Protección contra la erosión del río Cauca en Guarumo, Cáceres, con paneles sumergidos: resultados contundentes.
Resumen: La evolución del río Cauca, en el sitio Guarumo, en Caucasia, Antioquia, fue controlada a partir de 2009 con la tecnología de paneles sumergidos. Los efectos de corto y mediano plazo, y trece años después, se describen en el artículo. Se generó un ahorro del 71% en comparación con una solución convencional.
Palabras clave: Paneles sumergidos; río Cauca; control de evolución; erosión y socavación; obras hidráulicas, Guarumo, Antioquia.
Rodríguez Amaya, Carlos
1. INTRODUCCIÓN
La carretera Tarazá-Guarumo-Caucasia, paralela al río Cauca por su margen izquierda, fue afectada por los procesos de erosión y socavación lateral observados en la década de los setenta, los cuales se incrementaron de manera notable a lo largo de aproximadamente 1.900m, en el sitio Guarumo, localizado a 17Km aguas arriba de Caucasia, con amenaza sobre la estabilidad de la carretera en el sector. Por esto, antes de 2004 se construyó un tablestacado de 40m de longitud y dos espolones a lado y lado, de 15m y 11m, respectivamente. Como el proceso erosivo continuaba y amenazaba otros puntos de la vía, se diseñaron seis espolones direccionales y el dragado parcial de las islas localizadas enfrente [1] para cuya construcción se estimó un costo de USD$2´196.972, sin cuantificar el costo del dragado periódico recomendado como necesario; esta solución tendría un costo por metro de orilla protegida de USD$3.566,5, a precios de 2008, más los costos de mantenimiento y dragados en años posteriores.
Para controlar la evolución del río Cauca causante de tales procesos, Hidroconsulta propuso como alternativa, al Instituto Nacional de Vías, INVIAS, en 2007, el diseño y la construcción de un campo de paneles sumergidos [2], el cual fue aprobado y ejecutado en dos etapas: Etapas I y II, para proteger 616m de orilla: 352m y 264m, respectivamente (Figura 1) [3]
En esencia, lo que se proyectó en este caso fue acorazar el lecho del río y desplazar la vaguada hacia el centro del cauce, y, en consecuencia, brindar protección y estabilidad a la carretera en el sector, mediante el manejo de los sedimentos transportados por el río Cauca, lo que en efecto se logró, como se describe a continuación; estas obras han permanecido estables por más de trece años a 2023, sin costos adicionales por mantenimiento.
Bogotá, D. C., 18 de abril de 2019.
El objetivo del presente artículo es relacionar los efectos inmediatos y de mediano y largo plazo logrados con la protección contra la erosión lateral y la socavación local causada por el río Cauca en el sector Guarumo, de la carretera Tarazá-Caucasia, mediante la utilización de la tecnología de paneles sumergidos. Los resultados de este proyecto demuestran que esta tecnología, introducida a Colombia por Hidroconsulta en 1993, es un efectivo y real aporte a la ingeniería nacional y al desarrollo del país, con alta eficiencia en el uso de los recursos fiscales de la nación destinados a la solución de problemas generados por los procesos de erosión y socavación, y de sedimentación en general. Obras con tecnologías diferentes e igual objetivo de protección de infraestructura contra tales procesos, comúnmente requeridas para zonas remotas o de difícil acceso, incrementan los costos de instalación y hacen aún más difíciles y costosas las posteriores labores de mantenimiento.
2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL CAMPO DE PANELES
Lo relacionado con el diseño de las Etapas I y II de la protección con paneles sumergidos para el sector Guarumo se describe con suficiente detalle en los informes técnicos respectivos [4] [5], de los cuales se elaboró un resumen ejecutivo [3]. Se anota que para el diseño se tuvo en cuenta que las profundidades del río eran variables hasta de 11m y las velocidades de flujo ascendían hasta 4,5m/s; además, que la margen izquierda está constituida por depósitos aluviales poco consolidados, de limos arcillosos y gravas de material heterogéneo, de baja capacidad portante, inestables y débiles, susceptibles a generar desprendimientos por socavación lateral de la corriente; el patrón de drenaje era trenzado y presentaba un incremento en el gradiente longitudinal y transversal hacia el sector de Guarumo.
Con fundamento en lo anterior y en la experiencia de Hidroconsulta con proyectos similares en otros lugares del país, para la primera etapa se emplearon paneles de 2,17m y 1,20m de altura, y 6,17m de longitud, instalados sencillos o combinados para lograr alturas de hasta
3,42m [4]; para la segunda etapa, dadas las menores profundidades de flujo observadas, se utilizaron paneles de 1,20m x 6,17m, sencillos o combinados, para alturas hasta de 2,40m [5]. El diseño definitivo para la protección en Guarumo se muestra en la Tabla 1 [6].
FOTOGRAFÍA 2. a) Talud izquierdo del río Cauca, en 2007, afectado por los procesos erosivos de los flujos en el sector, que invitaron a controlar la evolución del río en Guarumo; b) En abril de 2009, se aprecia la sedimentación generada por los paneles instalados, de efecto prácticamente inmediato. Al fondo, los espolones direccionales construidos con el diseño previo (1) (4) (5)
En la parte media de la segunda etapa se identificó un punto crítico, en el cual el río evolucionó hacia la carretera más de 14m, lo que se estableció por comparación de las batimetrías del 26 de julio de 2008 -en la fase de diseño- y del 23 de septiembre de 2008 -inicio de la instalación de los paneles.
Es importante anotar, además, que las crecientes de junio y julio de 2008 arrasaron media banca de la carretera en Guarumo, lo que obligó a restringir el tránsito vehicular y a la construcción, por parte de la Unión Temporal ICAT, administradora de la vía, de obras de protección directa de orilla, con tuberías hincadas, bolsacretos y espolones cortos con bolsacretos (Figura 3); estas obras fueron iniciadas pocas semanas antes de comenzar la instalación de la segunda etapa, en septiembre 8 de 2008.
FOTOGRAFÍA 3. a) Protección directa de orilla construida ante la emergencia por las crecientes de junio-julio de 2008. b) Apréciese la disminución de las velocidades frente la protección, por efecto del campo de paneles de la Etapa II.
Por la rápida sedimentación generada alrededor de los paneles de esta segunda etapa y el consecuente traslado de la vaguada hacia el centro del cauce, en muy corto tiempo se conformó un amplio playón de sedimentos alrededor de los conjuntos de paneles instalados de la Etapa II, que controló la evolución en la parte media del sector y favorecieron y estabilizaron las obras de protección directa allí construidas [3].
Por efecto de la conformación del campo de paneles sumergidos de la Etapa I, pocas semanas después de su instalación completa se desvió la vaguada hacia el centro del río y se modificaron las condiciones de flujo del brazo izquierdo; como resultado, se disminuyeron las profundidades y se promovió la sedimentación alrededor de los paneles de la segunda etapa, en favor del cierre paulatino de este brazo, que erosionaba el talud aguas arriba de la quebrada Saíno.
En cuanto al desplazamiento de la vaguada, el resultado se aprecia de una manera más contundente con niveles altos del río, pues las estructuras trabajan con mayor eficiencia, al quedar sumergidas; para estos niveles se obtienen velocidades muy bajas sobre la margen izquierda y un completo desplazamiento de las líneas de corriente hacia el centro del cauce y la margen derecha.
La Figura 4 muestra la morfología del río Cauca en 2010 y 2011, dos y tres años después de la construcción del campo de paneles, respectivamente, la ubicación a lo largo de la margen izquierda de los conjuntos de paneles que lo conforman, el alineamiento de la carretera Cáceres-Caucasia y el brazo izquierdo del río en el sector, propenso a continuar ampliándose por lo descrito antes: un incremento en el gradiente longitudinal y transversal hacia el sector de Guarumo. A la izquierda de la carretera, frente al sector de la Etapa 2, se aprecia la quebrada Saíno, referida antes.
El efecto a largo plazo del campo de paneles sumergidos en Guarumo se aprecia en mejor forma en las Figuras 5 y 6, obtenidas por Dron en abril de 2022, que se describen a continuación: La Figura 5 muestra el sector de la Etapa I, en la que se puede observar la barra longitudinal de sedimentos conformada por las estructuras, parcialmente vegetada por árboles y pastos Se pueden apreciar también los dos espolones direccionales y las protecciones directas, de pilotes metálicos, ahora estabilizadas dentro de una zona sedimentada, total o parcialmente. Por el campo de paneles, se reducen las velocidades de flujo y se estabiliza la vaguada, suprimiéndose entonces los procesos erosivos y socavantes, antes de alto riesgo para la carretera.
Resultados de la sedimentación conformada por los paneles de la Etapa I, el consecuente alejamiento de la vaguada hacia el centro del cauce y los conjuntos de paneles de la Etapa II, con el inicio del cierre del brazo izquierdo frente al sector, como fue referido atrás, son el cierre total de éste y el desarrollo del amplio islote de sedimentos que ahora protege completamente la carretera, como se aprecia en la Fotografía 6. La margen izquierda está ahora vegetada con árboles de buen porte, lo que continuará en el tiempo.
FOTOGRAFÍA 5. Vista aérea obtenida con Dron del sector de la Etapa I del proyecto en Guarumo: Apréciese la barra longitudinal de sedimentos conformada por el campo de paneles sumergidos, parcialmente vegetada, que protege la carretera por disminución de las velocidades y la estabilización de la vaguada, alejada de la orilla izquierda del río.
FOTOGRAFÍA 6. Sector de la Etapa II del proyecto en Guarumo: El cierre del brazo izquierdo es total, el cauce de la quebrada Saíno está bien definido y las obras de protección en pilotes metálicos están estables y protegidas. Apréciese el amplio islote de sedimentos generado por el campo de paneles sumergidos.
Por lo que se observa en las fotografías, se concluye que, en el lapso de trece años desde la instalación del campo de paneles en Guarumo, la margen izquierda ha permanecido
estable y, por lo tanto, se ha protegido la carretera en debida forma, lo cual era el objetivo del proyecto. Esto se logra por la sedimentación producida alrededor de los conjuntos de paneles, la disminución de las profundidades y velocidades de flujo sobre los mismos y, por lógica, la menor energía de los flujos a lo largo de la margen izquierda frente a la vía. Por lo mismo, con el pasar de los meses se produce la consolidación constante de los sedimentos y la estabilización de la vaguada lejos de la orilla, que es justamente lo que se logra, como en el caso de Guarumo, con el manejo de los sedimentos transportados por el río, con la tecnología de paneles sumergidos.
Por último, se resalta el hecho de que el campo de paneles establecido para controlar la evolución del río Cauca en el sector de Guarumo no ha requerido labores de mantenimiento alguno; en contraste, para obras de tipo convencional es práctica común asignar un presupuesto anual equivalente al 10% del monto de la inversión; este es, sin duda, otro de los importantes beneficios que se generan por la aplicación de la tecnología de paneles sumergidos.
CONCLUSIONES
Este artículo presenta los resultados obtenidos con la aplicación de la tecnología de paneles sumergidos en el control de evolución del río Cauca en el sitio Guarumo de la vía Tarazá-Caucasia, en Antioquia, Colombia, los cuales demuestran la utilidad práctica de su utilización para contrarrestar los procesos de erosión y socavación, que, como en este caso, afectaban la infraestructura vial, además del beneficio del encauzamiento fluvial que mitiga el comportamiento hidráulico de trenzamiento y favorece la navegabilidad. Así, se obtuvieron considerables ahorros de inversión, costos nulos por mantenimiento de las obras, reducidos plazos para el diseño y la construcción, e importantes efectos, en términos de sedimentación y desplazamiento de la vaguada, a corto, mediano y largo plazo. 4
Trece años después de establecido el campo de paneles sumergidos en el cauce del río Cauca en Guarumo, con cero costos adicionales por mantenimiento de las obras durante este tiempo, se aprecia la estabilidad permanente de la orilla izquierda y el alejamiento de la vaguada hacia el centro del cauce (Figuras 5 y 6). La estabilidad de estas estructuras en el tiempo es otro aspecto importante de la alternativa tecnológica aplicada, muy efectiva para solucionar complejos problemas similares y otros, en zonas remotas, muchas de difícil acceso.
Con base en los resultados que se describen, se hace énfasis en que la tecnología de paneles sumergidos aplicada por Hidroconsulta en Colombia desde 1993, se constituye en un efectivo y real aporte a la ingeniería nacional y al desarrollo del país, con alta eficiencia en el uso de los recursos de la nación destinados a la solución de problemas generados por los procesos de erosión y socavación, y de sedimentación en general. Por lo mismo, se recomienda su utilización en otros casos similares, que ocurren a lo largo y ancho del país.
RECONOCIMIENTOS
Este artículo está basado en los trabajos realizados por Hidroconsulta SAS para el Instituto Nacional de Vías, INVIAS, a través de los contratos de Urgencia Manifiesta Nos. 3138 de 2007 y 0493 de 2008. Se agradece al Instituto la autorización para presentar los resultados del proyecto y a los ingenieros y técnicos de Hidroconsulta por el apoyo para la ejecución del proyecto y preparación del presente artículo.
El proyecto fue galardonado con la Mención de Honor del Premio Nacional de Ingeniería 2010, otorgada por la Sociedad Colombiana de Ingenieros.
REFERENCIAS
[1] Mejía, G. J. (2004). Estudio del sitio crítico conocido como Guarumo, ubicado entre las abscisas PR44+678 y PR45+500 en la Ruta 2512 del INVÍAS. Unión Temporal ICAT. Instituto Nacional de Vías. Medellín.
[2] Rodríguez Amaya, C. (mayo de 2005). Paneles sumergidos para el control de sedimentos en cauces aluviales.
[3] Hidroconsulta Ltda. (2010). “Diseño y construcción de las etapas I y II de la protección con paneles sumergidos de la carretera Tarazá – Caucasia (2512) contra la erosión causada por el río Cauca, sitio Guarumo, Cáceres”, Resumen Ejecutivo. Instituto Nacional de Vías, INVIAS, Contratos 3138 de 2007 y 0493 de 2008. Premios Sociedad Colombiana de Ingenieros, Convocatoria 2010. Bogotá, D. C.
[4] Hidroconsulta Ltda. (2008a). “Protección contra la erosión por el río Cauca con paneles sumergidos, Sitio Guarumo, Tarazá, Informe de Diseño, v.1.1”. Contrato 3138 de 2007: Atención obras de emergencia para la protección de la carretera Tarazá-Caucasia (2512). Oficina de Prevención y Atención de Emergencias, Instituto Nacional de Vías, INVIAS, Bogotá, D. C.
[5] Hidroconsulta Ltda. (2008b). “Segunda etapa de la protección contra la erosión por el río Cauca con paneles sumergidos, Sitio Guarumo, Cáceres, Antioquia, Informe de Diseño, v.1.1”. Contrato 0493 de 2008: Atención obras de emergencia protección de la carretera Tarazá-Caucasia (2512) Segunda etapa. Oficina de Prevención y Atención de Emergencias, Instituto Nacional de Vías, INVIAS, Bogotá, D. C.
[6] Rodríguez Amaya, C., (2010). Diseño y construcción de las etapas I y II de la protección con paneles sumergidos de la carretera Tarazá-Caucasia (2512) contra la erosión causada por el río Cauca, sitio Guarumo, Cáceres. Resumen Ejecutivo del proyecto que recibió Mención de Honor del Premio Nacional de Ingeniería 2010, de la Sociedad Colombiana de Ingenieros.
[7] Inprocón Ltda. (2008a). Informe Mensual No. 3: 26 de febrero a 24 de marzo de 2008; Versión 1. Contrato No. 3286 DE 2007: Interventoría para la Atención de Obras de Emergencia para la Protección de la carretera Tarazá-Caucasia (2512). Oficina de Prevención y Atención de Emergencias, Instituto Nacional de Vías. Bogotá, D. C.
[8] Inprocón Ltda. (2008b). Informe Mensual No. 3, Final: 21 de octubre a 20 de noviembre de 2008; Versión 1. Contrato No. 1122 DE 2008: Interventoría para la Atención de Obras de Emergencia para la Protección de la carretera Tarazá – Caucasia (2512) Segunda etapa. Oficina de Prevención y Atención de Emergencias, Instituto Nacional de Vías. Bogotá, D. C.
LECTURAS ADICIONALES
Para una mayor información relacionada con proyectos de paneles sumergidos, se recomienda hacer la lectura de los siguientes artículos:
Hidroconsulta S.A.S. (2017). “Elaboración de los estudios y diseños detallados de obras hidráulicas para el control de evolución del río Ariari y mejoramiento de la vía: Cruce Puerto Rico-Ye de Granada, mediante una variante entre los PR67+000 y PR70+000 y los PR38+000 y el PR41+000 de La Ruta 65, Tramo 6508, en el departamento del Meta”. Informe de diseño de obras (versión 1.1). Consorcio Meta Ye Jad. Instituto Nacional de Vías, INVIAS. Diciembre de 2017.
Hidroconsulta S.A.S. (2018). “Informe Final de Obra: Construcción de paneles sumergidos en la orilla del río Ariari para la protección de la carretera Granada -San José del Guaviare, en el PR39-PR40 y PR68, para el control de evolución del río Ariari y mejoramiento de la vía: Cruce Puerto Rico-Ye de Granada, mediante una variante entre los PR67+000 y PR70+000 y los PR38+000 y el PR41+000 de La Ruta 65, Tramo 6508, en el departamento del Meta”. Consorcio Meta Ye Jad. Instituto Nacional de Vías, INVIAS. Noviembre de 2018.
Odgaard, A.J., and Wang, Y. (1991a). “Sediment management with submerged vanes. I. Theory”. J. Hydr. Engrg. ASCE, 117(3), 267-283.
Odgaard, A.J., and Wang, Y. (1991a). “Sediment management with submerged vanes. II. Applications”. J. Hydr. Engrg., ASCE, 117(3), 284-302.
Rodríguez Amaya, C. y Durán Ariza, A. (2013). “Aplicación de la tecnología de paneles sumergidos en Colombia”. Postulación al Premio Panamericano de Ingeniería, 2013. Unión Panamericana de Asociaciones de Ingeniería, UPADI.
Rodríguez Amaya, C., Durán Ariza, A. y Duarte Méndez, S. (2020). “Submerged Vane Technology in Colombia: Five Representative Projects”. Water 2020, 12, 984.
proyecto. Esto se logra por la sedimentación producida alrededor de los conjuntos de paneles, la disminución de las profundidades y velocidades de flujo sobre los mismos y, por lógica, la menor energía de los flujos a lo largo de la margen izquierda frente a la vía. Por lo mismo, con el pasar de los meses se produce la consolidación constante de los sedimentos y la estabilización de la vaguada lejos de la orilla, que es justamente lo que se logra, como en el caso de Guarumo, con el manejo de los sedimentos transportados por el río, con la tecnología de paneles sumergidos.
Por último, se resalta el hecho de que el campo de paneles establecido para controlar la evolución del río Cauca en el sector de Guarumo no ha requerido labores de mantenimiento alguno; en contraste, para obras de tipo convencional es práctica común asignar un presupuesto anual equivalente al 10% del monto de la inversión; este es, sin duda, otro de los importantes beneficios que se generan por la aplicación de la tecnología de paneles sumergidos.