Proyecto de obras de encauzamiento del río Magdalena, tramo Puerto Berrío - Barrancabermeja

Obras de control de caudales de verano

Introducción

¡Renumerar cuadros!

En este capítulo^[1] se describen las características técnicas del trabajo por realizar para el encauzamiento de las aguas bajas del río Magdalena en el tramo Barrancabermeja - Puerto Berrío, a fin de optimizar la navegabilidad de las embarcaciones de diseño en épocas de verano.

Es necesario subrayar que el proyecto no contempla cierre de brazos ni de madreviejas activas para las aguas medias y altas del río, las cuales seguirán transitando por el cauce mayor, tal como se explica a continuación.

Los aspectos técnicos generales para este proyecto fueron definidos y detallados en el Estudio de demanda de transporte del Sistema Fluvial del Rio Magdalena elaborado para Cormagdalena por HE-SDG 2001. Los aspectos de ingeniería están contenidos en los Informes de Fase 1 y de Fase 2, de donde se toman los criterios básicos y se adaptan los puntos pertinentes al tramo en estudio.

A continuación se presentan, en primer lugar los parámetros de diseño para las necesidades de navegación fluvial, tales como nivel de referencia, embarcación de diseño y requerimientos geométricos del canal navegable; posteriormente, los conceptos fundamentales de caracter hidráulico para el manejo de los caudales de invierno sin alterar el comportamiento potamológico general; un estimativo de la capacidad máxima de transporte en las condiciones óptimas que pueden lograrse en el tramo Puerto Berrío – Barrancabermeja. Finalmente, se describen y detallan los diversos tipos de estructuras diseñadas para las diferentes funciones de control hidráulico de las aguas bajas y de protección de las orillas.

Es importante señalar que debido a las características dinámicas de cambio permanente en las condiciones del río (alineamientos, anchuras, erosión y depósito, localización del thalweg o línea de mayores profundidades, abandono de cauces, etc), no se justifica que los diseños sean indicados y calculados de manera estricta para un sitio determinado. Existe la inmensa posibilidad de que, una vez cumplidos todos los trámites de aprobación, licitación, contratación y alistamiento, las condiciones puntuales hayan cambiado para ese determinado sitio. Por esta razón, los diseños se entregan de manera conceptual y aproximada, pero con todos los criterios y elementos para que puedan ser ajustados por la interventoría a las condiciones reales que llegaren a encontrarse en el terreno, al momento de iniciar la construcción de las obras.

Parametros de diseño

A continuación se detallan los parámetros de diseño a saber: (i) nivel de referencia (ii) condiciones actuales del canal navegable y (iii) embarcaciones de diseño.

Nivel de referencia

Para el diseño conceptual se utilizaron los planos en escala 1:25.000 suministrados por Cormagdalena, elaborados por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos (LEH – UN: Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá)] y el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores (LEH – LF, Universidad del Norte, Barranquilla). El nivel de referencia (N_R) para el tramo en estudio, está definido como el nivel de aguas bajas que es igualado o superado el 95% del tiempo. Bajo este nivel de aguas se busca mantener la profundidad mínima necesaria para el paso de la embarcación de diseño.

Los datos sobre los N_R en Barrancabermeja y Puerto Berrío son tomados de la información del IDEAM. Los abscisados corresponden a los planos del LEH – LF según se muestra a continuación (Cuadro 1).

Cuadro 1. Abscisados y nivel de reducción en los dos puertos extremos del tramo en estudio
Estación	Abscisa (km)	NR (m s.n.m.)	nivel mínimo registrado (m s.n.m.)
Puerto Berrío	770 + 000	107,07	106,55
Barrancabermeja	667 + 000	71,77	71,02
Fuente: LEH – UN (Tablas 3.2 y 3.3, Estudio de Caracterización... diciembre, 2000)

La pendiente hidráulica promedia del tramo se estima en 0,30 metros por kilómetro.

Condiciones actuales del canal navegable

Las condiciones de navegación actuales para embarcaciones mayores, para el tramo en estudio, son las siguientes :

Calado disponible en verano	1,50 m (5 pies)
Anchura del cauce en aguas mínimas	Variable entre 600 m y 2.400 m
Anchura de solera canal navegable	60 m
Velocidad promedio del agua en el canal	aproximadamente 1,5 m/s

La profundidad objetivo para el año 2019 es de 2,10 m (7 pies)

Embarcaciones de diseño

El transporte en el río Magdalena es prestado por empresas de carácter privado. Las empresas deben solicitar licencia ante la Dirección de Transporte Fluvial del Ministerio de Transporte, estar registradas y demostrar su capacidad para mantener el servicio.

La flota fluvial existente para cargas mayores ha sido adaptada para la anchura de canal disponible y la profundidad confiable durante la mayor parte del año, para los diversos tramos del río. Hasta la fecha, el mayor tráfico se desarrolla en el tramo entre Barrancabermeja y Cartagena. Las dimensiones típicas de las barcazas utilizadas con mayor frecuencia (95%) en dicho tramo, son las siguientes:

Calado	1,80 m (6 pies)
Manga	10 m a 13 m
Eslora	45 m a 60 m

La profundidad mínima necesaria para que las barcazas puedan navegar a carga plena es de 2,10 m (7 pies) que incluyen los 1,8 m (6 pies) del calado más 0,3 m (1 pie) de profundidad como margen de navegación.

En el Cuadro 2. se muestra la nomenclatura usada para las diferentes conformaciones de convoyes. En el Cuadro 3., las dimensiones típicas de los convoyes más frecuentes en el río para los diversos tramos.

Cuadro 2. Nomenclatura de convoyes de carga
Configuración	Nombre)	Forma del convoy
Remolcador + una barcaza	R-B	[imagen:R-B]
Remolcador + dos barcazas en paralelo (pacha)	R-2B	[imagen:R-2B]
Remolcador + dos barcazas en serie (puya)	R-B-B	[imagen:R-B-B]
Remolcador + cuatro barcazas en dos hileras de a dos	R-2B-2B	[imagen:R-2B-2B]
Remolcador + seis barcazas en tres hileras de a dos	R-2B-2B-2B	[imagen:R-2B-2B-2B]
Remolcador + seis barcazas en dos hileras de a tres	R-3B-3B	[imagen:R-3B-3B]
Fuente:HE-SDG 2001

El convoy más largo (R-2B-2B-2B), alcanza una longitud total del orden de 254 m, con una anchura total de 26 m. Con los sobreanchos necesarios para la seguridad de la operación, la anchura total mínima del canal navegable para una sola vía de este convoy debe ser de 40 m.

Por su parte el convoy más ancho (R-3B-3B) exige una anchura en la solera del canal del orden de 60 m para su navegación segura.

Cuadro 3. Dimensiones y conformación típicas de los convoyes más grandes que operan actualmente en el río Magdalena
dimensiones del convoy		La Dorada - Pto. Berrío	Pto. Berrío - B/bermeja	B/bermeja - costa norte
remolcador	eslora (m)	22	32	36
	manga (m)	4,8	6,3	11,0
	potencia (HP)	800	1.440	2.100
barcaza	eslora (m)	45	53	60
	manga (m)	10,5	11,2	12,7
longitud total (m)	contra corriente	112	138	216
	con la corriente	67	138	156
anchura total (m)	contra corriente	10,5	22,5	25,4
	con la corriente	21	22,5	38,1
capacidad transportadora (t)	contra corriente[2]	750	2.650	5.500
	con la corriente	–	–	6.600
composición típica (ver cuadro 2.)	contra corriente	R-B-B	R-2B-2B	R-2B-2B-2B
	con la corriente	R-2B	R-2B-2B	R-3B-3B
Fuente:HE-SDG 2001

La capacidad de transporte de las barcazas varía entre 100 y 1.200 t/barcaza. La potencia de remolcadores es del orden de 2.000 HP. Para seis barcazas, la capacidad total usualmente utilizada por convoy es de 6.000 toneladas. En épocas de aguas bajas, se acostumbra cargar las barcazas a menor capacidad, para obtener un menor calado.

Para el tramo entre Barrancabermeja y Puerto Berrío, se usan hoy en día remolcadores y barcazas de menor tamaño. Es frecuente también cargar las barcazas grandes por debajo de su capacidad para obtener menor calado. Se considera normal el tráfico de convoyes hasta de 3.000 toneladas en este tramo, en configuración R-B y R-2B, con remolcadores del orden de 1.400 HP.

Aunque en el tramo entre Puerto Berrío y Puerto Salgar/La Dorada, han navegado embarcaciones y convoyes R-B hasta de 1.000 toneladas, en la actualidad no hay navegación permanente, salvo un transporte de productos minerales desde Puerto Nare hacia la costa Caribe, mediante convoyes R-B de 800 toneladas.

En el presente proyecto se busca optimizar el tramo del río para que entre Barrancabermeja y Puerto Berrío transite en el futuro inmediato, como convoy de diseño, el tipo R-2B-2B-2B, con capacidad nominal del orden de 6.000 toneladas por convoy.

Para el futuro, puede ser que se incorporen al río embarcaciones diferentes, con calados mayores o menores que los actuales o que requieran conformación diferente de los convoyes o unidades autopropulsadas de gran capacidad.

Ante la incertidumbre en cuanto a la flota del futuro para el río Magdalena (que finalmente será determinada por el mercado y el comportamiento de la demanda y las facilidades de la oferta), se ha adoptado el criterio de definir, por una parte, un escenario base: el canal navegable en su condición actual y al otro extremo, un escenario máximo posible dentro de las condiciones físicas y de acuerdo con las obras de ingeniería que, dentro del estado actual de conocimiento, se pueden acometer con razonable seguridad.

Dentro de estos dos escenarios, (el actual y el ideal), se podrán inscribir diversas etapas de expansión gradual y la oferta se irá adaptando a las exigencias de la demanda. En tales condiciones, se podrá llegar al estado ideal en que las embarcaciones se vayan adaptando al río disponible, mientras el río va siendo adaptado gradualmente en función de la demanda.

En el estudio de demanda HE-SDG 2001 se analizaron en detalle las diversas alternativas en la conformación de la flota, aprovechamiento de las anchuras disponibles, cambio de flotas para diversos tramos del rio, etc. Las soluciones diferirán en cuanto al número de contenedores susceptibles de ser transportados por año por cada tipo de convoy y la selección final la hará la empresa privada, en función de los costos involucrados.

Metodología empleada para el diseño de las obras

El diseño de las obras para mejoramiento del canal navegable ha sido adaptado del procedimiento usado en el río Mississippi y sus tributarios, por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de América (USACE), bajo la supervisión de la Environmental Protection Agency (EPA). Este procedimiento ha sido puesto en práctica de manera consistente desde mediados del siglo XX y ha demostrado ser el más efectivo en términos de costos.

La metodología se basa en procedimientos matemáticos y empíricos que utilizan datos existentes sobre el río para establecer los criterios de diseño. Se parte del principio de reconocer que el sistema existente en el río tiene ya incorporadas, en grado cuasi – infinito, todas las variables matemáticas, tales como: la hidrografía permanentemente variable; sedimentos variables en tamaño y en su composición de fondo y en suspensión; dinámica permanente en la geometría plana (alineamientos y curvaturas); materiales variables de orillas, pendientes, etc. Por consiguiente, si se usa la información procedente del mismo sistema natural del río para desarrollar los criterios de diseño, se estarán incorporando todas las variables del sistema, conocidas o desconocidas y con ello se estará incrementando el rango de certeza en los diagnósticos.

El método general se basa en la determinación del valor numérico predominante de la conductividad hidráulica (hydraulic conveyance en la literatura en inglés) en las diversas secciones transversales del río, en las condiciones de cauce lleno, cuyo caudal se considera predominante y es el más representativo para la dinámica geomorfológica del cauce (Petts, Calow 1996). Las modificaciones antrópicas que se introduzcan en la sección geométrica (mediante diques y dragados) para buscar la formación de un canal navegable permanente, deben respetar el valor original de la conductividad hidráulica en la nueva forma geométrica inducida.

K = Ad^2/3

En donde:

K = conductividad hidráulica en m^4/3)

A es el área de la sección transversal en m²,

d es la profundidad en m

La conductividad hidráulica resulta en m^4/3), de la sección gemométrica por debajo de un nivel de aguas igual al nivel de aguas mínimas de referencia más una altura de lámina de varios metros que depende de la sección considerada (ver Figura 1.). Esta altura de lámina sobre el nivel de referencia (o nivel de reducción) representa aproximadamente una altura a “banca llena”, la cual es a su vez representativa del caudal dominante en la configuración de las características geométricas del cauce.

Sección típica de canal navegable con anchura controlada
W_am = Anchura del río en aguas mínimas controladas (en m) > anchura del canal navegable
N_r = nivel de referencia o nivel de reducción en m
A = área de la sección transversal en m²
d = profundidad en m; conductividad (K) en m^4/3

En la figura 1 se muestran los elementos que intervienen en el cálculo numérico. La idea central es que el área que se quita por los diques y enrocados, sea adicionada por el trabajo natural del río para conservar el mismo valor numérico de la conductividad hidráulica (en m^4/3). Inicialmente y para acelerar el proceso, se acostumbra realizar un dragado de inducción que el mismo río se encargará de mantener.

La selección de la conductividad hidráulica como parámetro del diseño se basa en estudios de Anding (1970), quien demostró la consistencia existente en la conductividad hidráulica entre los cruces y las curvas para este caudal dominante y en los estudios de Biedenharn (1987) que demuestran que la gran mayoría del sedimento total es transportada por los estados de banca llena o menores. El término Ad^2/3 es derivado de la fórmula de Manning para el caudal, donde d (profundidad) reemplaza en la práctica al radio hidráulico, en ríos como el Magdalena en su sector medio, cuyo ancho es muchísimo mayor que la profundidad.

Dicho en otras palabras, para un caudal constante (de agua más sedimentos), la conductividad será aproximadamente la misma en todas las secciones. No es exactamente igual, porque el caudal no es nunca constante en un río aluvial, además de que en cualquier momento la sección está en proceso de erosión o de sedimentación, dependiendo del estado hidrográfico en el momento anterior, por lo cual nunca tiene el tiempo necesario para ajustarse a las nuevas condiciones.

No obstante, los estudios continuos durante casi 30 años en el sistema del Mississippi muestran una razonable consistencia entre la conductividad hidráulica y las condiciones morfológicas del canal navegable para todas las secciones en el río, lo cual indica que el caudal es esencialmente proporcional a la conductividad hidráulica y se infiere que si se da tiempo para que un caudal determinado uniformice el cauce, todas las secciones transversales se ajustarán a esta condición. Los estudios de campo también han demostrado que la preponderancia de erosión o de sedimentación en una sección individual, tiende a ocurrir en las áreas ocupadas por el canal principal, mientras en los canales secundarios de la sección, la dinámica es mucho menos notoria.

Es importante señalar que, de esta manera, se permite que el flujo natural hidrológico del río continúe funcionando de acuerdo con sus propias características. En otras palabras, con las obras diseñadas sólo se gobiernan las aguas bajas en épocas de verano y no se altera ni obstruye el paso de los caudales de aguas altas o de crecientes. Para emplear este enfoque empírico, es necesario reconocer también que:

1. ocurre un cambio permanente en las secciones individuales del río para mantener uniforme su conductividad hidráulica;
2. los valores de la conductividad hidráulica a cauce lleno son consistentes
3. de los elementos que integran la ecuación del flujo hidráulico, sólo las dimensiones geométricas -alineamientos generales, anchura de canal y altura de diques- puede ser manejadas por la ingeniería; los demás elementos dependen de factores que escapan a su control, como el caudal (función de la hidrología en ríos con libre escorrentía), las características de los materiales del cauce y la pendiente longitudinal del río y del valle aluvial.

A continuación se detallan los elementos, criterios y procesos seguidos para estimar el tipo de obras por realizar en el río, para tratar de inducir la formación de un canal de navegación permanente durante la época de aguas mínimas.

Anchura de diseño del cauce para aguas mínimas

Se calculó la anchura mínima de diseño posible para el cauce de aguas bajas, basada en la geometría preponderante. La idea consiste en fijar dicha anchura mediante la construcción gradual de obras de encauzamiento de flujos mínimos, para que con la contracción, la dinámica del río excave hasta profundidad deseada para el canal navegable. A menor anchura del cauce, se requiere mayor cantidad de obras, pero se garantizan mayores profundidades. Dentro de ese cauce de aguas mínimas, se inscribe el canal de navegación, con la anchura suficiente para permitir el paso de embarcaciones con las máximas dimensiones esperadas. El procedimiento seguido se describe a continuación.

1. Con base en datos tomados de los planos se calculó el radio característico de las curvaturas del río y se definió como representativo el radio mínimo de 900 metros (3.000 pies).

2. Se determinó la anchura predominante de las secciones transversales en sitios donde nunca ha existido problema de navegación por profundidades. Con la curvatura mínima adoptada, se trazaron plantas con anchuras de 300 m y 500 m para el cauce de aguas mínimas, siguiendo la forma general del alineamiento actual y evitando al máximo los cortes y rectificaciones.

3. Mediante curvas empíricas desarrolladas por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos (ver Figura 2.^[3] ), se determinó la anchura de canal navegable necesaria para que el máximo convoy de los que circulan por el río, compuesto por un remolcador y 6 botes, con dimensiones máximas (en conformación de puya R-2B-2B-2B) pueda navegar fácilmente por las curvas de 900 metros de radio, en viaje de bajada. Esta anchura es de 76 metros, la cual sería la máxima posible en curvas para el sector considerado, para una sola vía, pero permite perfectamente el cruce de los convoyes en los alineamientos rectos.

4. Se dibujaron secciones transversales representativas del río en el sector estudiado (Berrío – Barrancabermeja) y se determinó para cada sección, la profundidad bajo el nivel de reducción en el punto con fondo más alto del canal navegable. A partir de esta línea se calcularon los valores de la conductividad por fuera de la anchura de cauce mínimo, hasta las orillas y por debajo de la línea de cauce lleno.

5. Con base en los valores de conductividad hidráulica se determinaron las curvas de diseño más convenientes para las diversas profundidades necesarias en los diferentes tramos.

Las curvas de diseño para el tramo Puerto Salgar – Puerto Berrío se muestran en la Figura 3^[4] donde se observa que la máxima profundidad que podría obtenerse bajo el nivel de reducción es del orden de 2,6 metros, angostando hasta 300 metros el cauce de aguas mínimas. Para 500 metros de cauce de aguas mínimas, la máxima profundidad alcanzable estaría del orden de 1,7 metros.

Las curvas de conductividad hidráulica muestran también otra ventaja de este método: la posibilidad de aumentar de manera gradual la profundidad del canal navegable, a medida que lo exige la demanda de transporte, mediante un aumento gradual y calculado en forma técnica, de las obras de contracción del cauce y manejo de flujos mínimos.

Condiciones máximas posibles del canal navegable para el tramo

De acuerdo con los análisis efectuados de manera preliminar, las condiciones máximas posibles del canal navegable se sintetizan a continuación:

Calado disponible en verano	2,70 m (9 pies)
Anchura del cauce en aguas mínimas	500 m
Anchura de solera canal navegable	119 m

Las anchuras y profundidades indicadas permitirían la navegacin de convoyes hasta de 15 botes entre Puerto Berrío y Barrancabermeja.

Como objetivo para el año 2019, se espera cumplir con las siguientes condiciones de navegabilidad:

Profundidad disponible en verano	2,10 m (7 pies)
Horario de navegación	24 horas diarias
Anchura de canal	1 vía para convoy R-3B

Tipos y cantidades de obras por ejecutar

Las obras para control de aguas de verano consisten en la combinación de revestimientos y de diques. En general, para modificar las secciones transversales para el manejo de aguas mínimas, se utilizan cuatro tipos de obras, mostradas de manera esquemática en la Figura 4(a) (:Figura 5.9 (a).) y de manera detallada en los planos que acompañan el presente informe.

Una estructura determinada puede constar de uno o varios de los tipos indicados, dependiendo de su función, su colocación dentro del río y las condiciones físicas del cauce donde se inscribe la estructura.

Revestimiento en trincheras. Se usa para revestir orillas que están en proceso de erosión o para conformar alineamientos futuros de la orilla para rectificaciones del cauce. Este tipo de estructuras es fundamental para evitar la divagación del cauce y poder fijar y estabilizar el canal navegable. El flujo es esencialmente paralelo a la estructura. La trinchera se diseña para permitir el escurrimiento de un volumen adecuado de material hacia el hueco que produzca la erosión calculada (normalmente entre 1 y 2 m bajo el nivel de referencia), a lo largo de la estructura. El recubrimiento debe cubrir toda la altura necesaria hasta un punto donde la vegetación (natural o inducida) pueda prevenir la erosión. Dentro de esta clasificación se han diseñado las secciones típicas siguientes:

Tipo A -1: Fondo del río hasta 4,50 m al pie de la orilla está más alto que el nivel de referencia

Tipo A-2: Fondo del río mas bajo que N_R y orillas en proceso de erosión

Tipo B: Construcción inicial totalmente en tierra

Tipo C: Terreno natural del lado de tierra del EPE^[5] , total o parcialmente bajo el talud proyectado del revestimiento.

Enrocados de alineamiento. Son estructuras que se construyen en el fondo del río para rectificar alineamientos, o para dirigir el flujo en cruces y áreas donde la orilla es demasiado baja para permitir la construcción de un revestimiento en trinchera. Los detalles se muestran en la Figura 4 (b). El flujo puede ser longitudinal o transversal a la estructura. Este tipo de estructura requiere que la trinchera contenga material rocoso en volumen suficiente para permitir el escurrimiento de la roca hacia la parte erosionada (como en la categoría I), y hacia la parte de aguas abajo de la estructura , además de que la parte superior debe resistir las cargas hidráulicas que se desarrollan a través de la estructura.

Dentro de esta categoría están las secciones típicas siguientes:

Tipo E: Transición de revestimiento a dique

Tipos F, F-1, F-2: Terreno natural sobre N_R

Tipo G: Dique paralelo a la orilla, con terreno natural encima o debajo del N_R

Diques direccionales de aguas bajas. Los diques se utilizan para orientar las líneas de corriente. promover el desarrollo de nuevas orillas, controlar el flujo de aguas bajas en brazos menores y servir como pantallas hacia tierra en complemento de la acción de los revestimientos de fondo. Ver Figura 4(c). Como esencialmente todo el flujo es transversal a estas estructuras, están diseñadas para soportar las cargas hidráulicas que se generan a través de la estructura y deben prever el volumen de enrocado para llenar y estabilizar el hueco de erosión que se forma aguas abajo.

Las secciones típicas clasificadas en esta categoría son:

Tipo H: Dique paralelo o transversal, en agua, terreno natural bajo N_R

Tipo J: Dique paralelo o tranversal, terreno natural sobre N_R (playones altos, piso suelto). Ancho de corona 3 m,

Tipo K: Dique paralelo o tranversal, terreno natural sobre N_R, piso firme, ancho de corona 6 m.

Tipo L: Dique triangular, piso firme bajo N_R

Anclajes de los diques en enrocado. Sirven para empotrar las estructuras en los barrancos laterales del río. Los tipos más frecuentes son los siguientes:

Anclaje Tipo M: Barranco de orilla alto, respecto al N_R

Anclaje Tipo N: Barranco de orilla bajo, respecto al N_R

Diques direccionales en geotubos. En aquellos sitios en donde se dificulte la colocación de enrocados y en todos los casos en donde económicamente resulte favorable, se usarán diques de geotubos. Estos son cilindros de gran diámetro (Ø > 1 m) y gran longitud (de hasta 100 m), fabricados en geotextil (polipropileno); se llenan por bombeo con arena del mismo material de dragado, mediante bocas de acople y de alivio de presiones que vienen colocados en fábrica.

Existen muchos artículos técnicos^[6] que ilustran experiencias de proyectos ya construidos, para múltiples propósitos manejo costero, fluvial y ambiental, en diversas partes del mundo. Las principales ventajas observadas en el geotubo son:

• Suficiente permeabilidad para aliviar el exceso de presión interior de agua
• Retiene hasta el 100% del material dragado (en geotextil no tejido)
• Resiste las presiones de llenado y las cargas activas sin rupturas de los sellos o del geotextil
• Resiste las fuerzas de abrasión mecánica durante las operaciones de llenado
• Soporta los esfuerzos de desdoblamiento y colocación
• Resiste los esfuerzos cortantes y los desgarramientos
• Resiste la luz ultravioleta
• Tiene muy larga duración y mínimos requerimientos de mantenimiento.

El geotubo almacena un gran volumen y peso de sedimento. Este gran peso, unido a la resistencia propia del material sintético contra los esfuerzos de tensión y de corte, proporciona un dique estable aún en esfuerzos debidos a las crecientes. Además, el hecho de ser permeable al agua pero que impide la salida de los sedimentos, significa que alberga el material sin permitir que se disperse en sitios no deseados.

Ambientalmente se ha comprobado que en las áreas confinadas por geotubos, se propicia el crecimiento de vida silvestre (vegetal y animal), porque retienen los sedimentos y se establece una relación suelo – agua análoga a las condiciones naturales de los humedales. Al mismo tiempo proporciona un recinto seguro para confinamiento de material contaminado que, en su posición bajo capas de sedimentos, no ofrece peligro pero que, al ser dragado nuevamente, podría ponerse en suspensión e iniciar un proceso de bioacumulación en la cadena trófica.

Para efectos del presente estudio, se ha supuesto la colocación de geotubos elípticos de 1,50 m de altura y 3,21 m de ancho mayor, con un volumen de 4,13 m³/m lineal, en rellenos de arenas procedentes del mismo material de dragado. De esta manera se logra la estabilidad del dique en épocas de aguas altas.

Cuadro 5. Resumen de actividades o procesos susceptibles de causar impactos ambientales
Actividades o procesos		Descripción
Actividades preliminares	Movilización del contratista	Instalación del contratista, obtención de permisos, servidumbres, alquiler o compra de zonas de campamento, zonas de acopio, adecuación de vías de acceso y demás actividades necesarias previas a la iniciación de las obras propiamente dichas.
Localización de las obras	Trabajos topográficos y batimétricos para materialización de señales en el terreno para delimitación de sitios de trabajo.
Contratación de mano de obra	Proceso de contratación de personal no calificado de la zona del proyecto.
	Construcción de obradores: campamentos, talleres y almacenes	Construcción provisional de oficinas de obra, zonas de acopio de materiales y almacén de elementos y maquinaria requeridos.
	Utilización/operación de maquinaria en tierra	Traslado y operación de maquinaria rodante en el sitio de obras: retroexcavadora, bulldozer cargador, volquetas
	Utilización/operación de maquinaria en agua	Traslado y operación de maquinaria flotante en el sitio de obras: planchones, remolcadores, lanchas, bongos auxiliares
Suministro de materiales (explotación de fuentes de materiales y transporte a zonas de acopio)	Explotación de fuentes de materiales en canteras existentes o nuevas cercanas al río en los municipios de Puerto Berrío y Yondó,	Incluye todas las actividades de extracción, trituración clasificación y almacenamiento temporal de material rocoso para las obras, procedentes de canteras para su utilización en los procesos de construcción de obras de control de aguas bajas
	Transporte de materiales de cantera a zonas de acopio	cargue y transporte
Obras de encauzamiento en las orillas y el cauce	Excavaciones para trincheras y anclajes de estructuras	Limpieza, descapote y excavación en zonas de orilla para trincheras de revestimiento y anclajes de estructuras.
	Transporte y colocación de materiales en obra	Movimiento terrestre o fluvial de los materiales entre las zonas de acopio y los sitios de disposición final en trincheras, diques o anclajes. [separar terrestre y acuático]
	Enrocados de protección en orillas	Colocación de capas de enrocado para protección de los taludes de las orillas y provisión para futuras socavaciones.
	Diques direccionales	Colocación de enrocados dentro del cauce para encauzar las aguas bajas hacia el canal navegable.
	Construcción de embarcaderos y estructuras portuarias, provisionales o permanentes.	Construcción de muelles, rampas, escaleras, pilotes y tablestacas metálicas.
	Señalización y ayudas de navegación	Colocación de boyas y señales para seguridad en las obras.
	Dragados de inducción	Excavaciones con dragas hidráulicas para conformar zonas de cimentación de estructuras dentro del cauce o para iniciar proceso de profundización del canal navegable.
	Dragados para relleno de geotubos
Obras finales	Limpieza y desmantelamiento	Restauración de los sitios de trabajo, retiro de escombros, limpieza final de zonas ocupadas, retiro definitivo del contratista.

Objetivo del proyecto

El proyecto de obras de encauzamiento del río Magdalena en el sector Barrancabermeja – Puerto Berrío, tiene por objeto reactivar la navegación comercial en dicho sector que actualmente se realiza de manera muy precaria, para transportar un volumen de 200.000 toneladas por año y que en el futuro podría llegar a ser del orden de 2,6 millones de toneladas por año, con economías sustanciales en los costos de transporte y beneficios de orden local, regional y nacional.

En este capítulo se describen las proyecciones de demanda de cargas y los conceptos que sustentan la necesidad de optimización de la navegación fluvial en este tramo.

Necesidad de la optimización de la navegación fluvial

El resumen de los últimos resultados de la asignación de la Demanda de Carga al Río Magdalena, presentado en el Capítulo 2 de la Fase III del estudio HE-SDG 2001, mediante la aplicación del modelo STAN, determina las diversas alternativas de rehabilitación de puertos y de mejoramiento de las condiciones de la vía fluvial para la reactivación de la navegación. Los apartes pertinentes al tramo Puerto Berrío – Barrancabermeja de dicho estudio se explican, sintetizan o copian literalmente a continuación.

El Río Magdalena constituye un sistema de transporte de carga con grandes ventajas para la movilización de altos volúmenes, en razón al ahorro en los costos de transporte. Si bien los tiempos de viaje totales son mayores para el modo fluvial que para los modos carreteros o férreo, el fluvial es una alternativa muy aceptable en términos de tiempos y costos para los productos que poseen un valor constante en el tiempo, como es el caso de los productos no perecederos.

Los productos como el ganado y el café, a los cuales un tiempo de viaje alto podría afectar sus características, serían difícilmente captados por el río. En el caso del café, en el futuro podría ser "contenedorizado" directamente en los sitios de origen, con el objeto de movilizarlo por el río.

Una comparación entre los costos actuales de transporte para los diferentes modos, muestra de manera evidente la ventaja del sistema fluvial:

Hidrocarburos	$33/tkm	Barrancabermeja-Cartagena-Barrancabermeja
Carbón	$22/tkm	Tamalameque-Cartagena-Tamalameque
Modo férreo	$40/tkm
Modo carretero	$62/tkm

Por su parte, los costos de la construcción de la infraestructura también favorecen al modo fluvial, como se observa a continuación:

Construcción de carretera	US$2,0·106/km
Adecuación sistema fluvial	US$0,8 ·106/km

Definición de alternativas

En el estudio de demanda se definieron cinco escenarios alternativos para la determinación de la demanda potencial, contemplando el mejoramiento diferencial de la infraestructura existente en los puertos de Barrancabermeja, Puerto Berrío y Puerto Salgar – La Dorada, permitiendo el movimiento de todos los tipos de carga en los que se clasificaron los productos para la modelación. Así mismo, se propuso la adecuación de la vía fluvial, con el objeto de asegurar un calado mínimo disponible y navegación 24 horas al día.

En el Cuadro 4. y la Figura 4. se indican las alternativas propuestas, clasificadas según el calado mínimo disponible, el rendimiento de los equipos y el tipo y objeto de la inversión.

Para las instalaciones portuarias de Puerto Berrío, se propuso la movilización de carga general, contenedores, graneles sólidos, carbón y graneles líquidos.

Cuadro 4 Escenarios alternativos de reactivacion de la navegación
Alternativa	Puertos a mejorar	Calado mínimo disponible	Tipo de inversión	Objeto de la inversión
3A	Barrancabermeja	1,83 m (6 pies)	baja	puertos y vía fluvial
3B	Barrancabermeja	2,44 {8 pies}	alta	puertos y vía fluvial
4	Barrancabermeja	1,83 m (6 pies)	baja	puertos y vía fluvial
	Puerto Berrío	0,91 m (3 pies)	baja
5	Barrancabermeja	1,83 m (6 pies)	alta	puertos y vía fluvial
	Puerto Berrío	1,37 (4,5 pies)	alta
1	Barrancabermeja	1,83 m (6 pies)	baja	puertos y vía fluvial
	Puerto Berrío	0,91 m (3 pies)	baja
	Puerto Salgar - La Dorada	0,91 (3 pies)	baja
2	Barrancabermeja	1,83 (6 pies)	alta	puertos y vía fluvial
	Puerto Berrío	1,37 (4,5 pies)	alta
	Puerto Salgar - La Dorada	1,21 (4 pies)	alta
Fuente: Ministerio de Transporte, 2006

[ALTERNATIVA 3A] [ALTERNATIVA 3B]

[ALTERNATIVA 4] [ALTERNATIVA 5]

[ALTERNATIVA 1] [ALTERNATIVA 2]

Figura 4. Escenarios alternativos de reactivación de la navegación

Los escenarios alternativos están además clasificados según el valor -alto o bajo- de las inversiones, dependiendo del calado mínimo que se pretenda asegurar para los períodos de verano. En el Cuadro 5. se indican los parámetros tenidos en cuenta para aclarar la modelación de los equipos en puerto.

Cuadro 5. Parametros de modelación - Escenarios de reactivación de la navegación
tipo de muelle	carga general	contenedores	graneles sólidos	carbón	graneles líquidos
Rendimiento carga (t/hora)	40	17 TEUs	100	100	50
Espera en muelle (horas)	12	24	12	12	12
Capacidad muelle* (t/año)	200.000	200.000	200.000	200.000	200.000
* Valores para muelles nuevos o ampliados

Las primeras alternativas se analizaron en un escenario sin reactivación del Ferrocarril del Atlántico. Las alternativas finales se analizaron además teniendo en cuenta la reactivación del Ferrocarril del Atlántico en competencia con el río.

Demanda de cargas

Los resultados de las diversas alternativas para la movilización de cargas en Puerto Berrío se resumen en el Cuadro 6.

Cuadro 6. Demanda esperada en Puerto Berrío para las diversas alternativas
Alternativa	Descripción	Carga anual (t/año)
		Entra	Sale	Total
3A	Reactivación hasta Barrancabermeja Alta inversión	12.768	27.181	39.949
3B	Reactivación hasta Barrancabermeja Baja Inversión	11.919	23.167	35.086
4	Reactivación hasta Puerto Berrío. Baja Inversión	646.516	646.516	1.293.032
5	Reactivación hasta Puerto Berrío. Alta Inversión	1.250.906	1.375.543	2.626.449
1	Reactivación hasta Puerto Salgar. Baja Inversión	527.350	554.996	1.082.346
2	Reactivación hasta Puerto Salgar – La Dorada. Alta Inversión	627.359	770.621	1.397.980
1 con FFCC	Reactivación hasta Puerto Salgar – La Dorada. Baja Inversión. Con ferrocarril	492.974	473.113	966.087
2 con FFCC	Reactivación hasta Puerto Salgar – La Dorada. Alta Inversión. Con ferrocarril	608.775	729.972	1.338.747

Los escenarios 3 A y 3B fueron ya superados, puesto que con la inversión ya realizada en Puerto Berrío el volumen movilizado ha ascendido desde prácticamente cero (0) en el 2001, hasta cerca de 200.000 toneladas en 2005.

Con los escenarios de expansión del sistema hasta Puerto Berrío (Alternativas 4 y 5), podrían llegarse a movilizar 7,48 millones de toneladas por el río Magdalena, los cuales estarían conformados principalmente por granel sólido, carga general suelta y contenedores. Es importante destacar un gran número de contenedores movilizados, dada la cercanía de Puerto Berrío con la región de Antioquia, una de las principales generadoras de carga del país.

Con estas inversiones, Puerto Berrío pasaría de un movimiento de carga muy bajo (aproximadamente 200.000 toneladas anuales a convertirse en un puerto fluvial tan importante como Barrancabermeja, Cartagena y por encima de Barranquilla.

Con la expansión del sistema hasta Puerto Salgar – La Dorada, Puerto Berrío perdería alguna importancia, pero de todas maneras seguiría movilizando más de un millón de toneladas por año, lo cual justificaría la inversión, por los ahorros en combustible y los menores costos ambientales que dicho volumen representa. Hay que tener en cuenta, además que en un escenario de rehabilitación de Puerto Salgar – La Dorada, con reactivación del Ferrocarril del Atlántico, el Río Magdalena dejaría de movilizar las cargas que serían atraídas por el modo férreo y que estarían representadas básicamente por contenedores vacíos y carbón con origen en Lenguazaque (Cundinamarca).

En resumen, se espera que con la reactivación de la navegación en el tramo Puerto Berrío – Barrancabermeja, se movilizarán por las instalaciones portuarias de Puerto Berrío más de un millón de toneladas/año, llegando hasta 2,6 millones de toneladas/año en el escenario más optimista. Este volumen es mayor que el movilizado actualmente por el río en el tramo Barrancabermeja - Cartagena, lo cual muestra la importancia que tiene este proyecto para la economía en los ámbitos local, regional y nacional.

En el estudio de demanda de (HE-SDG, 2002), la capacidad del canal navegable se definió por el número de embarcaciones o el volumen de cargas que pasan por un determinado tramo o sector y es función de los siguientes factores:

1. El tipo de la embarcación máxima que puede transitar en cada tramo (embarcación de diseño), la cual a su vez está limitada por la profundidad y la anchura del canal navegable, la altura de los puentes y la curvatura mínima en el río.
2. Velocidad del viaje (km/h)
3. El tiempo de viaje (horas)
4. El número de embarcaciones por kilómetro (determinadas por la mínima distancia permitida)
5. El número de contenedores por embarcación (TEU/convoy)
6. El factor de carga de los contenedores (Ton/TEU)
7. Operatividad diaria (horas/día)
8. Operatividad anual (días/año)

En dicho estudio se encontró que la capacidad máxima del tramo Barrancabermeja –Puerto Berrío sería del orden de 4,4 millones de contenedores/año (60 millones de toneladas/año), con 206 convoyes simultáneos. Estas condiciones ideales podrían ssr buscadas y logradas en el tiempo, a medida que la demanda lo exija.

Para la demanda máxima esperada en Puerto Berro, para el horizonte del estudio de demanda, del orden de 2,6 millones de toneladas por año, el número de convoyes necesarios se calcula con criterios semejantes, de la siguiente manera: Cuadro 7.

Cuadro 7. Número de convoyes necesarios para demanda máxima en Puerto Berrío (tramo completo Cartagena – Puerto Berrío)
parámetro	unidad	cantidad
Convoy máximo	N°de botes	6
Capacidad de cada bote	ton/bote	1.000
Capacidad por convoy	ton/convoy	6.000
Factor de carga	(ton/TEU)	14
Capacidad en TEUS	TEU/convoy	429
Longitud tramo Cartagena-Pto. Berrío	km	785
Velocidad promedia	km/h	7
Tiempo de viaje redondo (2xL/v)	horas	224
Rendimiento en puertos	TEU/hora	18
Tiempos de 2 cargues y 2 descargues	horas	95
Tiempos de 4 zarpes y atraques	horas	3
Tiempo total viaje redondo	horas	323
Duración del viaje ida/regreso	días de 24 h	13
Ciclos por año de 330 días	ciclos/año	8
Carga transportada	TEU/año/convoy	3.429
Tonelaje total por transportar	t	2.626.449
Toneladas por convoy por año	t/año	48.000
Número de convoyes necesarios	N°/año	55

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Apostillas

1. ^ . Documento elaborado por el ing. David Puerta Zuluaga en 05.-12.12.2006, revisado el 18.12.2006. Complementos y pequeñas modificaciones cosméticas de pregunta o aclaración elaboradas por LCGL.
2. ^ . Se indica la capacidad transportadora de carga, diferente de la capacidad remolcadora que incluye el peso propio de los botes del convoy.
3. ^ . Corresponde a la figura 5.5 de HE-SDG 2001.
4. ^ . Corresponde a la figura 5.6 de HE-SDG 2001.
5. ^ . EPE es el acrónimo de: Eje principal de la estructura
6. ^ . En especial se mencionan los siguientes:
   [1] US Army Engineer Waterways Experiment Station, Mayo de 1995: Dredged Material - Filled Geotextile Containers, Environmental Effects of Dredging, Technical Notes, Document EEDP –05-01;
   [2]: Landin, M.C., et al., 1996. New applications and practices for beneficial uses of dredged materials.
   [3]: Fowler, J, et al. Geotextile contained contaminated dredged material, Marina del Rey, Los Angeles, and Port of Oakland, California.
   [4]: De Bruin, P. y Loos, Christian, 1995. The use of geotubes as an essential part of an 8.8 m high North Sea dike and embankment, Leybucht, Germany. En revista “Geosynthetics World”, April/May, 1995, vol. 5, No.3.
   [5] Dunne, Mike, (7/16/98). “Soft dike” project paying off on Mississippi River, in The Advocate Online, Baton Rouge, Louisiana.