... 106
Tabla 31.Caudales máximos y medios .................................................................................... 106
Tabla 32.Clasificación de flujos por concentración (modificada por O'Brien,1986). ................. 107
Tabla 33.Concentración equivalente de Cv, Cw,Cppm y Cmg/l .............................................. 108
Tabla 34.Caudal Bulk y Sólido ................................................................................................ 109
Tabla 35.Valores de rugosidad de Manning ............................................................................ 111
Tabla 36. Territorio afectado ................................................................................................... 127
Tabla 37.Calificación amenaza parcial .................................................................................... 131
Tabla 38.Área de amenaza ..................................................................................................... 133
Tabla 39.Resultados de Parámetros máximos ........................................................................ 133

ResumenEl municipio de Fusagasugá está localizado en el departamento de Cundinamarca, y ha
sido epicentro de importantes desastres naturales como lo ocurrido el 14 de Octubre de 2014
donde un evento de avenidas torrenciales afecto la población, economía e infraestructura del
municipio. Por lo tanto, se planteó como objetivo general zonificar la amenaza por avenidas
torrenciales en la quebrada La Parroquia y, por ese motivo, a partir de información de fuentes
secundarias, geoprocesamiento de información y análisis estadístico de datos, se lleva a cabo
el modelo hidráulico en el software Iber. El desarrollo del proyecto tuvo en cuenta tres etapas,
en primer lugar, la recopilación de la información, después la modelación numérica y,
finalmente, la zonificación de amenaza. Como resultado, se modelaron 4 periodos de retorno
(2, 10, 25 y 50 años) y se analizaron 4 variables (velocidad, profundidad, intensidad y
sedimentos). En el mapa de amenaza se determinó que, de las áreas inundables, el 27.27%
correspondió a amenaza baja, el 66.85 % a amenaza media y el 5.87 % a amenaza alta.
Palabras clave
Amenaza, IBER, Avenida-torrencial, Flujos, Sedimentos.

Introducción

De acuerdo con la Revista Colombiana de Geografía las avenidas torrenciales son una
de las amenazas de origen hidrometeorológico con mayor capacidad destructiva en términos
de vidas humanas y pérdidas económicas, especialmente en ambientes montañosos y
tropicales como Colombia. Sin embargo, no existe en nuestro país un consenso con respecto a
la clasificación y terminología de eventos tipo flujos que permitan caracterizar adecuadamente
estos fenómenos. (Edier, Isabel, & Ingrid, 2020).
Particularmente, este proyecto se sitúa en el municipio de Fusagasugá, Cundinamarca,
en donde según la base de datos Desinventar se registran más de 16 inundaciones desde
1938, eventos de gran magnitud en el año de 1981, afectaciones en la temporada invernal de
2010-2011 y, recientemente, en octubre de 2014 una emergencia por una avenida torrencial en
la quebrada La Parroquia que dejó como saldo la muerte de 1 habitante y numerosas pérdidas
económicas. En efecto y en conjunto, con base en informes de entidades públicas y privadas,
se ha establecido que parte del municipio es susceptible a sufrir afectaciones por avenidas
torrenciales.
En vista de lo anterior, se propuso como objetivo general del proyecto zonificar las
áreas de amenaza a partir de una modelación bidimensional por avenidas torrenciales en la
quebrada La Parroquia, haciendo uso del software Íber 2.5.2. Para dar cumplimiento de lo
estipulado se establecieron 3 fases. La primera, consistió en una caracterización general del
Cerro Fusacatán y del área de influencia de la quebrada en la zona urbana del municipio.
Paralelamente, se llevó a cabo el procesamiento de la información hidrológica y la
determinación de caudales para los periodos de retorno de 2, 10, 25 y 50 años.
17

La segunda fase, consistió en el desarrollo de la modelación bidimensional, obteniendo mapas
(profundidad, velocidad, concentración de sedimentos e intensidad de la inundación) tipo ráster
que fueron procesados en sistemas de información geográfica (SIG). Finalmente, en la última
fase, se estableció la amenaza siguiendo la Guía Metodológica para la Elaboración de Planes
Departamentales de Gestión del Riesgo, al igual que se validaron los resultados de las áreas
afectadas con estudios realizados por entidades gubernamentales como la Corporación
Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR), el Servicio Geológico Colombiano y
universidades regionales.

Antecedentes

El Servicio Geológico Colombiano (SGC) desarrolló un informe referente al municipio de
Fusagasugá titulado Informe Visita Técnica de Emergencia a la Vereda la Isla y Barrio
Monteverde municipio de Fusagasugá– Departamento Cundinamarca-2003, en el cual se
reporta la afectación de varias viviendas debido a movimientos en masa y se describen
procesos de inestabilidad en la urbanización Monteverde y vereda Bosachoque sector Casa de
Lata. Posteriormente, se desarrollaron los Diseños detallados de obras ingenieriles para el
control de procesos de remoción en masa, inundación y avenida torrencial, en la cuenca
de la quebrada La Parroquia en el cerro de Fusacatán –municipio de Fusagasugá –
Cundinamarca (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016). Estos estudios se consideraron
relevantes para el proyecto, dado que permitieron la identificación de zonas críticas
susceptibles a procesos de remoción en masa, inundación y avenida torrenciales en la cuenca
de la quebrada La Parroquia, así como información de tipo geológico-geotecnia, hidrológica,
granulometrica e información secundaria relacionada con cartografía base, topografía, entre
otras.
Adicionalmente, con el fin de evaluar las condiciones hidráulicas de la quebrada La
Parroquia, (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016) realizó una modelación unidimensional
en HEC RAS compuesta por dos escenarios: agua únicamente y agua con sedimentos. Los
resultados permitieron desarrollar un plan de mejoramiento integral que incluyó el diseño de
obras de mitigación, estrategias de mejoramiento de las condiciones del hábitat relacionadas al
uso de la tierra y el manejo de fenómenos de inestabilidad de márgenes y flujos.
De igual manera, se cita el proyecto Metodología para la evaluación de riesgo por
flujo de detritos detonados por lluvia [Trabajo de grado maestría en ingeniería civil].
19

Universidad Javeriana (Bello & Franco, 2016). El cual contribuye con la información necesaria
para establecer la metodología del proyecto, gracias a que se describen los métodos para la
evaluación de amenaza, vulnerabilidad y riesgo de flujo de detritos detonados por lluvia. En
general, presentan un análisis de los factores clave como la pendiente, litología, cobertura y
espesor del extracto superficial, los cuales son la base para el establecimiento de zonas
susceptibles a generar un flujo de lodos. En este caso, se utilizó el método de relación de
frecuencias, haciendo uso del modelo Flo 2D para la simulación de diferentes periodos de
retorno, obteniendo como producto las áreas de inundación, velocidades máximas y mapa de
amenaza en función de la intensidad del evento y la frecuencia de ocurrencia.
Por otro lado, Guarniz M, Carlos (2014) llevaron a cabo los estudios sobre
“Comparación de los modelos Hidráulicos Unidimensional (HEC-RAS) y Bidimensional
(IBER) en el Análisis de Rotura en Presas de Materiales Sueltos; y Aplicación a la Presa
Palo Redondo”, Trujillo – Perú, con el propósito de determinar las diferencias en el
hidrograma de salida generado por la rotura de presas de materiales sueltos, logrando detallar
el proceso de generación y propagación de una onda de rotura, así como las características de
la inundación provocada por la misma, constituyendo una guía para la determinación de un
modelo bidimensional en el software ÍBER.
Así mismo, se analizó el proyecto ejecutado en la Universidad Distrital Francisco José
de Caldas por Andrés Torres y Andrés Salamanca, el cual se denomina Análisis de la
Vulnerabilidad por Avenidas Torrenciales en la Vereda Pekín, Casco Urbano del
municipio de Fusagasugá. (Sarmiento & Pura, 2017), en dónde se utilizaron imágenes
satelitales para evaluar las zonas afectadas y la vulnerabilidad, siguiendo los lineamientos del
protocolo para la incorporación de la gestión del riesgo en los planes de ordenamiento y
manejo de cuencas hidrográficas elaborada por el Fondo de Adaptación. Adicional a lo anterior,
presentan una evaluación de la amenaza por remoción en masa y avenidas torrenciales
20

haciendo uso de los criterios de la metodología para la definición de zonas de retiro a ríos y
quebradas de la Universidad Nacional de Colombia para Planes de Ordenación yManejo de
Cuencas Hidrográficas POMCA (Universidad Nacional de Colombia - UNAL; Corporación
Autónoma Regional de las Cuencas de los Ríos Negro y Nare - CORNARE; CORANTIOQUIA,
2005).
También es importante destacar el trabajo de grado de (Sarmiento & Rodriguez, 2018)
Análisis multitemporal del cambio en el cauce fluvial de la quebrada la Parroquia en el
municipio de Fusagasugá, para los años 1951, 1988, 1996 y 2010, dado que presentan un
mapa de susceptibilidad por inundación a causa del desbordamiento del cauce de la Quebrada
La Parroquia para la zona rural y urbana. Frente a ello, la metodología utilizada se desarrolló a
partir de la identificación de predios ubicados al interior de la ronda hidráulica de la quebrada.
Por lo tanto, dicho mapa de susceptibilidad se emplea como marco de referencia de los
resultados obtenidos en nuestro proyecto.
El proyecto Análisis de los Parámetros Fluviales de Transporte de Sedimentos, en
el anexo de Vilcacoto, aplicando un modelo Hidráulico Bidimensional, elaborado en Perú
por Lourdes Andrea Rojas, fue de gran utilidad dado que además de utilizar el modelo iber,
zonifica el riesgo por flujo de lodos generados en una máxima avenida torrencial, de manera
que se utilizó igualmente como marco de referencia para validar la metodología utilizada.
Finalmente, el proyecto realizado por Laura Daniela Jácome Hernández y Rafael
Andrés Muñoz Quintero de la Universidad de la Salle: Evaluación de amenaza por
inundación del Río Únete en el casco urbano del municipio de Aguazul Casanare, fue
tenido en cuenta para verificar algunos procesos en el uso del modelo con el software Iber y
comparar la evaluación del grado de amenaza.
21

En síntesis, estos documentos aportan insumos, criterios y herramientas metodológicas
para la zonificación de las áreas en amenaza por avenidas torrenciales de la quebrada La
Parroquia, incluyendo el uso del software Íber y su modelamiento.

Planteamiento del problema de investigación
De acuerdo con el Plan de Gestión de Riesgo de Desastres del municipio de
Fusagasugá (CMGRD, 2019) existe una frecuente afectación por avenidas torrenciales en el
área urbana, debido a sus condiciones topográficas, altas precipitaciones y la capacidad
limitada de las estructuras hidráulicas para conducir altos volúmenes de flujos.
Figura 1.
Evento octubre 2014.

Nota. Fotografía de la zona central del municipio donde se evidencia el nivel que alcanzó el agua en esta
zona el día de la emergencia, y algunos carros afectados. Tomado de Corporación autónoma Regional
de Cundinamarca (CAR). Informe Final Estudios y Diseños Fusacatán. Capítulo 3.3.

Considerando lo anterior, se referencia la emergencia ocurrida en octubre del año
2014, producto del desbordamiento de la quebrada La Parroquia, ocasionando la afectación en
la mayor parte del barrio Pekín (sector I y II) y sus principales vías de ingreso como lo
referencia la Figura 1, en donde según los reportes realizados, 32 viviendas y 855 personas
resultaron damnificadas, siete heridos y una persona fallecida (el Colombiano, 2014).

De acuerdo con (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016) este acontecimiento se
produjo por un evento de lluvias intenso, que sumado a la deforestación generalizada en
la cuenca del cerro Fusacatán, ocasionó que el material terrígeno de las
vertientes (principalmente suelos residuales de arcillolitas) potencializara la colmatación de
agua y posterior inicio a procesos de remoción en masa, los cuales, finalmente, descendieron
hacia el municipio en forma de flujos hiperconcentrados, desbordando la capacidad hidráulica
de canalización de las quebradas La Parroquia y Pekín cuyas estructuras hidráulicas
(Box Culvert) ya con anterioridad presentaban obstrucciones por falta de mantenimiento.
En este contexto, resulta de gran importancia aportar al conocimiento de la amenaza
por avenidas torrenciales como insumo para la adopción de medidas y herramientas que
aseguren la protección y bienestar de la población y sus bienes.

Objetivos
Objetivo general
Zonificar las áreas de amenaza por avenidas torrenciales de la quebrada La Parroquia en
el municipio de Fusagasugá-Cundinamarca a partir del software Íber 2.5.2.
Objetivos específicos
✓ Modelar numéricamente el comportamiento del flujo de avenidas
torrenciales en la quebrada la parroquia.
✓ Identificar los parámetros topográficos, hidrológicos, geológicos y
geomorfológicos de la quebrada La Parroquia, bajo la ocurrencia de un evento de
avenida torrencial a partir del uso de información secundaria y estudios técnicos.
✓ Incorporar al modelo estructuras hidráulicas de importancia para el
municipio como Box Culvert.

Justificación

Las avenidas torrenciales constituyen uno de los desastres
naturales que más han ocasionado pérdida de vidas humanas y afectaciones de
infraestructura, esto se atribuye al comportamiento variado de los flujos, a las grandes
distancias y velocidades alcanzadas por estos.
De acuerdo con Jaime Suárez en el libro titulado Deslizamientos, los países
más afectados por este fenómeno, se encuentran las áreas andinas de Perú,
Colombia, Ecuador y Venezuela, sin embargo, la mayoría de las
investigaciones corresponden a estudios de flujos en áreas no tropicales. Siendo, por
ende, importante aportar al conocimiento de dicho fenómeno, ante lo cual
las nuevas herramientas tecnológicas representan una ventaja para la identificación del nivel
de amenaza como insumo para la planificación territorial.
En este sentido, y teniendo en consideración un eventual escenario por flujos en el
cauce de la quebrada La Parroquia y la afectación de la población, se justifica el desarrollo del
presente trabajo, que, además de ofrecer beneficios para un contexto específico, aportará para
nuevas investigaciones sobre avenidas torrenciales con modelos bidimensionales.
Si bien se han realizado estudios en la zona por diferentes entidades, la zonificación
que establecen en las áreas de influencia se limita a la ronda hidráulica más no en el sector en
general, sin mencionar el hecho de que los modelos utilizados son de carácter unidimensional,
lo cual indica que con este proyecto se podría contribuir con resultados de mayor exactitud en
el caso de un evento torrencial en el municipio.
En concreto, el desarrollo del proyecto permitirá avanzar en el análisis de riesgo y
vulnerabilidad en la cuenca de la quebrada La Parroquia, dado que el producto final se enfoca
en la zonificación de amenaza.
26

Alcance

Se modeló el comportamiento bidimensional de avenidas torrenciales en el software
íber con el fin de establecer el nivel de amenaza (alta, media y baja) en el área de influencia de
La quebrada La Parroquia, siguiendo los lineamentos de la metodología presentada por la
Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de desastres (UNGRD, 2012). Con este fin se
modelaron crecientes con periodos de retorno de 2, 10, 25 y 50 años, considerando tanto el
caudal líquido como el caudal sólido de la cuenca.
Para validar los resultados de la modelación en IBER se correlacionaron los mapas de
susceptibilidad de inundación, disponibles en el proyecto desarrollado por (Sarmiento & Pura,
2017), entre otras fuentes.
Paralelamente, dada la relevancia del evento ocurrido en 2014, y los datos reportados
en este día, se evaluó el mapa de afectación elaborado por la CAR dentro del informe “Diseños
detallados de obras ingenieriles para el control de procesos de remoción en masa, inundación y
avenida torrencial, en la cuenca de la quebrada La Parroquia en el cerro de Fusacatán –
municipio de Fusagasugá – Cundinamarca”.
Además de ello, se destaca que para la modelación se utilizaron diseños genéricos de
las estructuras hidráulicastipo Box Culvert a partir de mediciones, algunas tomadas insitu y
otras tomadas a partir de fuentes secundarias. Por otro lado, para el pre-procesamiento
de la información topográfica, se elaboró un Modelo de Elevación Digital (DEM) a partir de la
digitalización de puntos desde Google Earth en ArcGIS.

Marco de referencia
Marco conceptual
Software IBER
Íber es una herramienta de modelización bidimensional de flujo, el cual consta de 3
módulos de cálculo: un módulo hidrodinámico, un módulo de turbulencia y un módulo de
transporte de sedimentos. Estos trabajan sobre una malla no estructurada de volúmenes finitos
formada por elementos triangulares o cuadriláteros. En el módulo hidrodinámico que constituye
la base de IBER, se resuelven las ecuaciones de aguas someras bidimensionales promediadas
en profundidad (ecuaciones de St. Venant 2D).
Las propiedades del programa son las siguientes:
✓ Módulo hidrodinámico basado en las ecuaciones 2D de Saint Venant
✓ Esquemas explícitos de volúmenes finitos en mallas no estructuradas
✓ Capacidad para resolver flujos subcríticos y supercríticos, incluyendo saltos
hidráulicos no estacionarios
✓ Algoritmo de humectación y secado conservador de la masa
✓ Varios modelos de turbulencia promediada en profundidad en 2D
✓ Estructuras internas: puentes, compuertas, presas y alcantarillas
✓ Modelización de la rotura de presas
✓ Evaluación de los canales de inundación y del riesgo de inundación
✓ Procesos de lluvia e infiltración
✓ Tensión superficial del viento
✓ Evolución del lecho debido al transporte de sedimentos considerando tanto las
cargas del lecho como las suspendidas
28

✓ Adecuación del hábitat de los peces para las evaluaciones de la zona utilizable
ponderada (WUA)
✓ Integrado en una interfaz fácil de usar para el pre y post procesamiento
✓ Integración en el SIG
✓ Verificado y validado con soluciones analíticas, otros modelos, pruebas de
laboratorio y mediciones de campo
✓ Esquemas numéricos
Ecuaciones de St Venant 2D
De acuerdo con el manual de referencia de Iber las ecuaciones conservativas de aguas
someras 2D o ecuaciones de St Venant asumen las hipótesis de distribución de la presión
hidrostática y velocidad uniforme sobre la profundidad del agua. Adicionalmente, estas
ecuaciones incorporan los efectos de la turbulencia y rozamiento superficial por viento:
𝜕ℎ
𝜕𝑡
+
𝜕ℎ𝑈𝑋
𝜕𝑥
+
𝜕ℎ𝑈𝑦
𝜕𝑦
= 𝑀𝑠
𝜕ℎ𝑈𝑥
𝜕𝑡
+
𝜕ℎ𝑈𝑥2
𝜕𝑥
+
𝜕ℎ𝑈𝑥𝑈𝑦
𝜕𝑦
= −𝑔ℎ
𝜕𝑍𝑠
𝜕𝑥
+
𝜏𝑠,𝑥
𝜌
−
𝜏𝑠,𝑥
𝜌
−
𝑔ℎ2𝜕𝑝
𝜌2𝜕𝑥
+ 2Ω𝑠𝑖𝑛𝜆𝑈𝑦 +
𝜕ℎ𝜏𝑒𝑥𝑥
𝜕𝑥
+
𝜕ℎ𝜏𝑒𝑥𝑦
𝜕𝑦
+ 𝑀𝑥
𝜕ℎ𝑈𝑦
𝜕𝑡
+
𝜕ℎ𝑈𝑥𝑈𝑦
𝜕𝑥
+
𝜕ℎ𝑈𝑦2
𝜕𝑦
= −𝑔ℎ
𝜕𝑍𝑠
𝜕𝑦
+
𝜏𝑠,𝑦
𝜌
−
𝜏𝑏,𝑦
𝜌
−
𝑔ℎ2𝜕𝑝
𝜌2𝜕𝑦
− 2Ω𝑠𝑖𝑛𝜆𝑈𝑥 +
𝜕ℎ𝜏𝑒𝑥𝑦
𝜕𝑥
+
𝜕ℎ𝜏𝑒𝑦𝑦
𝜕𝑦
+ 𝑀𝑦
En donde, h es el calado, 𝑈𝑥,𝑈𝑦 son las velocidades horizontales promediadas en
profundidad, 𝑔 es la aceleración de la gravedad, 𝑍𝑠 es la elevación de la lámina libre, 𝜏𝑠 es la
fricción en la superficie libre debida al rozamiento producido por el viento, 𝜏𝑏 es la fricción
debido al rozamiento del fondo, 𝜌 es la densidad del agua, Ω es la velocidad angular de
rotación de la tierra,𝜆 es la latitud del punto considerado, τexx, 𝜏𝑒𝑥𝑦, τeyy son las tensiones
tangenciales efectivas horizontales, y 𝑀𝑠,𝑀𝑥,𝑀𝑦 corresponden respectivamente a los términos
fuente/sumidero de masa y de momento, mediante los cuales se realiza la modelación de
precipitación, infiltración y sumideros.
29

Se incluyen además los siguientes términos fuente en las ecuaciones hidrodinámicas:
✓ Presión hidrostática
✓ Pendiente del fondo
✓ Tensiones tangenciales viscosas y turbulentas
✓ Rozamiento del fondo
✓ Rozamiento superficial por viento
En la actualidad, los modelos numéricos basados en las ecuaciones de aguas someras
bidimensionales son las más utilizados en estudios de dinámica fluvial y litoral, evaluación de
zonas inundables, y cálculo de transporte de sedimentos y contaminantes.
Módulo de transporte de sedimentos
El transporte en suspensión se calcula resolviendo la ecuación de convección-difusión
promediada en profundidad para la concentración de sedimento, incluyendo un término de
deposición / resuspensión que modela el intercambio de sedimento entre el lecho y la carga en
suspensión. (Bladé, y otros, 2014) Las principales características de este módulo son:
✓ Incorporación de transporte por difusión turbulenta.
✓ Término de deposición / resuspensión.
✓ Cálculo de la concentración de sedimento en suspensión según las
formulaciones de:
o Van Rijn
o Smith McLean
o Ariathurai
✓ Cálculo de la velocidad de sedimentación de las partículas según van Rijn
✓ Condición de contorno de concentración de sedimento en suspensión variable
en tiempo.
30

Malla de cálculo
Para resolver una ecuación diferencial en IBER por el método de volúmenes finitos es
necesario discretizar espacialmente el área de estudio, mediante celdas de tamaño
relativamente pequeño (mallas no estructuradas), formadas por elementos que pueden tener 3
o 4 lados, que permiten adaptarse a la geometría irregular de un cauce natural y su planicie de
inundación.

Avenida Torrencial
De acuerdo con la Revista Nacional de Geografía, los flujos torrenciales se describen
como una mezcla de agua y sedimentos en diferentes proporciones, que se desplazan
rápidamente a lo largo de cauces en cuencas pequeñas y de montaña, generando tiempos de
respuesta muy cortos para la toma de acciones por parte de la población localizada en las
zonas bajas inundables (Koutroulis y Tsanis 2010; Marchi et ál. 2010).
En Colombia, el término avenida torrencial corresponde a fenómenos gravitacionales
tipo movimientos en masa que al mezclarse con el agua de una corriente da lugar a crecientes
súbitas, con un aumento considerablemente del volumen líquido producto del transporte de
material sólido que ha caído a su cauce desde las laderas adyacentes.
Origen de los flujos
Los flujos son deslizamientos que adquieren grandes velocidades y que se comportan
como fluidos viscosos en movimiento. Estas masas tienen un comportamiento diferente al de
los fluidos convencionales como el agua. Los deslizamientos tipo flujo (Flujos de rocas y
residuos, flujos de residuos y de lodo y flujos hiperconcentrados) son fenómenos muy
complejos que involucran grandes volúmenes de roca, residuos y suelo, este último tipo de
flujos se representa en la Figura 2. Estos fenómenos presentan diferentes tipos de movimiento
31

inicial (caídos, deslizamientos traslacionales, etc.) seguidos de un movimiento de flujo de
fragmentos de roca o residuos con una movilidad anormal.
Figura 2.
Formación de un flujo de residuos en una ladera de alta pendiente

Nota. Este gráfico describe las características de los flujos a su paso a lo largo de la ladera. Tomado del
libro Análisis Geotécnico: Tomo 1, Capítulo 5: Los Flujos,Pg5, Jaime Suarez,2009.
https://www.erosion.com.co/deslizamientos-tomo-i-analisis-geotecnico/.

El flujo en movimiento es capaz de pasar alrededor de obstáculos importantes o
removerlos y destruirlos. Igualmente, el flujo puede ser canalizado o concentrado por los
detalles del relieve. El comportamiento de los flujos es muy variado y con frecuencia recorre
grandes distancias para, finalmente, sedimentarse cubriendo grandes áreas y formando conos
o abanicos.
https://www.erosion.com.co/deslizamientos-tomo-i-analisis-geotecnico/
32

Susceptibilidad a la ocurrencia de flujos
Cuando se determina la susceptibilidad de avalanchas, se refiere a la cuenca de una
corriente de agua y no a una ladera en particular, y la cuenca para el análisis de avalanchas
debe referirse a un sitio de salida. (Suarez, 2009).
Para que ocurra una avalancha o flujos se deben cumplir tres condiciones a un mismo
tiempo:
✓ Susceptibilidad Topográfica:Deben existir las condiciones de pendiente, ancho y
propiedades del canal, que permitan la ocurrencia de una avalancha.
✓ Susceptibilidad Geológica: Deben existir los materiales susceptibles a desprenderse y
moverse.
✓ Posibilidad de un evento activador: Deben existir las condiciones para que se pueda
producir un evento activador de la avalancha, lluvias extraordinarias, deshielo, sismos,
etc.
Clasificación de los sedimentos / flujo de agua
La (Watershed Protection District;WEST Consultants, Inc., 2011) en su
informe sediment/debris bulking factors and post-fire hydrology for ventura county considera
que el comportamiento de los flujos de inundación puede variar significativamente,
dependiendo de la concentración de sedimentos / escombros en la mezcla.
Las combinaciones de sedimento y flujo de agua se pueden clasificar de diferentes
maneras, incluyendo (1) el mecanismo de activación, (2) concentración de sedimento o (3)
reología (el estudio de la deformación y el flujo de materia) y el comportamiento cinemático.
La clasificación desarrollada por O’Brien (1986), se utiliza para el estudio actual, dónde
típicamente se definen cuatro tipos de sedimento / flujo de agua: flujo de corriente normal (o
inundación de agua), flujo hiperconcentrado, flujo de escombros / lodo y deslizamiento de tierra,
como lo evidencia la Figura 3. Siendo importante tener en cuenta que estos tipos de flujo están
33

en un continuo análisis, y los límites entre ellos aún no se encuentran bien definidos. Además,
un solo evento de escombros puede producir diferentes tipos de flujo en diferentes momentos
durante el evento y en diferentes lugares a lo largo del curso de agua (USGS, 2005a).

Figura 3.
Clasificación de los deslizamientos y flujos de acuerdo con la velocidad y concentración de
sedimentos

Nota. Tomado de (Watershed Protection District;WEST Consultants, Inc., 2011) (Modificada de O’ Brian,
2000).

Los flujos de agua-sedimento por tanto pueden ser agrupados de la siguiente manera:
Flujos de corriente continua (avenidas de agua).
De acuerdo con (Suarez, 2009) un flujo de agua se define como una descarga de agua
extraordinaria con concentración de sedimentos de menos del 5% en volumen. La cantidad de
sedimentos en suspensión es insuficiente para afectar sustancialmente la forma como se
comporta un flujo de agua.
34

Flujos hiperconcentrados
El flujo hiperconcentrado comúnmente tiene una concentración de sedimento entre 20 y
40 por ciento por volumen, la cantidad de sedimento suspendido es lo suficientemente grande
como para afectar las propiedades del fluido, así como el comportamiento del transporte de
sedimentos. Normalmente se transportan grandes cantidades de arena en suspensión a lo
largo de la columna de agua, aunque el mantenimiento de las cargas de sedimentos depende
de la velocidad y la turbulencia del flujo (USGS, 2005a).
(Watershed Protection District;WEST Consultants, Inc., 2011).
Flujos de escombros
Contienen un alto contenido de material grueso, incluyendo rocas y escombros
leñosos, típicamente tienen una concentración de sedimento entre 40 y 55 por ciento en
volumen, aunque algunos investigadores usan hasta 65 por ciento como límite superior. La
mezcla sedimento / agua es una suspensión no muy diferente al concreto húmedo, y puede
mantener la grava en suspensión incluso cuando se ha ralentizado o ha dejado de fluir por
completo (USGS, 2005a) (Watershed Protection District;WEST Consultants, Inc., 2011).
Flujos de lodo
Los flujos de lodo pueden considerarse un subconjunto de flujos de escombros donde
más del 50 por ciento del material sólido es pequeño (es decir, menos de 0.063 mm). Las altas
concentraciones de limo y arcilla cambian las propiedades de la matriz, dando como resultado
un fluido con un límite elástico y una viscosidad considerables, y la capacidad de suspender
material de gran tamaño en el flujo (García et al., 2008). Los flujos de lodo ocurren
comúnmente en cuencas hidrográficas subyacentes por rocas sedimentarias de grano fino y
recientemente quemadas por incendios forestales (Scott y Williams, 1978).
35

Deslizamiento
Los deslizamientos de tierra son uno de los procesos geológicos más destructivos que
afectan a los humanos, causando miles de muertes y daños en las propiedades, por valor de
decenas de billones de dólares cada año (Brabb y Hrrod, 1989). Los deslizamientos producen
cambios en la morfología del terreno, diversos daños ambientales, daños en las obras de
infraestructura, destrucción de viviendas, puentes, bloqueo de ríos, etc. Autores como (O’Brien,
cc2006) clasifican los deslizamientos de tierra aquellos que tienen entre (55-65) % de
concentración por volumen. A continuación, se presenta la Figura 4 que resume lo referenciado
previamente.
Figura 4.
Efectos directos e indirectos derivados de la ocurrencia de los deslizamientos de tierra

Nota. Tomado del libro Análisis Geotécnico: Tomo 1, Capítulo 5: Los Flujos, Pg. 10, Jaime Suarez,2009.
https://www.erosion.com.co/deslizamientos-tomo-i-analisis-geotecnico/.

De manera semejante, se presenta la Tabla 1. que resume las características físicas de
los tipos de flujo mencionados.

https://www.erosion.com.co/deslizamientos-tomo-i-analisis-geotecnico/
36

Tabla 1.
Modelos de fluido de acuerdo con el tipo de flujo
Flujo Características Fluido Porosidad
Concentración
en volumen
Peso
Unitario
De lodos Viscoso Bingham 0.3-0.8 >20% 1.0.1.6
Hiper
concentrado
granular
Viscoso
Bingham
Manning
0.6-1.0 40% 1.0-1.8
Granular No Viscoso Manning 0.7-1.0 30% 1.8-1.7
Turbulento de
residuos
Inercial (No
Viscoso)
Manning
o Bangold/Tak
ahashi
0.25-0.7 >30% 1.6-2.0
Laminar de
residuos
Viscoso Bingham 0.1-0.6 >40% 1.7-2.2
Nota. Esta información fue adaptada por los criterios de Chien y Wan. Tomado de Análisis Geotécnico:
Tomo 1, Capítulo 5: Los Flujos. Pg. 13.

Así mismo, los flujos se pueden clasificar teniendo en cuenta las características de la
mezcla y del canal (Tabla 2).
Tabla 2.
Tipos de flujo de acuerdo con las características de la mezcla y del canal
Nota. Tomado del libro Análisis Geotécnico: Tomo 1, Capítulo 5: Los Flujos Pg 10. (Suarez, 2009).

Parámetros de la red hidrográfica
Coeficiente de Rugosidad ƞ para flujos
Uno de los factores que más influyen en el modelamiento de avalanchas es el factor de
rugosidad ƞ de Manning, el cual representa la fricción entre el canal y el flujo. El valor de “ƞ” no
depende solamente de la rugosidad del canal, sino también, de las características del flujo, de
Características
de los
sedimentos
Concentración
de sedimentos
de la mezcla
(Kg/m3)
Pendiente del Canal
>10%
(45°)
100 a 50% 50 a 20% 20 a 10% 10 a 5% <55
Tipo de flujo
Más del 20% del
peso total de
sedimentos son
partículas
finas(d<ASTM#
200)
<90

Flujo
hiperconcentrado Flujo de lodo

>90 Flujo de lodo
<300 Flujo hiperconcentrado
Menos del 20%
del peso total de
sedimentos son
partículas finas
(d<ASTM#200)
300 a 600
Flujo turbulento de
residuos (Debris Flow) Fujo hiperconcentrado
600 a 900 Flujo turbulento de residuos (Debris Flow)
>900 Flujo laminar de residuos
37

manera que para flujos hiperconcentrados generalmente es más alta que para flujos de agua.
(Suarez, 2009).
Parámetros hidráulicos y geométricos
Comúnmente se refiere a la sección transversal del cauce y sus estudios se basan en
las relaciones existentes entre los caudales y los niveles, pendientes de agua y los diferentes
parámetros hidráulicos y geométricos, tales como el área hidráulica, el ancho, la pendiente, la
rugosidad y la velocidad del agua, como lo presenta la Figura 5.

Figura 5.
Variación de flujo con la altitud y la distancia desde las nacientes hasta ladesembocadura de
un curso fluvial

Nota. Tomado del Manual de la cuenca del lago Puelo, (Water year, 2003).
https://sites.google.com/site/cuencadellagopuelo/aproximacion-tecnica-al-ambiente-natural/los-rios

De esta manera, el régimen de flujo en una corriente se clasifica en función del Número
de Froude, NF, el cual es una relación adimensional entre fuerzas de inercia y de gravedad.

1. En el régimen supercrítico (𝑁𝐹 > 1) el flujo es de alta velocidad, propio de cauces de
gran pendiente o ríos de montaña.
38

2. El flujo subcrítico (𝑁𝐹 < 1) corresponde a un régimen de llanura con baja velocidad.
3. El flujo crítico (𝑁𝐹 = 1) representa la transición entre régimen subcrítico y supercrítico.
Amenaza
Se entiende como amenaza el peligro latente de que un evento físico de origen natural,
causado o inducido por la acción humana de manera accidental se presenta con una severidad
suficiente para causar pérdida de vidas, lesiones o impactos en la salud, así como también
daños y pérdidas en los bienes, la infraestructura, los medios de sustento, la prestación de
servicios y los recursos ambientales. Las amenazas se clasifican generalmente según el
origen: naturales, socio-naturales, antrópicas y tecnológicas. (UNGRD, 2012).
Variables para el análisis de amenazas
Por otro lado, en la Figura 6 la Guía metodológica para la elaboración de Planes
Departamentales expone las siguientes variables clave para el análisis de Amenazas.
Figura 6.
Variables para realizar el análisis de las amenazas

Nota. Reproducido por Autores, 2021. Tomado de (UNGRD, 2012).

Tipo de amenaza

Inicialmente, es primordial la identificación del tipo de amenaza en función de las
características de la zona, conocer la historia y la frecuencia de los fenómenos que con
anterioridad han causado daños, informarse sobre las causas de origen de las amenazas.
Tipo de
Amenaza
Frecuencia Intensidad
Territorio
Afectado
39

Territorio afectado
La Tabla 3 contiene la descripción de los niveles de afectación del territorio,
determinados a partir de la delimitación de la extensión de área que se afecta frente a la
ocurrencia del fenómeno amenazante.
Tabla 3.
Territorio afectado
Descripción Valor Clasificación
Más del 80% del territorio afectado
por la inundación.
3 ALTA
Entre el 50% y 80% del territorio
afectado por la inundación.
2 MEDIA
Menos del 50% del territorio
afectado por la inundación.
1 BAJA
Nota. Tomado de (UNGRD, 2012).

Frecuencia
Para establecer cada cuánto se presentan fenómenos amenazantes la (UNGRD, 2012)
sugiere considerar la información disponible en fuentes oficiales o institucionales sobre la
cronología de los desastres ocurridos en el pasado. La Tabla 4 describe los niveles de
frecuencia a tener en cuenta.
Tabla 4.
Frecuencia
Descripción Valor Clasificación
Evento que se presenta una vez
aproximadamente cada 10 años.
3 ALTA
Evento que se presenta por lo
menos una vez en un período de
tiempo aproximado de 50 años.
2 MEDIA
Evento que se presenta al menos
una vez en un período de tiempo
aproximado a 100 años.
1 BAJA
Nota. Tomado de (UNGRD, 2012) .

Intensidad

La intensidad, hace referencia a la medida cuantitativa y cualitativa de la severidad de
un fenómeno en un sitio específico.
Adicional a ello, el (Instituto Nicaraguense de Estudios Territoriales, 2005) recomienda
evaluar esta variable de manera diferenciada en dependencia del tipo de inundación. Es decir,
40

para inundaciones estáticas se considera la profundidad o altura del flujo, mientras que para
inundaciones dinámicas se recomienda utilizar el producto de la velocidad por la profundidad
del flujo. En la Tabla 5 son definidos los rangos para cada nivel de intensidad de la inundación
Tabla 5.
Clasificación de la intensidad de la inundación
Descripción Valor Clasificación
Corresponden a aquellas que presentan
profundidades de flujo mayores a 1m o el
producto resultante de la velocidad por altura
(V*H) es mayor a 1.5 m2/s. Los daños
causados por una inundación de alta
intensidad generalmente son altos en
pérdidas de vidas y para la economía.
3 ALTA
Aquellas con altura (H) de agua entre 0.5 y
1.0m o el producto resultante de la velocidad
por altura (V*H) entre 0.5 y 1.5m2/s. Los
daños económicos y a la población son
menores que en el caso de la inundación
intensa, pero no despreciables.
2 MEDIA
Corresponden a aquellas con profundidad
del flujo superiores a 0.25m, pero inferiores a
los 0.5m, o V*H menor a 0.5 m2/s. Los daños
asociados son generalmente leves, no se
esperan pérdidas en vidas humanas, aunque
sí pueden darse pérdidas en áreas de cultivo
y animales
1 BAJA
Nota. Adoptado por Autores,2021. Tomado de (Instituto Nicaraguense de Estudios Territoriales, 2005).

Amenaza
Para finalizar, los niveles de amenaza (Tabla 6) resultan de la sumatoria de las variables
descritas previamente.
Tabla 6.
Clasificación de la amenaza
Intervalo Clasificación de la amenaza
7-9 ALTA
4-6 MEDIA
1-3 BAJA
Nota. Tomado de (UNGRD, 2012).

Marco legal
A continuación, se presenta la normativa aplicable en el desarrollo del proyecto.
Leyes
Norma Contenido Articulo Aplicabilidad al proyecto
Ley 1523 de
2012
“Por la cual se adopta la
política nacional de
Gestión del riesgo de
desastres y se establece
el Sistema Nacional de
Gestión del Riesgo de
Desastres y se dictan
otras disposiciones”
Art. 6-2.1-b). Identificación
de los factores del riesgo,
entiéndase: amenaza,
exposición y vulnerabilidad,
así como los factores
subyacentes, sus orígenes,
causas y transformación en el
tiempo.
Específicamente se identificará
la amenaza por avenidas
torrenciales de la quebrada La
Parroquia a partir de una
simulación bidimensional en el
software Iber 2.5.2 siguiendo la
Guía metodológica para la
elaboración de planes
departamentales para la
Gestión del riesgo, documento
regido por los requerimientos
estipulados en la mencionada
ley.
Ley 388 de
1997 (Julio
18).
“Por la cual se modifica
la Ley 9 de 1989, y la Ley
2 de 1991 y se dictan
otras disposiciones. “Ley
de Ordenamiento
Territorial”

Art 8. Acción Urbanística-
inc 5. Determinar las zonas
no urbanizables que
presenten riesgos para la
localización de
asentamientos humanos, por
amenazas naturales, o que
de otra forma presenten
condiciones insalubres para
la vivienda.
Se propende con el producto
del presente trabajo aportar al
conocimiento de la amenaza
por avenidas torrenciales para
la posterior utilidad en la toma
de decisiones por parte de
entidades territoriales
encargadas de la Gestión a
desastres y ordenamiento del
territorio del municipio de
Fusagasugá.
Art 8-inc 11. Localizar las
áreas críticas de
recuperación y control para la
prevención de desastres, así
como las áreas con fines de
conservación y recuperación
paisajística.
Nota. (Ley 1523,2012, art 9), (Ley 388,1997, art 8).
Decretos
Norma Contenido Articulo /Descripción
Aplicabilidad al
proyecto
Decreto4147
de 2011
Por el cual se crea la
Unidad Nacional para
la Gestión del Riesgo
de Desastres, se
establece su objeto y
estructura.
Art 17-#3 “Promover, en
coordinación con las autoridades
competentes en la materia, a nivel
nacional y territorial, la identificación
de las amenazas y de la
vulnerabilidad, como insumos para el
análisis del riesgo de desastres, así
como coordinar el diseño de guías y
el uso de lineamientos y estándares
para este proceso.”
Guías y lineamientos los
cuales se utilizarán para
la identificación
particularmente de la
amenaza. En adición, el
proyecto podrá servir
como insumo para el
posterior análisis del
riesgo por avenidas
torrenciales.
.

Norma Contenido Articulo /Descripción Aplicabilidad al proyecto
Decreto
1640 de
2012
Por medio del cual se reglamentan
losinstrumentos para la planificación,
ordenación y manejo de las cuencas
hidrográficas y acuíferos, y se dictan
otras disposiciones.
Art 57. La Autoridad
Ambiental competente
elaborara el Plan de Manejo
Ambiental de la microcuenca
cuando se presenten o
prevean condiciones en
relación con oferta, demanda
y calidad hídrica, riesgo y
gobernabilidad.
Dentro de una de las
condiciones se encuentra la
presencia de Amenazas,
vulnerabilidad, y riesgos
ambientales que puedan
afectar los servicios
ecosistémicos de la
microcuenca y calidad de
vida de sus habitantes
El proyecto se
enmarca en la
microcuenca de la
Quebrada la
Parroquia la cual
hace parte de la
cuenca del rio Choco,
perteneciente este a
su vez a la subzona
del rio Sumapaz, y en
cuyo objeto del
presente estudio se
establece su
caracterización e
identificación de la
amenaza por avenida
torrenciales.
Decreto
1807 de
2014
Por el cual se reglamenta el artículo
189 del Decreto Ley 019 de 2012 en
lo relativo a la incorporación de la
gestión del riesgo en los planes de
ordenamiento territorial.
Art 3°. Estudios básicos
para la revisión o expedición
de Planes de Ordenamiento
Territorial (POT). Para la
revisión de los contenidos de
mediano y largo plazo de los
planes de ordenamiento
territorial o la expedición de
nuevos planes, se deben
elaborar estudios en los
suelos urbanos, de
expansión urbana y rural
para los fenómenos de
inundación, avenidas
torrenciales y movimientos
en masa.
De conformidad con
el articulo citado se
realizará la
delimitación y
zonificación de las
áreas de amenaza
por avenidas
torrenciales de la
quebrada la
Parroquia.
Nota. (Decreto 4147,2011, art.17), (Decreto 1640, 2012, art .57), (Decreto 1807, 2014, art .3).

Metodología
Este proyecto se desarrolló en tres fases, dando respuesta a los objetivos planteados de
esta propuesta:
Figura 7.
Desglose de fases

Nota. La figura anterior muestra las fases que se abordaran para llevar a cabo el cumplimiento de los
objetivos propuestos. Elaborado por Autores,2021.

Fase 1.
La fase inicial consiste en la recopilación de información referente a la caracterización
de parámetros topográficos, hidrológicos, geológicos y geomorfológicos de la quebrada La
Parroquia, a partir de documentos técnicos oficiales, específicamente, la Corporación
Autónoma Regional (CAR), el Servicio Geológico Colombiano (SGC), Instituto Geográfico
Agustín Codazzi (IGAC) así como las reglamentaciones vigentes consignadas en los Planes y/o
Esquemas de Ordenamiento Territorial del municipio de Fusagasugá.
44

Seguidamente, para el tratamiento y análisis de los datos hidrológicos la metodología
trazada es la siguiente (Figura 8 y 9):
Figura 8.
Metodología análisis de datos de precipitación

Nota. Elaborado por Autores,2021.

Figura 9.
Metodología determinación de hidrogramas de caudal líquido y sólido

Nota. Elaborado por Autores,2021.

Por su parte, la metodología para la obtención del modelo digital de elevación del
terreno (DEM) se presenta en la Figura 10.
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Figura 10.
Metodología para la elaboración del Modelo Digital de elevación

Nota. Elaborado por Autores,2021.

El sistema de referencia geográfico utilizado para éste y todos los mapas del proyecto
fue: EPSG:3116 - MAGNA-SIRGAS / Colombia Bogota zone – Projected.
Fase 2.
Para la modelación en el Software Iber 2.5.2 se deben tener en cuenta los productos resultantes
de la fase anterior, y en adición, los aspectos relacionados en la Figura 11.

Figura 11.
Metodología modelación Software Iber 2.5.2

Nota. Elaborado por Autores,2021.

Fase 3.
Este análisis se desarrollará siguiendo la Guía metodológica para la elaboración
de Planes Departamentales de Gestión del Riesgo (UNGRD, 2012), que clasifica la amenaza
como la sumatoria de la frecuencia, la intensidad y la extensión del territorio afectación
evaluados en una escala de a 1 a 3. Por último, la clasificación de la amenaza se realiza entre
los intervalos de (1-3)amenaza baja (4-6) amenaza media, y (7-9) amenaza alta.

𝑨𝒎𝒆𝒏𝒂𝒛𝒂(𝑨) = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑(𝐼) + 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎(𝐹) + 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑖𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜 𝑎𝑓𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜(𝑇)

Generalidades de la zona de estudio
Localización del área de estudio
El municipio de Fusagasugá se encuentra localizado en el departamento de
Cundinamarca, Colombia a 60 km al suroccidente de Bogotá, (en la plancha 246 (escala
1:100.000) del IGAC), su altura promedio de la zona urbana es de 1.728 msnm, y sus
coordenadas geográficas son 4°20′14″ de latitud norte y 74°21′52″ de longitud oeste, la Figura
13 describe la geografía del municipio. Cuenta con una extensión total de 194.1 Km2, con
180.25 Km2 en el área rural y la zona urbana con una superficie de 13,85 Km2 distribuidos en
seis comunas y cinco corregimientos.
Figura 12.
Localización área de estudio en el municipio

Nota. El gráfico representa la localización del área de influencia en el municipio de Fusagasugá
Cundinamarca en el sector noroeste. Elaborado por Autores, 2021.

De manera que el área de influencia se adoptó con los límites mostrados en la Figura
13, con base en análisis geoespacial y en las fronteras evidenciadas en la revisión de los
antecedentes ya mencionados.
Figura 13.
Localización área de estudio en el municipio.

Nota. El gráfico representa la quebrada La Parroquia del municipio de Fusagasugá, Cundinamarca en el
sector noroeste. Elaborado por Autores,2021.

Paralelamente, se realizó una visita de campo para identificar mejor el contexto general
en la ronda hidráulica de la cuenca y de las estructuras hidráulicas. (Ver Anexo A).
Geología
Fusagasugá es un área geológicamente constituida por unidades sedimentarias
siliciclásticas con cambios faciales laterales, dada la actividad tectónica transgresiva de la
Orogenia Andina.
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Estratigrafía
Las principales unidades lito estratigráficas corresponden a rocas del grupo Guadalupe
y la formación de lodolitas de Fusagasugá, las cuales son definidas con mayor claridad en la
Figura 14 y 15.
Figura 14.
Unidades lito estratigráficas

Nota. Elaborado por (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016).

Figura 15.
Detalle unidades lito estratigráficas

Nota. Elaborado por (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016).
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Grupo Guadalupe
Este grupo se sitúa hacia el este del área de estudio y está conformada con escarpes
de pendientes pronunciadas que contrastan morfológicamente con las colinas redondeadas de
la formación lodolitas de Fusagasugá como se presenta en la Figura 16. Su nomenclatura
designa las areniscas que conforman la parte superior del Cretácico, entre la formación
Chipaque y la formación Guaduas, del mismo modo, se señala que fueron divididos en tres
formaciones: Labor y tierna, Arenisca dura y Plaeners.
Figura 16.
Escarpe del Grupo Guadalupe, Cerro Fusacatán.

Nota. Tomado de (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016).
De igual manera, se reporta las características de las capas de cuarzo y arenas finas
con formas tubulares de delgadas a gruesas, subangulosas, con cemento silíceo. En cuanto a
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las capas intermedias, se denota que son lodolitas grises laminadas y limolitas silíceas de color
amarillo oscuro con un espesor máximo de 2cm como se evidencia en la Figura 17. Finalmente,
los suelos residuales son arenosos y su espesor es de 20cm que referencia la Figura 18
Figura 17.
Afloramiento de limolitas silíceas Cerro Fusacatán

Nota. Tomado de (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016).

Figura 18.
Afloramiento de limolitas silíceas Cerro Fusacatán

Nota. Tomado de (J.A.M Ingeniería y medio ambiente, 2016).

Formación lodolitas de Fusagasugá
Según el informe de la CAR (2018) esta formación es una unidad relativamente