Control de la evolución del río Banadía con paneles sumergidos en el sector del cruce de la carretera Tame – Saravena, Arauca
Por: Carlos Rodríguez Amaya
1. Introducción
El control de la evolución de los meandros de los ríos es una de las actividades de mayor complejidad en hidráulica fluvial, pero de gran importancia cuando se trata de proteger o reestablecer infraestructura vial, eléctrica o de otro tipo. Fue este el caso del río Banadía, en Arauca, alrededor de la carretera Tame – Saravena en un sector de gran dinámica fluvial reciente, donde era indispensable el control de evolución de los meandros por la necesidad de construir un nuevo puente para sustituir el anterior de 72m de luz, destruido por las crecientes de los años 2004 y 2006.
En efecto, con ocasión de la creciente del 26 de junio de 2004 el puente sufrió su colapso estructural por socavación del apoyo intermedio; posteriormente, la creciente del 21 de junio de 2006 arrasó completamente con el terraplén de acceso por la margen izquierda y causó la destrucción total del puente (Fotografía 1). Esta creciente ocurrió durante las fases iniciales de construcción por el Consorcio Banadía de un nuevo puente, metálico, en arco, de 146m de luz, para el Instituto Nacional de Vías, INVIAS, razón por la cual se suspendió temporalmente la obra para evaluar la situación, hacer las recomendaciones pertinentes y optar por una solución. Como resultado, se propuso a INVÍAS la construcción de un puente adicional similar al por entonces en construcción, con lo cual se tendrían dos luces, cada una de 146m, para un total de casi 300m de longitud, solución que no fue acogida por el Instituto pues implicaba una adición presupuestal del orden de $9.500 millones.
Como alternativa, HIDROCONSULTA recomendó el control de la evolución de los meandros alrededor del ponteadero, mediante un campo de paneles sumergidos, tendiente a estabilizar las márgenes actuales y evitar la construcción del puente adicional propuesto; además, sugirió emplazar el puente varias decenas de metros hacia la planicie izquierda. Lo anterior, con base en experiencias previas ejecutadas directamente por HIDROCONSULTA para el Instituto, en situaciones similares que significaron ahorros muy importantes al país (Hidroconsulta, 2006a, 2008).
Un campo de paneles sumergidos está constituido por conjuntos de paneles espaciados a determinada distancia entre sí, con el propósito de modificar la sección transversal de un río, por sedimentación alrededor de los paneles y erosión por fuera de ellos; los paneles sumergidos se colocan sobre el lecho del río con un reducido ángulo con relación a la dirección de flujo (Rodríguez Amaya, 2005).
2. Consideraciones para el diseño del Campo de Paneles Sumergidos para el Río Banadía
El río Banadía, afluente importante del río Arauca por su margen derecha, está ubicado al Este de la cordillera Oriental y tiene origen en la Sierra Nevada de El Cocuy, a una altitud de 3.800 msnm. El río hace parte del sistema hídrico que disecta abanicos y llanuras aluviales generadas por las corrientes que nacen al suroeste, en la Cordillera Oriental. En él, se tienen caudales de hasta 2.762 m3/s para frecuencias del 1% y de 1.230 m3/s para recurrencias de 2,33 años, considerado éste último como el caudal que llena el cauce (Hidroconsulta, 2006b).
La evolución del río Banadía en la zona que interesa el ponteadero (Fotografía 2) y, en general, a lo largo de todo su desarrollo hasta la desembocadura en el río Arauca, se ha acentuado en los últimos años, presentándose con mayor intensidad el truncamiento de meandros, ocasionando una disminución en la longitud y en la sinuosidad del río, la que ha pasado de 3,7 y 2,8 en años anteriores a 1,3 en la década presente. La disminución constante de la sinuosidad evidencia un nuevo régimen hidráulico de la corriente y una tendencia hacia un alineamiento rectilíneo de tipo trenzado, el incremento de la pendiente y la ampliación del cauce, por un incremento de los caudales, presumiblemente producto de un alto grado de deforestación de la cuenca alta durante los últimos años.
En particular, se aprecia una marcada evolución del meandro de aguas arriba del ponteadero hacia la izquierda, en tanto que el de aguas abajo lo hace hacia la derecha; el cauce se ha ampliado considerablemente en el sector del ponteadero en años recientes. Dicha evolución, en especial la de aguas arriba, se hace necesario controlar para conservar el mismo sitio de ponteadero del puente que se derrumbó en 2006. La evolución referida es el resultado de la compleja combinación de procesos hidráulicos y condiciones geológicas y geotécnicas locales, que se tratan de describir a continuación.
Por las pobres condiciones geotécnicas de las planicies de inundación del río, conformadas por material muy fino, principalmente arcillas, limos y arcillas orgánicas, y la presencia de depósitos constituidos por gravas y arenas de grano medio a fino dentro del lecho, los caudales líquidos labran el cauce sobre tales materiales fácilmente erosionables; este fenómeno sucede a todo lo largo del río. La porción superior del barranco está sujeta al ataque erosivo del fluido de la parte alta, de baja carga de sedimentos, la que debe restablecerse por la socavación. De esta manera se sucede la evolución de la curva y se desarrolla una pendiente transversal en el lecho, con un incremento de la profundidad hacia el exterior de la curva, dos de las características de los cauces aluviales meándricos como el río Banadía, no obstante su tendencia actual al trenzamiento.
A lo anterior se suma el hecho de que por las fuerzas secundarias resultantes de la curvatura del cauce en el sector y, por lógica, de la de las líneas de corriente, el flujo de la parte superior se orienta naturalmente hacia el talud de cada meandro,
erosionándolo, en tanto que las inferiores se mueven hacia el interior de la curva transportando el material producto de la erosión.
La profundidad del cauce en el sector es del orden de 3,50m a 4,00m para la condición de sección llena, según los levantamientos topo-batimétricos realizados; esto, en combinación con las características geotécnicas del material del cauce y de las planicies de inundación, de gran fragilidad, determina las condiciones de estabilidad del mismo. En la medida en que los flujos capturen sedimento del talud y simultáneamente se profundice el cauce a su alrededor, se modifica la geometría del lecho y, por lo tanto, la de los taludes, hasta una nueva condición de relativa estabilidad, en la cual el proceso dinámico de inestabilidad se reinicia. Es esta la situación que se presenta en el río Banadía en el sector del ponteadero, en donde, además, no existen controles geológicos que restrinjan la evolución de río a lo largo de sus márgenes.
Por lo anterior, el acorazamiento del lecho del río con paneles sumergidos, y el consecuente desplazamiento de la vaguada hacia el centro del cauce, contribuye positivamente al control de la evolución de los meandros en el sector (Hidroconsulta, 2006a).
3. El campo de paneles diseñado y su construcción
Como se indica en la Fotografía 2, para el diseño (Hidroconsulta, 2006b) se consideraron tres sectores, así: Un primer sector, S1, en el extremo de aguas arriba del meandro de mayor evolución, cuyos paneles tienen como finalidad reforzar, con la sedimentación producida, el desvío de los flujos hacia el centro del cauce e impedir, a futuro, la evolución por este sitio. El sector S2 corresponde al meandro principal en la zona y se ubica inmediatamente aguas arriba del ponteadero, en tanto que el sector S3 está ubicado en la margen derecha aguas abajo del mismo.
De acuerdo con los análisis hidráulicos realizados y otra información, para el diseño se fijaron los siguientes parámetros básicos: Temperatura del agua: 20°C; Tamaño medio de las partículas del lecho: 0,85 mm; Caudal a banca llena (Q2,33): 1.229,8 m3/s; Pendiente del nivel de agua, S0: 2,10 x 10-4m/m. Con base en los resultados de la modelación hidráulica de la respuesta de diversas dimensiones para los paneles, ángulos de posición y separación entre paneles y entre conjuntos, se adoptó finalmente el diseño que se muestra en la Tabla 1, compuesto por un total de 132 unidades de 1,0m X 5,0m y 30 unidades de 1,0m X 4,0m, distribuidas en 26 conjuntos de cuatro, cinco, seis y hasta once paneles, con el fin de prevenir el progreso de la erosión y de la socavación lateral de los taludes del río Banadía en el sector del cruce del río por la carretera Tame-Saravena.
La construcción del campo de paneles sumergidos fue realizada en cuatro etapas, acordes con las recomendaciones del diseño, y de manera continua entre el 9 de agosto de 2006 y el 8 de noviembre de 2006. Debido a la gran dinámica del río en el sector, a la presencia de líneas de energía de alta tensión en el sector S3 y a una solicitud posterior de INVIAS de prolongar la protección del sector S2 para cubrir la base del terraplén izquierdo de la carretera, se introdujeron algunas modificaciones durante el proceso de instalación (Hidroconsulta, 2006c), por las cuales el campo de paneles sumergidos quedó finalmente conformado por un total de 164 unidades.
4. Comportamiento del campo de paneles sumergidos instalado
A continuación se describen la condición previa y el efecto producido por el campo de paneles sumergidos construido en varias fechas después de su instalación, comentarios que se acompañan de un registro fotográfico, con el fin de enfatizar algunos aspectos de especial interés. Los estudios y el diseño del campo de paneles se realizaron a partir de julio de 2006 y la construcción a partir de noviembre del mismo año; por lo tanto, las fotografías tomadas pocos días después de iniciada la construcción son representativas de las condiciones antecedentes.
4.1 Condiciones previas y posteriores inmediatas al diseño y construcción del campo.
En una visita técnica realizada durante la fase de diseño, en julio de 2006, se confirmó la tendencia evolutiva del río en el sector, establecida previamente por los estudios geológicos y geomorfológicos, y evidenciada por la erosión a lo largo de la margen derecha del río desde varios cientos de metros aguas arriba del sector de interés y de las márgenes izquierda y derecha alrededor del ponteadero, situaciones determinantes de la definición de los tres sectores a proteger (Fotografía 2).
Lo relativo a la zona alrededor del ponteadero se muestra en las Fotografía 3 y 4 –de octubre y de julio de 2006, respectivamente-, en las cuales se puede apreciar la condición de los taludes, constituidos por material muy fino de baja cohesión y la baja densidad de la vegetación protectora, indicativo esto último de la continua evolución de la margen izquierda, por erosión lateral y por socavación en el pie del talud, misma situación de la margen derecha aguas abajo. En la Fotografía 3 se pueden observar algunos de los conjuntos instalados en el Sector 1, la desviación de los flujos hacia el centro del cauce por efecto de los paneles y la tranquilidad de los mismos a lo largo de la orilla; la sedimentación por efecto de los paneles instalados en el sector estaba, por entonces, en proceso. La Fotografía 4 presenta la condición del Sector 3 antes de la instalación, en tanto que en la Fotografía 5 se aprecian algunos de los conjuntos de este sector, para entonces recientemente instalados en seco.
4.2 Situación del campo de paneles sumergidos 75 días después de concluida su instalación.
A febrero 7 de 2007, es decir, setenta y cinco días después de concluida la instalación de los paneles, la condición del Sector 2, ubicado aguas arriba del ponteadero, era la que se muestra en la Fotografía 6; se puede concluir un avanzado
proceso de sedimentación alrededor de los conjuntos de paneles y el mayor desarrollo de vegetación en el talud.
Es de anotar que los caudales del río estuvieron particularmente bajos durante el período de construcción y fechas posteriores, por lo que la eficiencia de los paneles resultaba aún muy baja; no obstante lo cual, la sedimentación es considerable. En la medida que los caudales de creciente superen ampliamente la cota superior de los paneles, la eficiencia del campo se mejora, favoreciendo la sedimentación alrededor de los paneles próximos al talud y, como resultado, induciendo su mayor estabilidad.
4.3 Condición del campo de paneles un año después de concluida su instalación.
Una visita efectuada el 8 de febrero de 2008, un año después de terminada la construcción del campo de paneles sumergidos, permitió corroborar la efectividad del sistema y el control de la evolución de las márgenes del río alrededor del ponteadero, como se muestra en las Fotografías 7, 8, 9 y 10. Como es fácil concluir por el registro fotográfico, las márgenes del río en el sector permanecen estables, con un incremento de la sedimentación sobre el campo de paneles, mayor desarrollo de la vegetación protectora del talud y permanencia de la vaguada del río hacia el centro del cauce en la zona.
5. CONCLUSIONES
Con fundamento en las anotaciones y comentarios anteriores se concluye lo siguiente:
El campo de paneles sumergidos diseñado y construido en el río Banadía alrededor del ponteadero de la vía Tame – Saravena para el control de su evolución en el sector muestra un comportamiento acorde con las expectativas del diseño; es decir, está generando alta sedimentación en la zona de los paneles, favoreciendo el desarrollo de vegetación protectora en el talud y dando muestras de mayor estabilidad en los taludes del río.
La sedimentación en la zona del campo de paneles sumergidos continuará en progreso en la medida que se alcancen niveles de agua en el río equivalentes a los previstos en los diseños, de modo que la eficiencia de los conjuntos de paneles se hace mayor, en concordancia con el diseño hidráulico respectivo.
La solución con paneles sumergidos al problema de evolución de los meandros del río Banadía en el sector, con los resultados reportados en este artículo, significa para el país un ahorro del orden de $9.500 millones frente a la de alargar el puente en 146m, como fuera recomendado en un principio.
El ahorro obtenido se suma a otros previamente generados a través de proyectos similares diseñados y construidos por Hidroconsulta, para INVIAS y otras entidades del país. A través de ocho proyectos ejecutados para INVIAS entre 2003 y 2008 se han economizado, a la fecha, cerca de $31.000 millones, (Hidroconsulta, 2006d).
6. REFERENCIAS
Hidroconsulta Ltda. (2006a). Pioneros en Colombia en la aplicación de la tecnología de paneles sumergidos para navegación, y control de erosión y sedimentos.
Hidroconsulta Ltda. (2006b). “Actualización de los diseños hidráulicos de la protección con paneles sumergidos contra la erosión por el río Banadía, en el sector del cruce de la carretera Tame – Saravena”, Informe Final (versión 0.0). Oficina de Prevención y Atención de Emergencias, Instituto Nacional de Vías, Ministerio de Transporte. Bogotá, D.C.
Hidroconsulta Ltda. (2006c). Comunicación 597/06.INZ, de fecha 24 de octubre de 2006, remisoria del ajuste al diseño, dirigida a Inzett S. A. Oficina de Prevención y Atención de Emergencias, Instituto Nacional de Vías, Ministerio de Transporte. Bogotá, D.C.
Rodríguez Amaya, Carlos. (2005). Paneles sumergidos para el control de sedimentos en cauces aluviales. Bogota.
Hidroconsulta Ltda. (2006d). Más de $31.000 millones de ahorro por Invías en ocho proyectos de control de erosión de orillas por ríos, por la utilización de la tecnología de paneles sumergidos introducida por Hidroconsulta Ltda. al país. Bogotá.
5. Registro Fotográfico
FOTOGRAFÍA 1.
Puente antiguo sobre el río Banadía totalmente destruido por las crecientes de magnitud recientes, particularmente por la acaecida el 21 de junio de 2006. En primer plano, el terraplén de la vía, destruido hasta donde se aprecia el otrora estribo izquierdo (HIDROCONSULTA LTDA., julio, 2006).
FOTOGRAFÍA 2.
Vista general del río Banadía alrededor del ponteadero, la cual evidencia su dinámica y muestra los tres sectores seleccionados para el diseño del campo de paneles sumergidos: Sectores S1 y S2 aguas arriba, margen izquierda; Sector S3 aguas abajo, margen derecha (HIDROCONSULTA LTDA., julio, 2006).
FOTOGRAFÍA 3.
Margen izquierda del río Banadía en el sector S2, vista hacia aguas arriba desde el terraplén de la carretera, pocos días después de la construcción del campo de paneles sumergidos. Nótese la inestabilidad del talud y la falta de vegetación en él. (HIDROCONSULTA LTDA., octubre, 2006).
FOTOGRAFÍA 4.
Margen derecha del río Banadía en el Sector S3, vista hacia aguas abajo desde el terraplén de la carretera, antes del diseño y construcción del campo de paneles sumergidos (HIDROCONSULTA LTDA., julio, 2006).
FOTOGRAFÍA 5.
Cauce del río Banadía en el Sector S3, ubicado aguas abajo del terraplén de la carretera, pocos días después de la instalación de los conjuntos de paneles en este sector. (HIDROCONSULTA LTDA., octubre, 2006).
FOTOGRAFÍA 6.
La misma vista de la margen izquierda del río Banadía mostrada en la Fotografía 3 (Sector S2), aproximadamente 75 días después de construido el campo de paneles sumergidos. Apréciese el mayor desarrollo de la vegetación, la condición del flujo sobre el campo de paneles, la sedimentación general en proceso y el desvío de la corriente hacia el centro, por efecto de los paneles (HIDROCONSULTA LTDA., febrero, 2007).
FOTOGRAFÍA 7.
Vista de la condición general, estable, del sector S2 un año largo después de concluida la instalación del campo de paneles sumergidos. Es evidente la mayor estabilidad inducida por dicho campo (HIDROCONSULTA LTDA., febrero, 2008).
FOTOGRAFÍA 8.
Condición del sector S2, margen izquierda aguas arriba, en febrero 8 de 2008, un año después de concluida la instalación del campo de paneles sumergidos (Foto INVIAS).
FOTOGRAFÍA 9.
Sector S1 en primer plano y el extremo de aguas arriba del sector S2 en febrero 8 de 2008, un año después de concluida la construcción del campo de paneles en el río Banadía. A la izquierda de la fotografía se pueden apreciar algunos de los conjuntos del sector S1 (Foto INVIAS).
FOTOGRAFÍA 10.
Apréciese la condición completamente vegetada del sector S3 en febrero 8 de 2008, un año después de instalados los conjuntos de paneles; compárese con lo mostrado en las Fotografías 4 y 5. (Foto INVIAS).
6. AGRADECIMIENTOS
Los estudios y diseños, y la construcción del campo de paneles sumergidos en el río Banadía fueron realizados por Hidroconsulta Ltda. para el Instituto Nacional de Vías, INVIAS, por medio del Contrato de Urgencia Manifiesta No. 1157 de 2006, de la Oficina de Prevención y Atención de Emergencias, entidad a la cual se agradece la autorización para presentar los resultados del proyecto.