Palabras claves: Agradación, Encauzamiento, Espolones, Tubos geotextil, Mantos anti socavación, Formaletas textiles, Protecciòn de orillas.

Transcripción

1 RECUPERACIÓN DE LA MARGEN IZQUIERDA DEL RÍO HUMEA, Y RECUPERACIÓN DEL ACCESO AL PUENTE DE LA VÍA VILLAVICENCIO - CABUYARO A TRAVÉS DE ESTRUCTURAS DE ENCAUZAMIENTO CONSTRUIDAS CON TUBOS DE GEOTEXTIL LLENOS CON ARENA. Palabras claves: Agradación, Encauzamiento, Espolones, Tubos geotextil, Mantos anti socavación, Formaletas textiles, Protecciòn de orillas. Breve descripción: El proyecto de construcción de obras para recuperar y proteger el acceso al puente sobre el Río Humea, en la ruta Tobasia Cabuyaro, ejecutado en el año 2013, fue decisivo para habilitar y mantener la movilidad por la principal y más eficiente ruta de conexión de esta región con su capital en el departamento del Meta. La ingeniería aplicada a este problema dio como resultado un caso exitoso de control de erosión y recuperación de orillas mediante el uso de geosintéticos. El presente documento ilustra este caso de éxito en dos etapas, la primera corresponde al diseño de ingeniería e hidráulica fluvial, comprendiendo la identificación de la causa de erosión lateral, evaluación de alternativas de solución y selección de la solución a implementar, y la segunda, enfocada a la tecnología de los geosintéticos, ilustra el proceso constructivo para instalación de mantos anti socavación, llenado de tubos de geotextil con arena del sitio, revestimiento con formaletas textiles llenas con concreto y obras complementarias. El objetivo final de este documento es presentar el resultado obtenido posterior a la culminación de obra, la recuperación efectiva de la orilla erosionada y la protección del acceso al puente, resaltando el adecuado desempeño de los tubos de geotextil en aplicaciones ribereñas, partiendo de buen criterio ingenieril y entendimiento de la dinámica fluvial.

2 Autores: Tito Alejandro Saavedra Ramírez Ingeniero Civil Universidad de los Andes, Especialista en Recursos Hídricos Urbanos Universidad de los Andes, Magister en Recursos Hídricos Universidad de los Andes, correo electrónico Consultor Villavicencio Meta, Calle 23 # 37L 32 Villavicencio Meta, teléfono Patrick Kabir Fuentes Andrade Ingeniero Civil Universidad Nacional de Colombia, Especialista en Recursos Hídricos Universidad Católica de Colombia, correo electrónico pfuentes@geomatrix.com.co, Consultor Corporativo Geomatrix SAS, Calle 15 # Bogotá, teléfono

3 1. INTRODUCCION El proyecto de construcción de obras para recuperar y proteger el acceso al puente sobre el Río Humea, en la ruta Tobasia Cabuyaro, ejecutado en el año 2013, fue decisivo para habilitar y mantener la movilidad por la principal ruta de conexión de esta región con su capital y el resto del país, dada la grave afectación que se presentaba en la margen izquierda, que incluso llegó a seccionar el terraplén de acceso al puente vehicular, dejando la vía interrumpida. El Río Humea, en el sector donde se requería la construcción del proyecto, es un río desarrollado en planicie, de comportamiento meándrico y con baja capacidad de arrastre de materiales gruesos, que aporta en las zonas de sedimentación importantes depósitos de arena, siendo este el único material disponible en el sitio para la ejecución de las obras. La construcción de las obras convencionales típicamente utilizadas en el sector, tales como gaviones y estructuras en concreto reforzado comprometían una enorme logística en cuanto a consecución y transporte de materiales que hacía inviable el proyecto. La forma más conveniente de utilizar la arena disponible en el sitio, contemplada dentro de las alternativas de solución, fue el uso de tubos de geotextil, diseñados para confinar dicho material y conformar los espolones definidos en el diseño para recuperar la orilla erosionada. 2. ANTECEDENTES 2.1. Situación Inicial Dentro de las vías de acceso al municipio de Cabuyaro se encuentra la que parte del kilómetro 64 de la vía Villavicencio Puerto López, hasta el municipio de Cabuyaro. Esta vía posee un puente sobre el Río Humea que estaba amenazado por un proceso de socavación en la margen izquierda aguas arriba de la estructura en mención.

4 Como condiciones externas que afectaban el fenómeno se encontraba la influencia que podían ejercer los pilares existentes del puente viejo aguas arriba, los cuales por referencia de la comunidad atrapaban material de arrastre, funcionando como un espolón direccional debido a la poca separación entre ellos; otro factor era la existencia de estratos arcillosos aguas arriba en la margen izquierda que desplazaban el borde externo de la curva hacia estratos arenosos que se socavan fácilmente. 3. DISEÑO 3.1. Levantamiento Topográfico Teniendo en cuenta los requerimientos para el diseño se ejecutó el levantamiento topográfico, realizando las batimetrías en las cuales se tomaron los puntos más relevantes como terreno (puente, vías, cercas, arboles), barranco, nivel de agua y fondos con los cuales se generó la nube de puntos para crear la superficie y los perfiles transversales a una distancia de 2.7 km aguas arriba y 580 m aguas abajo de la zona de afectación del puente, con una separación promedio de 200 metros entre ellos Modelación Hidráulica Se generó el perfil longitudinal, con su respectivo eje, de tal forma que se obtuvo la localización en planta de las secciones transversales. Las secciones transversales consisten en una serie de puntos topográficos que permiten que se generen unos perfiles transversales de la sección de río según el punto donde se ubiquen Socavación Para el cálculo de la socavación local se utilizó la ecuación del U.S. Departament of Transportation, para socavación en estructuras longitudinales: Ys Y Fr cos 4 Fr sen 0 (1)

5 Teniendo en cuenta la modelación hidráulica del Río Humea en el sector del puente, la socavación para un promedio de la profundidad máxima y la profundidad mínima de navegabilidad y tomando una velocidad de 1.38 m/s, resultó de 3 metros Obras Proyectadas La configuración de las obras a realizar consistieron en la demolición de los pilares del puente antiguo, que generan obstrucción del material transportado por el río causando así desvió del cauce normal. Realización de dragado en la margen derecha del río Humea aguas arriba del puente, con el fin de recuperar la sección. En la curva afectada se proyectó una serie de espolones con el fin de recuperar la playa del terreno, los cuales se plantearon mediante uso de tubos geotextiles. Los tubos geotextil fueron ensamblados mediante franjas de geotextil tejido HYDROTEX de poliéster PET con alta resistencia a la tensión (147 kn/m) y al rasgado, unidas a través de costuras industriales y que luego fueron llenados hidráulicamente con arenas con el propósito de conformar el núcleo de los espolones. Los tubos geotextil fueron dotados en su perímetro de asas para sujeción lateral en su posicionamiento, así como de bocas para llenado y alivio de presión. Una vez llenados, alcanzaron una altura promedio de 1.6 m, ancho máximo de 3.8 m y longitudes variables entre 20 m y 30 m. Para alcanzar la altura proyectada de cada espolón se utilizó un arreglo piramidal de dos niveles, con tubos en la base para un ancho total de 7.6 m y un tubo de segundo nivel alineado en el centro de la estructura. En la Figura 1 se ilustra la conformación de cada espolón.

6 Figura 1. Sección transversal de los espolones proyectados Luego de resolver la conformación del núcleo de las estructuras mediante la utilización de arena del sitio confinada en tubos de geotextil, se debió resolver aspectos que garantizaran su funcionalidad durante el tiempo que tardara la recuperación de la orilla, teniendo en cuenta posibles impactos debidos a elementos transportados por el río por flotación, como por ejemplo troncos de árboles desprendidos aguas arriba, así como la actividad humana que se desarrolla en el sitio, especialmente por pescadores de la zona. La solución optada para generar la coraza de protección del núcleo de los espolones fue la colocación de un revestimiento en concreto empleando la formaleta textil COLCHACRETO FP T, que está conformada por dos capas de geotextil que se entretejen en puntos distribuidos de manera simétrica, cuya función es controlar el espesor del recubrimiento en concreto, y servir como puntos de paso de agua. 4. PROCESO CONSTRUCTIVO 4.1. Instalación de Manto Anti Socavación Previo a la instalación de los tubos geotextil, se ensambló e instaló un manto anti socavación en geotextil tejido de multifilamentos de poliéster de 41 kn/m de resistencia a tensión, posicionado sobre el terreno mediante el llenado de lastres ensamblados en su contorno con arena del sitio. La función de estos mantos es proteger el suelo de

7 apoyo de la estructura ante socavación en la base. En la fotografía 1 se observa la preparación del manto anti socavación previo a su instalación. Fotografía 1. Ensamble del manto anti socavación 4.2. Instalación y Llenado de Tubos Geotextil El procedimiento más conveniente para el llenado de los tubos de geotextil fue la extracción directa de arena procedente del mismo lecho del río. Para esta actividad se empleó un equipo de bombeo flotante con capacidad de succión de suelo, y caudal de descarga aproximado de 80 m3/h. Con este sistema se logró una eficiencia en arena inyectada cercana al 30%, con un rendimiento de hasta 2 tubos de geotextil diarios de 20 m de longitud, es decir, cerca de 200 m3 de arena inyectada. En la Fotografía 2 se ilustra el equipo de bombeo utilizado, sobre un sistema de flotación. Fotografía 2. Equipo utilizado para inyectar la arena dentro de los tubos geotextil

8 La disposición de las estructuras se llevó a cabo tal como se proyectó en los diseños, conformando los espolones mediante dos niveles de tubos geotextil, en forma de pirámide, tal como se ilustra en las siguientes fotografías. Fotografía 3. Se observa la configuración de los espolones en dos niveles de tubos geotextil Fotografía 4. Tubo geotextil de nivel superior

9 Fotografía 5. Vista frontal de un espolón tipo, donde se observan los dos tubos geotextil de nivel inferior y el de nivel superior. Se observa también un tronco aportado por el río, lo que demuestra la necesidad de recubrir las estructuras para evitar daños mecánicos Los primeros espolones se construyeron donde de evidenciaba mayor acción erosiva del cauce sobre la orilla, medida que dio resultado y permitió el avance de las actividades, aprovechando además los niveles bajos de la lámina de agua del río. No obstante, fue necesario continuar la instalación en presencia de niveles más altos, para lo cual fue necesario un adecuado alineamiento y aseguramiento de cada tubo geotextil, y su llenado inicial únicamente con agua, proceso que permitió controlar mejor la ubicación de cada unidad de manera previa a la inyección de arena Recubrimiento de las Estructuras Como se mencionó anteriormente, el recubrimiento de las estructuras se realizó con concreto mediante el uso de formaletas textiles. El llenado de estas formaletas se realizó, dada la dificultad de acceso al sitio y a los bajos volúmenes de concreto requeridos, empleando una mezcla preparada en el sitio, inyectada por gravedad, empleando para esta labor una mezcladora portátil y herramientas menores como embudos y tuberías. Las formaletas textiles, previamente ensambladas a la medida de

10 cada estructura, permitieron noblemente esta actividad manual para lograr así la conformación de esta coraza de protección necesaria para mantener la integridad de cada estructura. Las fotografías 6 a 8 ilustran el proceso de instalación del Colchacreto, Fotografía 6. Preparación y ensamble de las franjas de Colchacreto previo a la ubicación sobre las estructuras Fotografía 7. Se observan las franjas de Colchacreto sobre los tubos geotextil, lisas para ser llenadas con concreto

11 Fotografía 8. Se observa el proceso de llenado del Colchacreto de manera manual utilizando la gravedad como energía de inyección del concreto 5. OBRAS COMPLEMENTARIAS Las obras complementarias comprendieron: un espolón de aproximación a la zona, aguas arriba del proyecto y un juego de espolones de protección del terraplén de aproximación al puente. Entre estos últimos se construyeron protecciones con colchones de enrocado confinado en Hidromalla Geoestera de poliéster. Los espolones se conformaron por dos hileras de tubería metálica hincada en el terreno en una profundidad superior a la máxima socavación esperada, y un núcleo conformado por enrocado confinado con Hidromalla Geoestera. Estos espolones se cubrieron con formaletas textiles Colchacreto llenas con concreto como acabado final de protección del núcleo de la estructura principalmente ante actividad antrópica de la zona. En las fotografías 9 y 10 se observan estas estructuras

12 Fotografía 9. Espolones en tubería metálica instalados agua arriba del puente cuyo núcleo está conformado por enrocado confinado con Hidromalla Geoestera de poliéster Fotografía 10. Se observa el acabado de estas estructuras empleando Colchacreto para proteger el núcleo ante daños mecánicos Como medida adicional para controlar la erosión superficial del terreno de orilla entre estas estructuras y en la proximidad al puente aguas arriba y aguas abajo, se instaló un revestimiento con Geoesteras, que son colchones de enrocado confinado con Hidromalla Geoestera de poliéster sobre geotextil tejido de poliéster para control de erosión. Este revestimiento, al ser un medio poroso, se integró rápidamente al entorno permitiendo establecimiento de vegetación en su matriz, tal como se observa en las fotografías 11 y 12.

13 Fotografía 11. Revestimiento con Geoesteras entre los espolones de tubería metálica aguas arriba del puente Fotografía 12. Revestimiento con Geoesteras en la franja próxima al puente aguas abajo. Se observa la aparición espontánea de vegetación sobre el revestimiento 6. RESULTADOS OBTENIDOS La implementación de las estructuras, orientadas tal como se definió en el diseño, e instaladas en el momento justo y orden apropiado dio como resultado la rápida recuperación de la orilla, inclusive empezando el proceso de sedimentación antes de terminar la ejecución de las obras. El proceso de agradación de la orilla afectada por la erosión lateral se dio en la forma esperada, logrando que el cauce principal del río se concentrara en la luz central del puente. Con este encauzamiento se logró proteger el acceso al puente, el cual ha permanecido íntegro ante las constantes crecientes del río

14 durante el periodo trascurrido desde la intervención de la orilla. A manera de síntesis se presenta a continuación tres fotografías, la Fotografía 13 corresponde a una etapa inicial de intervención donde es notable la pérdida de orilla, la Fotografía 14 que muestra la etapa de finalización de las obras donde se evidencia el progreso de sedimentación y la Fotografía 15 que corresponde a la condición actual. Fotografía 13. Estado de la orilla el 12 de marzo de Se observa el corte del talud generado por erosión lateral del río Fotografía 14. Progreso en la recuperación de la orilla, fotografía tomada el 30 de mayo de 2013

15 Fotografía 15. Estado de la orilla en junio de Se observa la recuperación efectiva de la orilla, que se encuentra estable, presentando desarrollo de vegetación sobre las zonas sedimentadas 7. REFERENCIAS [1] ESPINOSA, Carlos E. TORRES, Omar L., Tubos Geotextil, características, conceptos, materiales y aspectos de análisis. XV Jornadas Geotécnicas de la Ingeniería Colombiana, Sociedad Colombiana de Ingenieros, Bogotá. [2] LESHCHINSKY, D., LESHCHINSKY, O. GeoCoPS (2.0): Supplemental Notes, ADAMA Engineering Inc, [3] PILARCZYK K. Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal Engineering, 2000.