ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 1 Estudio de Caracterización y Descripción del Proceso Erosivo y sus Afectaciones Sobrelas Obras Civiles y Geotécnicas, Causado por el río Guayuriba en el Cruce Subfluvial del Gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400 Propiedad de la Transportadora de Gas Internacional TGI S.A. ESP, en el Municipio de Villavicencio (Meta – Colombia) y Recomendación de una Alternativa de Protección Geotécnica, Basada en el Monitoreo Realizado Durante los Años 2018 y 2019 Fuentes Rico Alvaro y Gutiérrez Puentes Andrea Katherine Universidad de Santander Facultad de Estudios de Posgrados Especialización en Geotecnia Ambiental Bucaramanga 2021
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ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 1
Estudio de Caracterización y Descripción del Proceso Erosivo y sus Afectaciones Sobrelas
Obras Civiles y Geotécnicas, Causado por el río Guayuriba en el Cruce Subfluvial del
Gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400 Propiedad de la Transportadora de Gas
Internacional TGI S.A. ESP, en el Municipio de Villavicencio (Meta – Colombia) y
Recomendación de una Alternativa de Protección Geotécnica, Basada en el Monitoreo
Realizado Durante los Años 2018 y 2019
Fuentes Rico Alvaro y Gutiérrez Puentes Andrea Katherine
Universidad de Santander
Facultad de Estudios de Posgrados
Especialización en Geotecnia Ambiental
Bucaramanga
2021
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Estudio de Caracterización y Descripción del Proceso Erosivo y sus Afectaciones Sobrelas
Obras Civiles y Geotécnicas, Causado por el río Guayuriba en el Cruce Subfluvial del
Gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400 Propiedad de la Transportadora de Gas
Internacional TGI S.A. ESP, en el Municipio de Villavicencio (Meta – Colombia) y
Recomendación de una Alternativa de Protección Geotécnica, Basada en el Monitoreo
Realizado Durante los Años 2018 y 2019
Fuentes Rico Álvaro y Gutiérrez Puentes Andrea Katherine
Trabajo de Grado para Optar por el Título de Especialista en Geotecnia Ambiental
Directora
Torrado Gómez Luz Marina Magíster en Geotecnia
Universidad de Santander
Facultad de Estudios de Posgrados
Especialización en Geotecnia Ambiental
Bucaramanga
2021
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Nota de Aceptación
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Nota de Aceptación
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 5
Agradecimientos
Queremos expresar nuestros más sinceros agradecimientos a nuestra directora, Ms.
Luz Marina Torrado Gómez, quién con su enfoque y asesoría permanente, ha contribuido para
presentar un producto de muy alta calidad; a nuestros docentes que nos ofrecieron esa
transferencia de conocimiento, sin guardarse nada que nos pudiera servir para ser mejores
profesionales; a la Universidad de Santander, a sus directivas y personal de apoyo quiénes
siempre nos han prestado su servicio con agrado; a nuestros compañeros de especialización,
porque practicando el trabajo en equipo; pudimos lograr el desarrollo de un excelente trabajo
colaborativo y a todas las personas que, de alguna manera, aportaron para que pudiéramos
culminar con éxito nuestra especialización.
Hacemos un reconocimiento a Armando López Gualdrón, funcionario de la biblioteca; quien
de manera desinteresada pero muy comprometida nos ha apoyado en el proceso y nos ha
dedicado parte de su tiempo para terminar este documento atendiendo los requerimientos de la
Universidad de Santander.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 6
Dedicatoria
Al Dios, todopoderoso, quien estaba antes del comienzo de todo y a quién debemos
quiénes somos y lo que hacemos; porque nos brinda sabiduría, inteligencia, capacidades y mueve
nuestras manos y a las personas que amamos y que aportaron con todo su apoyo posible para
que se lograra el objetivo de adquirir nuevos conocimientos en el curso de nuestra especialización.
Figura 8 Análisis Fotogeológico Multitemporal de 1969 a 2012 35
Figura 9 Análisis Fotogeológico Multitemporal de 2016 a 2021 36
Figura 10 Espigones de Gravicón y Pérdida de Márgen 37
Figura 11 Etapas de un río 38
Figura 12 Material de Arrastre Recolectado 41
Figura 13 Armado de Gavión Malla Electro Soldada 42
Figura 14 Espigones Fallados 1, 2 y 3 46
Figura 15 Socavación en los Gaviones 47
Figura 16 Diseño Inicial de Gaviones en Piedra 47
Figura 17 Diseño Inicial de Espigones con Módulos de Concreto 48
Figura 18 Proceso Constructivo de Gaviones y Espigones 49
Figura 19 Obra Geotécnica Terminada 49
Figura 20 Diseño General 50
Figura 21 Amenaza por Lluvias Torrenciales 54
Figura 22 Amenaza por Inundaciones 55
Figura 23 Método de Explotación Contínua 56
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Figura 24 Explotación Contínua de Cantera 57
Figura 25 Curva Granulométrica 62
Figura 26 Precipitación Media Multi Anual 63
Figura 27 Anáisis de Frecuencias de Caudales Máximos 66
Figura 28 Caudal Medio Mensual Multi Anual 68
Figura 29 Caudales Máximos Estación Puente Carretera 68
Figura 30 Modelo Digital Elevaciones río Guayuriba 70
Figura 31 Perfil Longitudinal de Velocidad en el Cauce 71
Figura 32 Perfil Longitudinal del Número de Froude 72
Figura 33 Variables Para Calculo de Socavación 74
Figura 34 Diseño de Alternativa 1 93
Figura 35 Recalce de Gaviones 94
Figura 36 Diseño de Alternativa 2 100
Figura 37 Detalle del Nuevo Diseño de Espigón 102
Figura 38 Diseño de Espigones Alternativa 3 103
Figura 39 Proceso Constructivo Alternativa 3 109
Figura 40 Esquema de la Propuesta de Obras Complementarias y de Reparación 109
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Lista de Tablas
Pág.
Tabla 1 Avance de Obras ............................................................................................................ 29
Tabla 2 Ambiente Geomorfológico rio Guayuriba ........................................................................ 40
Tabla 3 Contenido de Humedad .................................................................................................. 60
Tabla 4 Resistencia al Desgaste ................................................................................................. 61 Tabla 5 Ángulos de Reposo ........................................................................................................ 62
Tabla 6 Evaporación Promedio Mensual Multi Anual ................................................................... 64 Tabla 7 Caudales Máximos Para Diferentes Períodos de Retorno .............................................. 65 Tabla 8 Análisis de Frecuencias de Caudales Máximos .............................................................. 67 Tabla 9 Estimación de la Socavación General ............................................................................ 75 Tabla 10 Caudales de Sólidos Promedio ..................................................................................... 76
Tabla 11 Costos Alternativa 1...................................................................................................... 86 Tabla 12 Consideraciones Preliminares ...................................................................................... 95
Tabla 13 Costos Alternativa 2...................................................................................................... 99 Tabla 14 Costos Alternativa 3.................................................................................................... 108
Tabla 15 Análisis Multicriterio de Alternativas ............................................................................ 111 Tabla 16 Valor Presente Neto por Alternativas .......................................................................... 113
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Resumen
Título
Estudio de Caracterización y Descripción del Proceso Erosivo y sus Afectaciones Sobre
las Obras Civiles y Geotécnicas, Causado por el río Guayuriba en el Cruce Subfluvial del
Gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400 Propiedad de la Transportadora de Gas
Internacional TGI S.A. ESP, en el Municipio de Villavicencio (Meta – Colombia) y
Recomendación de una Alternativa de Protección Geotécnica, Basada en el Monitoreo
Realizado Durante los Años 2018 y 2019
Autores
Fuentes Rico Alvaro y Gutiérrez Puentes Andrea Katherine
Palabras Clave
Erosión, Espigón, Gavión, Guayuriba, Trenzado.
Descripción
El estudio de la caracterización y descripción de los procesos erosivos y sus afectaciones sobre
las obras civiles y geotécnicas, es considerado de gran importancia para proponer alternativas
técnicas contundentes y económicamente viables. Con el fin de responder a las necesidades
derivadas de la erosión hídrica, tan común en nuestro medio, e identificada en este caso en el
PK 008+400 del gasoducto Apiay Termo Ocoa, propiedad de la empresa Transportadora de Gas
Internacional, TGI, S.A. ESP, ubicado en el municipio de Villavicencio (Meta – Colombia); se
analizan posibles soluciones que contemplan elementos de contención como gaviones en piedra
y de recuperación de márgenes como espolones hechos con elementos cúbicos de concreto.
La metodología utilizada es de tipo mixta, ya que se realizó una exhaustiva investigación
documental, que conlleva la búsqueda, recopilación y análisis de información por medio de una
lectura crítica de documentos y materiales bibliográficos físicos y digitales, pero también se
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tienen en cuenta visitas al sitio de estudio, así como el análisis de resultados obtenidos en
simulaciones tipo HEC-RAS, y trabajos de laboratorio desarrollados previamente por
instituciones de alto reconocimiento.
Se identificaron y caracterizaron las condiciones del citado evento geotécnico, con base
en estudios previos realizados y en los recorridos frecuentes dispuestos por la empresa TGI
S.A. ESP para monitorear sus activos, así como los recorridos realizados por los autores para
hacer seguimiento del proceso constructivo y evaluar las soluciones geotécnicas que han sido y
serán implementadas en el área. Las propuestas de solución incluyen la construcción de
gaviones y de espigones; teniendo en cuenta que es una medida orientada a estabilizar el curso
del río, a reducir la velocidad de flujo en las inmediaciones de la margen izquierda a valores tales
que no pueda producirse erosión y a favorecer la sedimentación.
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Abstract
Title
Study of Characterization and Description of the Erosive Process and its Effects on Civil
and Geotechnical Works, Caused by the Guayuriba River at the Sub-River Crossing of the Apiay
Termo Ocoa gas Pipeline at PK 008+400 Owned by Transportadora de Gas Internacional TGI
S.A. ESP, in the Municipality of Villavicencio (Meta, Colombia) and Recommendation on the
Monitoring Carried out During the Years 2018 and 2019
Authors
Fuentes Rico Alvaro y Gutiérrez Puentes Andrea Katherine
Key Words
Erosion, Groyne, Gabión, Guayuriba, Braided.
Description
The study of the characterization and description of the erosive processes and their effects on
civil and geotechnical works, is considered of great importance to propose strong and
economically viable technical alternatives. In order to respond to the needs derived from water
erosion, so common in our environment, and identified in tihis case in PK 008+400 of the Apiay
Termo Ocoa gas pipeline, owned by the Company Transportadora de Gas Internacional TGI
S.A. ESP, located in the municipality of Villavicencio (Meta – Colombia); possible solutions that
include containment elements such as Stone gabions and the recovery of margins such as spurs
made with cubic concrete elements are analyzed.
The study carried out is of a mixed type, since an exhaustive documentary research was
carried out, which entails the search, compilation and analysis of information through a critical
Reading of documents and physical and digital bibliographic materials, but visits to the study site,
as well as the analysis of results obtained in HEC-RAS simulations, and laboratory work
previously developed by highly recognized institutions.
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The conditions of the aforementioned geotechnical event were identified and
characterized, based on previous studies carried out and on the frequent tours arranged by the
Company TGI S.A. ESP to monitor its assets, as well as the tours made by the authors to monitor
the construction process and evaluate the geotechnical solutions that have been and will be
implemented in the area. The proposed solutions include the construction of gabions and
breakwaters, taking into account that is a measure aimed at stabilizing the river course, at
reducing the flow velocity in the vicinity of the left bank to such values that erosion cannot occur
and, as favoring the sedimentation.
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Introducción
El trabajo de grado, aquí propuesto, está orientado, de una parte, a analizar los procesos
de erosión fluvial que se presentan en la margen izquierda (en dirección del flujo) del río
Guayuriba, en el cruce subfluvial del gasoducto Apiay Termo Ocoa, propiedad de la
transportadora de gas internacional TGI y, por otro lado, a hacer seguimiento del proceso
constructivo y evaluar las soluciones geotécnicas que serán implementadas en el área.
El marco geográfico de la investigación se centra en el PK 008+400 del derecho de vía de
la transportadora de gas internacional TGI, a lo largo del gasoducto Apiay Termo Ocoa, dentro del
predio hacienda San José, propiedad de la trituradora Gravicón S.A., poseedora de un título
minero; en terrenos ubicados sobre la margen izquierda del río Guayuriba en el municipio de
Villavicencio (Meta).
Jornadas de reconocimiento practicadas con el propósito de realizar localización y
replanteo de obras, permitieron identificar el problema, ponderar la importancia de su solución y
plantear la necesidad de construir obras de geotecnia como mecanismos de recuperación,
protección y control de la estabilidad de la margen izquierda del rio Guayuriba.
Las medidas de solución proyectadas a la fecha incluyen la construcción de gaviones en
piedra y de espigones rompe olas; se trata de una solución técnica orientada a estabilizar el curso
del río, a reducir la velocidad de flujo en las inmediaciones de la margen izquierda (aguas arriba y
aguas abajo, de la zona de observación), a valores tales que no pueda producirse erosión y, a
favorecer la sedimentación del material de arrastre en las áreas entre los mismos. Los espigones
retardadores del flujo, serán el primordial tema de estudio del presente trabajo
Sin embargo, dada la importancia de la obra a proteger, y la naturaleza de los procesos
erosivos presentes en el área de estudio (de tipo fluvial lateral y de fondo) se considera
procedente diseñar e implementar un ejercicio de monitoreo permanente, durante un tiempo
prudencial (en lo posible que incluya tiempos de máxima crecida), que permita evaluar el
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comportamiento hidráulico de la corriente superficial del rio Guayuriba), su trabajo geológico
(dinámica de socavación, arrastre y depositación) y sus efectos en relación con la modificación del
relieve e impactos sobre loe terrenos objeto de protección y, además, deje ver cómo se comportan
las obras que sean implementadas. Es de esperarse que, el monitoreo brinde información esencial
que obligue a la adopción de medidas ingenieriles complementarias, apropiadas de corrección,
protección y control de los predios. En tal caso, se sugiere que las instancias competentes
prevean y presupuesten los recursos necesarios, no solo para la puesta en marcha del ejercicio
de monitoreo sino para la ejecución de las obras adicionales que se juzguen necesarias de ser
implementadas para asegurar la estabilidad de la obra objeto de protección.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 20
Pregunta de Investigación
¿Cómo se podría caracterizar el proceso erosivo y las afectaciones que se han evidenciado
sobre las obras civiles y de geotecnia causadas por el río Guayuriba, en el cruce subfluvial del
gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400 propiedad de la Transportadora de Gas
Internacional TGI S.A. ESP, en el municipio de Villavicencio (Meta – Colombia) y recomendar una
alternativa de protección geotécnica, basada en el monitoreo realizado durante los años 2018 y
2019?
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Planteamiento del Problema
En el marco de la problemática ambiental del país relacionada con el recurso hídrico y la
conservación del recurso suelo, se evidencia el fenómeno erosivo; que puede manifestarse como
el desgaste de la superficie terrestre identificado como erosión laminar, la cual va desnudando los
suelos al eliminar de ellos la capa orgánica que permite la presencia de la cobertura vegetal,
cuando se transportan en el agua sedimentos en suspensión que son arrastrados desde las
vertientes de las cuencas hasta los ríos y embalses.
Para el caso de los derechos de vía de los gasoductos y de la infraestructura petrolera en
general, asociada al transporte de hidrocarburos, no es la excepción y vemos cómo en los cruces
sub fluviales es muy frecuente observar este mecanismo de daño; debido a ello, es que se espera
aportar por medio de este trabajo de investigación, con posibles soluciones basadas en
experiencias y toma de datos, cálculos y análisis hidráulicos.
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Justificación
La importancia para la Transportadora de Gas Internacional, radica básicamente en
garantizar la confiabilidad de sus activos, mediante la ejecución de obras de mantenimiento de
derecho de vía de sus gasoductos.
De otro lado se espera además poder cumplir de forma ininterrumpida los compromisos
comerciales existentes con clientes como son: Termo-Ocoa y el municipio de Acacias en el
departamento del Meta, quienes se benefician del gas que se transporta a través de esta
infraestructura. Otro punto importante, es poder dar cumplimiento al plan de mantenimiento
corporativo para las vigencias 2019 – 2020 de la empresa Transportadora de Gas Internacional,
garantizando así la ejecución presupuestal asignada.
El río Guayuriba corresponde a un río de cauce trenzado, caracterizado por presentar
varios canales y brazos que se entrelazan y separan dentro del cauce principal debido a
cambios de pendiente longitudinal y transversal, este tipo de río presenta incrementos súbitos en
la carga aluvial durante los eventos de alta torrencialidad, así como la pérdida de la capacidad
de arrastre al disminuir la pendiente o el caudal del mismo. La morfología se encuentra
relacionada con períodos de crecientes, produciendo inundaciones y el súbito abandono de un
canal para ocupar otro. Al bajar el caudal, quedan islas o barras de sedimentos que con el
tiempo pueden desarrollar vegetación estacionaria o relativamente permanente; por lo cual se
hace necesario que se ejecuten obras de protección en la margen del río.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 23
Objetivos
Objetivo General
Desarrollar un estudio de caracterización que describa el proceso erosivo y sus
afectaciones sobre las obras civiles y geotécnicas, causado por el río Guayuriba en el cruce
subfluvial del gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400 propiedad de la Transportadora
de Gas Internacional TGI S.A. ESP, en el municipio de Villavicencio (Meta, Colombia) y
recomendar una alternativa de protección geotécnica, basada en el monitoreo realizado durante
los años 2018 y 2019.
Objetivos Específicos
Describir el comportamiento hidráulico del río Guayuriba en el cruce subfluvial del
gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400, con base en un ejercicio de monitoreo
realizado en la ventana de tiempo 2018 – 2019 y, en los registros fotogeológicos
multitemporales disponibles en Google Earth.
Elaborar una descripción del carácter y grado de las afectaciones o daños causados por la
erosión fluvial sobre las obras civiles y soluciones geotécnicas existentes situadas en la margen
izquierda del río Guayuriba, a la altura del cruce subfluvial del gasoducto Apiay Termo Ocoa en
el PK 008+400.
Proponer soluciones geotécnicas complementarias como alternativa de protección
geotécnica de la margen izquierda del río Guayuriba en el cruce subfluvial del gasoducto Apiay
Termo Ocoa en el PK 008+400, evaluando además el componente socio ambiental.
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1. Marco Referencial
1.1 Datos y Conceptos
Se ha evidenciado a través de los años y las investigaciones realizadas, que las
corrientes de agua presentan un comportamiento complejo y sobre todo muy dinámico, el río es
solamente una parte del sistema hídrico fluvial; ya que la cuenca, la geología, el clima, la
vegetación y otros diversos factores influyen en forma determinante en su comportamiento;
además el sistema fluvial incluye unas zonas de producción de sedimentos, de las cuales se
reconocen unas zonas de transporte y finalmente otras zonas por depositación.
1.1.1 Dinámica Fluvial
“Los efectos secundarios que producen las obras de protección pueden traer resultados
muy positivos como catastróficos; se requiere entonces capacidad para predecir la dinámica del
sistema. Por lo tanto, para anticipar el comportamiento de la corriente se hace necesario
determinar las características morfológicas de la corriente, su geología, sedimentos, hidrología
e hidráulica”. (Suárez, 2001).
En una corriente o río se presentan dos tipos básicos de erosión: profundización del
cauce (socavación) y erosión lateral. El equilibrio del cauce está controlado por el balance
entre la carga de sedimentos depositada a lo largo del cauce del río y la capacidad de
transporte del flujo; en todos los casos, aún en las corrientes más estables se presentan
fenómenos de erosión hídrica y se puede requerir la construcción de obras de control y
protección geotécnica, tanto lateral como de fondo.
“La estabilización de los alineamientos de las riberas de los canales de los ríos debe
cumplir una o más de los siguientes objetivos: paso seguro y expedito del flujo de las
crecientes, transporte eficiente de la carga suspendida y la carga de fondo, cauce estable del
río con mínima erosión lateral, profundidad suficiente y buen cauce para navegación y dirección
del flujo a través de un sector definido del río”. (Suárez, 2001).
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 25
1.1.2 Estructuras de Estabilización
Las principales estructuras utilizadas para la estabilización de las riberas son espigones,
diques longitudinales, estructuras retardadoras, revestimiento de los taludes de las riberas y
muros de contención. Los espigones son elementos laterales que tratan de proteger la orilla y al
mismo tiempo desviar la corriente, la capacidad del canal, aunque se disminuye puede
manejarse para que no sea modificada en forma considerable; generalmente estas obras se
utilizan en ríos poco profundos y con moderado material suspendido.
“Uno de los objetivos es la sedimentación de estos materiales, los cuales pueden
complementar la protección de la orilla; aunque no existen criterios ciento por ciento confiables
para el diseño de espigones y obras hidráulicas laterales, se conocen una gran cantidad de
planteamientos empíricos que permiten un diseño relativamente adecuado, el cual debe
adaptarse a las condiciones del sitio”. (Fracassi, 2012).
El gavión, por lo general paralelepípedo, de malla de alambre galvanizado lleno de
cantos de roca; aunque es una estructura muy antigua, empleada por los antiguos faraones
utilizando fibras vegetales, su uso solamente se popularizó a principios siglo XX en Europa,
extendiéndose posteriormente al resto del mundo. En América los gaviones se emplean
extensivamente desde hace cerca de setenta años.
En varios países de América se producen alambres dulces, galvanizados y se fabrican
gaviones de excelente calidad; sin embargo, existen en el mercado mallas utilizadas para
gaviones de fabricación deficiente o con alambres de mala calidad. La calidad del alambre y de la
malla son factores determinantes en el correcto comportamiento de las obras en gaviones.
Los gaviones recubiertos en PVC y los gaviones manufacturados con fibras plásticas se utilizan
cuando los gaviones metálicos no son eficientes, por su susceptibilidad a la corrosión.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 26
En ríos de caudal y pendiente estables se depositan sedimentos del río dentro de los poros del
gavión y en algunos casos se forman plantas de crecimiento espontáneo que originan la
formación de un bloque sólido que aumenta en forma importante la vida útil de los gaviones.
1.2 Situaciones en el Pasado
Con base en el seguimiento a la situación del evento geotécnico evidenciada, se
desarrolla una recopilación de datos históricos.
1.2.1 Según Área Técnica
Diagnostico Geológico: la zona corresponde a un depósito aluvial del Río Guayuriba; río
trenzado cuyo cauce ha cambiado a través de los años principalmente por la actividad antrópica
para extracción de material. En el PK 008+400 se presenta socavación leve sobre la margen
izquierda, erosión hídrica presentada sobre la terraza aluvial. “La unidad geológica superficial
corresponde a una terraza baja de cantos y guijos sub redondeados a redondeados de
areniscas cuarzosas duras y guijos ígneos metamórficos embebidos en una matriz arenosa
media a fina y lodosa. La terraza tiene una altura de 2.5 m”. (Camargo, 2017).
Diagnóstico Geotécnico: el perfil de suelo de la terraza aluvial se observó con dos capas:
la primera corresponde a conglomerados embebidos en una matriz arenosa media a fina y
lodosa. Los conglomerados presentan tamaños entre 10 y 15 cm. Le infra yace una segunda
capa la cual solo presenta un 10% de gravas embebidos en una matriz areno lodosa. Gravicón
S.A. realizó un relleno en frente de la cantera para protegerla de la socavación del río, y
adicionalmente construyó unos espigones de 35 m de longitud.
Octubre de 2017 a abril de 2018. “Se ejecuta la obra denominada OT 01 Río Guayuriba,
adelantando la construcción de 3 espigones rompe olas de 41; 36 y 36 metros respectivamente.
Se construyeron 718,93 m3 de gaviones en piedra revestidos en concreto; también se hicieron
las excavaciones y rellenos necesarios para dicha obra”. (Fuentes, 2019).
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 27
Diciembre de 2018. Se realiza visita de campo para evaluar los daños causados en las
obras ejecutadas por las crecientes debidas a la temporada invernal del año 2018.
Se detecta la socavación marginal del río Guayuriba sobre la orilla izquierda del cruce
subfluvial. Como resultado de este proceso, la placa de cimentación de los espigones
construida con concreto ciclópeo perdió soporte y falló.
Esto sumado al impacto del flujo durante las crecientes generó el fallo de las estructurastipo
espigón. También se detectó socavación de la placa de cimentación de los gaviones de la margen
izquierda, en un tramo de aproximadamente 25 metros.
Enero 28 de 2019. Se da inicio a las labores de la orden de trabajo denominada OT 66
Rio Guayuriba 2. Con base en la evaluación realizada a las obras colapsadas, se propusieron
las siguientes actividades:
Retirar los dados en concreto de los espigones 1, 2 y 3 fallados y evaluar su
integridad.
Reconstruir los espigones 1, 2 y 3 en doble ángulo; con una longitud de 40,8
metros cada uno; reutilizando los dados en concreto retirados de los anteriores espigones
colapsados y se construyeron nuevos dados en concreto para completar esta longitud.
Esta actividad se logró adelantar para los espigones 1 y 2; el espigón 3 ha quedado
pendiente en cuanto a su instalación final, ya que todos los dados en concreto necesarios,
quedaron fundidos.
Se reconstruyen cimientos en concreto ciclópeo, asegurando una mayor
profundidad que garantice un mejor comportamiento ante las crecientes del río Guayuriba y
resistencia a la socavación. Esta actividad de cimentación se logra ejecutar para los espigones 1
y 2, el 3 ha quedado pendiente.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 28
Se reforzaron los nuevos espigones con pilotes de tubería de acero al carbono en
6”, hincados a rechazo con un espaciamiento de 2 metros; a lo largo de la zona reparada de los
espigones 1 y 2, arriostrados con tubería de acero al carbono de 4”.
Se esperaba reforzar el muro de tres niveles de gaviones existente, que presenta
socavación debida a la erosión hídrica a lo largo de 25 metros; con pilotes de tubería en acero al
carbono de 6” SCH 40, hincados a rechazo y arriostrados con tubería de acero al carbono de 4”
SCH 40; además de recalzar los cimientos base del mismo, con concreto simple de 3000 PSI,
sin embargo la creciente que se ha experimentado en el Rio Guayuriba durante los meses de
mayo, junio y julio de 2019, debido a las fuertes lluvias y al aporte de aguas por parte del río
Sardinata, afluente del río Guayuriba; no han permitido la finalización de esta actividad.
Junio 15 de 2019. Se han suspendido las actividades debido a la creciente evidenciada
en el río Guayuriba, ocasionada por las fuertes lluvias en la zona. Los pilotes de refuerzo que
se instalaron en la zona de espigones 1 y 2, cuentan con arrostramientos con tubería de acero
al carbono en 4”, en doble hilera. Durante el desarrollo de las actividades constructivas y de
movilización no se reportan accidentes e incidentes laborales.
1.2.2 Según Área de Salud y Seguridad en el Trabajo
Se han evidenciado inducciones de salud y seguridad en el trabajo, medio ambiente y
social al personal que ingresa a la obra, apertura y revalidación de permisos de trabajo para las
actividades constructivas. Se han ejecutado Inspecciones de elementos para atención de
emergencia, equipos y herramientas manuales y otras verificaciones teniendo en cuenta los
documentos exigidos por TGI. Con respecto a la gestión ambiental, se realizó la recolección y
disposición de residuos líquidos y sólidos con entes autorizados, almacenamiento y rotulación
sustancias químicas, jornada de orden y aseo, y control de agua consumida en obra.
Se cuenta esencialmente con el permiso de ocupación de cauce, otorgado por la
corporación para el desarrollo sostenible del área de manejo especial la Macarena
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 29
“Cormacarena”, mediante resolución “PS-GJ 1.2.6.014.0717” de mayo 16 de 2014; el cual es
estrictamente necesario para desarrollar este tipo de trabajos.
1.3 Estado Actual
“La totalidad de las actividades se esperaban terminar el 07 de junio de 2019, sin
embargo, la temporada de lluvias y crecientes no ha permitido su cierre definitivo. Se estimaba
que durante la vigencia de los trabajos a desarrollar durante el año 2020 se pudiera dar
finalización a la obra”. (Fuentes, 2019). Durante el proceso constructivo de los espigones y
gaviones en piedra, se han desarrollado las actividades que se describen en la Tabla 1, las
cuales permiten evidenciar un avance aproximado del 48% al 18 de julio de 2019.
Tabla 1
Avance de Obras
DESCRIPCIÓN UNIDAD PROGRAMADO [%] AVANCE
Movilización y Desmovilización tipo I (<30 kilómetros) Un 1 60%
Rocería, limpieza y descapote m2 445 100%
Manejo de aguas mayor Un 1 90%
Excavación con maquinaria m3 1260 99%
Relleno compactado con material de préstamo m3 2340 19%
Hincado de pilotes en tubería de 6" m 690 88%
Estructura complemento Hincado de pilotes m 60 22%
Demolición de concreto m3 310 88%
Concreto ciclópeo m3 187,26 46%
Concreto simple f'c = 3000 psi m3 160 69%
Acero de refuerzo Kg 5200 79%
Nota: Adaptado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. 2019.
Durante el año 2019 se adelantaron actividades de seguimiento a la reconstrucción de
los espigones fallados en el año 2018 debido a las fuertes crecientes del río Guayuriba, y se
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 30
pudo logar un registro fotográfico a partir de las evidencias identificadas, el cual permite
evidenciar la gravedad de la situación.
Figura 1 Actividades Preliminares
Nota: Se evidencia la ejecución de las actividades preliminares como son la planeación de las obras, la ejecución de
charlas de salud y seguridad en el trabajo, inspección de herramientas y equipos; diligenciamiento de formatos del
sistema de gestión de la calidad e instalación de los sedimentadores protectores de la calidad del agua. Tomado de
Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
Figura 2
Retiro de Módulos Fallados
Nota: Se puede identificar en las tres fotografías de la figura 2, el retiro y desarme de los módulos de concreto en los
espigones fallados 1, 2 y 3; debido al fuerte creciente del río Guayuriba. Para ello, se requirió de maquinaria pesada, y
se observó una duración de dos semanas para completar todo el proceso. Se logró identificar igualmente que las
cimentaciones estaban falladas. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá.
Colombia. 2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 31
Figura 3
Construcción de Nuevos Módulos
Nota: Se observa en las tres fotografías de la figura 3, el proceso constructivo realizado para los módulos de concreto
de los espigones; desde el armado con varilla de acero de ½”, instalación de formaleta y encofrado de los módulos;
además del vaciado del concreto de resistencia de 3000 PSI; identificando además que se cumple con todas las
normas de salud y seguridad en el trabajo. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba deTGI. Bogotá.
Colombia. 2019.
Figura 4
Cimentación e Hincado de Pilotes
Nota: En estas fotografías de la figura 4, se puede observar el proceso constructivo requerido para poder ejecutar la
actividad de hincado de pilotes hasta lograr una profundidad de rechazo, de los pilotes en tubería de acero al carbono
de 6” Schedule 40, con separación máxima de hasta 2 metros, utilizando medio mecánico para el hincado a través de
martillo neumático, con el apoyo de maquinaria pesada. Se observa también que, durante el proceso constructivo, se
presentaron fuertes lluvias. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia.
2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 32
Figura 5
Nueva Configuración de Espigones
Nota: Se observa la reconstrucción de los espigones fallados, incluyendo una nueva configuración y soporte.
Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
Figura 6
Crecida del Río Guayuriba
Nota: Se evidencia como la crecida del río Guayuriba inundó el sitio de obras, impidiendo la continuidad. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
1.4 Ubicación
“Para acceder a la zona de estudio hay que tomar la vía nacional que conduce desde el
casco urbano del municipio de Villavicencio hacía el municipio de Acacias, en el departamento
del Meta (Colombia), y antes de llegar al caserío conocido como Concepción, se debe tomar
desvío a la izquierda, continuar de frente hasta la entrada a la cantera de la empresa Gravicón
S.A; después de frente 1 km aproximadamente hasta llegar al río Guayuriba en inmediaciones
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 33
de la hacienda San José, con una elevación de 496 msnm y coordenadas geográficas: N 4° 02´
25,34” – W 73° 43´ 55,97” (Camargo, 2017).
Figura 7
Ubicación del Evento
Nota: Estas imágenes muestran las coordenadas geográficas y la vista en planta de la ubicación del evento geotécnico. Tomado de Google Earth.
A partir de un análisis fotogeológico multitemporal realizado con imágenes de Google
Earth desde el año 1969 y hasta el año 2021, se evidencian los cambios en el comportamiento
del cauce del río Guayuriba, identificando como la característica de ser un río trenzado sale a
relucir; concluyendo así que en el margen izquierdo del Río Guayuriba sobre el derecho de vía
del gasoducto Apiay Termo Ocoa, la socavación ha sido leve, sin embargo, aguas arriba del río si
se observa cómo ha cambiado la sinuosidad.
Por otro lado, las islas de sedimento también han variado hacía el centro del cauce; al
margen derecho se observa que el río Guayuriba actualmente no presenta el brazo de agua
que, si se observa en la imagen del 2002, el cual vuelve a parecer desde 2020 y con mayor
intensidad en 2021.
En este análisis se puede identificar que el carácter trenzado del río Guayuriba, agrega
un factor extra a la ya de por si situación compleja del cruce del gasoducto Apiay Termo Ocoa,
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 34
ya que la cota de inundación es muy variable y el mismo curso del río no es totalmente claro;
provocando así que se genera incertidumbre en cuanto a las obras de protección que se
diseñen para este evento geotécnico.
De otro lado, la presencia de la desembocadura del río Sardinata, precisamente pocos
metros aguas arriba del cruce subfluvial del gasoducto, aporta también un elemento a ser
analizado.
En la zona del cruce subfluvial (aproximadamente en el PK 024+000 del rio Guayuriba),
se presentan otros agentes condicionantes que influyen directamente en la estabilidad del
gasoducto; el primero de estos agentes es la desembocadura del caño Sardinata sobre la
margen derecha del río Guayuriba, el cual con su cauce aporta una cantidad importante de flujo
turbulento aguas arriba del cruce, a unos 1300 metros aproximadamente y direccionado hacia la
margen izquierda del cruce subfluvial; otro posible agente, es la actividad antrópica relacionada
con la extracción de material pétreo explotado por parte de la empresa Gravicón
S.A. propietaria del título minero de la cantera; en la zona aledaña al cruce subfluvial.
Los administradores de la cantera Gravicón S.A. han construido una serie de 6 espigones
rompe olas a lo largo del margen izquierdo aledaño al cruce subfluvial del gasoducto de TGI, los
cuales también han fallado parcialmente; sin embargo, de forma gradual han venido recuperando
parte de la margen izquierda permitiendo la sedimentación en la orilla del río.
Se busca con la recuperación y retiro de los espigones fallados, dar continuidad
complementando los espigones ya existentes de la propiedad de la cantera Gravicón, los
cuales se distribuyen igualmente a lo largo de la margen izquierda del río Guayuriba; aunque
los espigones construidos en el predio de la cantera Gravicón, se ejecutaron en n solo ángulo de
orientación aguas abajo del río Guayuriba, y los espigones que se proponen construir para el
gasoducto de TGI, se plantean ejecutar en doble ángulo, pero con la misma orientación aguas
abajo del río.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 35
Figura 8
Análisis Fotogeológico Multitemporal de 1969 a 2012
Nota: Estas imágenes tomadas del software de referenciación geográfica, muestran los cambios que ha
experimentado el cauce del río Guayuriba desde el año 1969 hasta el año 2012 en una vista de distribución en planta;
evidenciando claramente el carácter trenzado que genera la aparición de nuevos brazos del río o la desaparición de
éstos en diferentes épocas, según el flujo de agua y la cantidad de sedimentos que se pueda estar transportando.
Tomado de Google Earth.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 36
Figura 9
Análisis Fotogeológico Multitemporal de 2016 a 2021
Nota: Estas imágenes tomadas del software de referenciación geográfica, muestran los cambios que ha
experimentado el cauce del río Guayuriba desde el año 2016 hasta el año 2021 en una vista en planta; evidenciando
claramente el carácter trenzado que genera la aparición de nuevos brazos del río o la desaparición de éstos en
diferentes épocas, según el flujo de agua y la cantidad de sedimentos que se pueda estar transportando. Tomado de
Google Earth.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 37
Figura 10
Espigones de Gravicón y Pérdida de Margen
Nota: En estas fotografías se puede observar cómo el proceso erosivo ocasionado por el transporte de sedimentos, ha impactado de forma negativa en la margen izquierda del río Guayuriba. Tomado de Informe de Intervención de
Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
1.5 Sedimentación
“La composición del material pétreo y de sedimentos, encontrado y analizado del río
Guayuriba (trenzado) corresponde a material de tipo arenoso, de tipo gravas y cantos gruesos
que tienden a crecer en tamaño, debido a la adición de sedimentos en el extremo aguas abajo y
en los lados.
El extremo de aguas arriba del rio Guayuriba, es erosionado debido a los altos procesos
denudacionales que se presentan en la zona más joven del río, la cual es una zona aún
montañosa del departamento del Meta; y que se ubica finalizando la zona de juventud e
iniciando la zona de madurez, donde disminuye las pendientes de inclinación viniendo de un
margen del 10% y disminuyendo notablemente, hasta lograr pendientes del 2% y
permaneciendo de esta manera en la zona de madurez con pendientes que oscilan entre el 2% y
el 1% de inclinación, debido a este porcentaje de pendiente se deposita la mayor cantidad de
material denominado sedimentos” (Suárez, 2001).
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 38
Figura 11
Etapas de un río
Nota: En esta figura se puede identificar que el río Guayuriba se encuentra en la zona del cruce subfluvial del
gasoducto, en su etapa de madurez. Tomado de Control de Erosión en Zonas Tropicales. UIS. Bucaramanga.
Colombia. 2001.
1.6 Fisiografía Cuenca del rio Guayuriba
La mayor parte de la cuenca evidencia una topografía abrupta, con alturas variables entre
3.700 y 450 metros sobre el nivel del mar (msnm) que origina pendientes fuertes mayores de 45
grados, donde la mayoría de las quebradas corren por cañones profundos de laderas
escarpadas. La cota más baja se ubica en la región plana, que conforma el piedemonte llanero,
mientras que las alturas máximas se localizan en la parte centro occidental y generan una
extensa región de pisos térmicos típicos de páramo y de tierras frías a cálidas.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 39
Topográficamente se diferencian dos expresiones morfológicas bien definidas; la primera
se localiza hacia la parte suroriente y corresponde a la parte plana que ocupa aproximadamente
el 50% del área y conforma el inicio de las grandes extensiones de los Llanos Orientales
colombianos. La segunda, ocupa la parte centro-norte y occidental; que conforma un relieve
abrupto a moderadamente abrupto, que incluye la zona de páramos. Existen algunas
elevaciones menores como el alto de Portachuelo de 1.100 msnm, ubicado al suroeste de
Guayabetal; el alto de Buenavista situado al noroeste de Villavicencio, con 900 msnm y el alto
de Fresco Valle, al oeste de la población de Acacías.
Existen otros rasgos morfológicos importantes como el cañón del río Blanco, con
dirección dominante este-oeste y el cañón del río Negro que bordea en gran parte la carretera
Bogotá - Villavicencio. Por último, el cambio brusco del curso del río Guatiquía, a la altura de
Villavicencio.
1.7 Geología
“Las rocas presentes en la zona de estudio afloran en forma de una faja orientada de sur
a norte con desplazamiento hacia el oriente La descripción geológica aquí expuesta es tomada
de la memoria explicativa de la plancha 266 a escala 1:100.000 del IGAC, en la que reportan
rocas metamórficas de bajo grado de metamorfismo del denominado grupo Quetame entre las
que se encuentran meta conglomerados, cuarcitas, filitas y metalimolitas. Al norte del rio Blanco
como resultado del efecto de la falla del mismo nombre, sobre las rocas del grupo Quetame en
forma discordante reposan las rocas sedimentarias del grupo Farallones de edad paleozoica
conformadas por las capas rojas del Guatiquia, las lutitas de pipiral y la arenisca de Gutiérrez”
(Camargo, 2017).
“El Jurásico lo conforma la formación brechas de Buenavista, litológicamente constituida
por fragmentos angulosos de filitas, cuarcitas, areniscas, calizas y cuarzo lechoso en matriz
areno-arcillosa. El Cretáceo lo conforman rocas sedimentarias agrupadas en las formaciones
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 40
lutitas de Macanal, arenisca de Cáqueza, Fómeque, Une, Chipaque y grupo palmichal”
(Camargo, 2017).
“El Terciario lo representan las rocas sedimentarias de las formaciones arcilla del limbo y
arenisca del limbo; el Neógeno lo caracteriza los depósitos gruesos granulares agrupados en la
formación Corneta. El Cuaternario lo representan los diferentes depósitos aluviales y
fluvioglaciales resultantes de la dinámica de los principales corrientes que drenan el área de la
plancha 266-Villavicencio” (Camargo, 2017). El ambiente geomorfológico del río Guayuriba se
puede visualizar en la tabla 2.
Tabla 2
Ambientes Geomorfológicos río Guayuriba
AMBIENTE
CÓDIGO
ÁREA (Km2)
PORCENTAJE (%)
Denudacional D 983 40
Fluvial F 916 39
Glacial G 400 17
Estructural S 99 4
TOTAL 2398 100
Nota: Se puede evidenciar que el 79% del ambiente geomorfológico del río Guayuriba se encuentra entre
denudacional y fluvial. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
1.8 Geotecnia y Muestreo
“Para la caracterización física de los materiales de arrastre en el sector del Río
Guayuriba se tomaron 4 muestras representativas del material de río, distribuidos en 4 títulos
mineros del área de influencia del presente estudio, con lo cual se le realizaron los ensayos
para determinar su composición, granulometría y calidad de los materiales, para definir la
aptitud del uso para luego ser aprovechable” (Fonseca, 2015).
Se recolectaron 4 muestras, cada una con un peso aproximado de 10 Kilogramos con
pesos unitarios que oscilan entre 1,3 y 1,5 g/cm3.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 41
Figura 12
Material de Arrastre Recolectado
Nota: Se puede observar la distribución granulométrica de las muestras recolectadas. Tomado de Informe Técnico
rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
1.9 Protección Geotécnica
Las obras de protección geotécnica diseñadas para contener el daño de las márgenes de
los ríos ocasionadas por erosión hídrica, tienen que ver con estructuras esencialmente flexibles,
que contengan el arrastre de sedimentos y por ende el desprendimiento del material de las
orillas; así como la generación de barreras destinadas a contrarrestar la socavación propia
generada por los flujos turbulentos de los ríos que presentan características meándricas o
trenzadas. La elección entre una u otra solución se define en función de las condiciones locales
y de las necesidades del proyecto: ancho, pendiente y régimen del río, conformación de los
márgenes, necesidad de mantener la accesibilidad al agua y disponibilidad de materiales entre
otros.
1.9.1 Gaviones
Son considerados estructuras de contención flexible, básicamente compuestos por una
malla y un material de relleno. Los hay de diferentes formas y tamaños; sin embargo, los más
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 42
usados son del tipo paralelepípedo en malla galvanizada y eslabonada, rellenos con material
pétreo mayor a 4” de diámetro. A medida que se colocan los cantos y a cada treinta centímetros,
es conveniente disponer tirantes de alambres horizontales y de un diámetro adecuado.
Figura 13
Armado de Gavión Malla Electro-Soldada
Nota: Se evidencia el proceso de conformado de los gaviones en piedra. Tomado de Control de Erosión en Zonas
Tropicales. UIS. Bucaramanga. Colombia. 2001.
1.9.2 Espigones
Son estructuras construidas desde los márgenes hacia el centro del río con el objetivo de
estabilizar el curso del río, reducir la velocidad del flujo en las inmediaciones del margen, aguas
arriba y aguas abajo, a valores tales que no pueda producirse erosión, favorecer la
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 43
sedimentación del material de arrastre entre los mismos, en este caso y en el anterior
usualmente, son definidos como espigones retardadores del flujo, desviar el flujo hacia el centro
del cauce alejándolo de eventuales zonas críticas, para prevenir erosiones y en caso de ríos
navegables, centralizar la corriente para profundizar el cauce; en este caso usualmente se les
define como espigones deflectores.
Un espigón consta de: La punta; crítica para su socavación por la concentración de
corrientes y la velocidad del agua en este punto. La cresta; puede ascender hacia la orilla o ser
horizontal además puede ser sumergida o levantada. Anclaje; depende de la situación real del
sitio ante la posibilidad de que el agua pase por detrás del espigón. Cimiento: es el factor que
determina la durabilidad del espigón.
El cimiento a su vez está constituido por la fundación propiamente dicha y por un tapete o
colchón, como protección contra la socavación.
Los espigones son clasificados como de repulsión y espigones de sedimentación, en función de
su comportamiento. Pueden ser empotrados o no, del tipo permeable o impermeable; los
permeables, al facilitar la sedimentación, son más indicados en ríos con transporte sólido
importante; en este caso el agua, cargada de sedimentos finos, pasa a través de los mismos y,
debido a la reducción de su velocidad, deposita los sedimentos en la zona comprendida entre los
espigones que irá rellenándose y creando así una nueva línea de margen.
Pueden ser construidos con rip-rap (piedras sueltas), concreto, pilotes, geo-
contenedores (tubos de geotextil) y gaviones. Esta última solución es la preferida en la mayoría
de los países latinoamericanos por la facilidad de ejecución y por permitir, cuando se considere
necesario, el uso intensivo de mano de obra no calificada, reduciendo al mínimo el uso de
maquinarias.
“El uso de gaviones tiene varias ventajas para construir espigones (uso de materiales
naturales, flexibilidad, bajo costo y creación de empleo); sin embargo, también se aconseja por
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 44
parte de muchos autores, el uso de hormigón (elementos prefabricados o fundidos in situ) y las
combinaciones de otros tipos de protección contra la erosión hídrica, también son alternativa
atractiva” (King, 2015).
Para un correcto dimensionamiento de los espigones, en general deben ser considerados
los siguientes aspectos:
Variables del flujo (tirante de aguas mínimas, medias y máximas; cantidad y tipo
de material de arrastre y régimen hidráulico).
Parámetros del cauce: (pendiente; dimensiones y forma) Características morfológicas.
Para la elección del material de construcción se debe tener en cuenta su disponibilidad y
distancia de transporte, disponibilidad de mano de obra y de maquinaria necesarias para la
construcción, costos del material, mano de obra y maquinaria, plazo de tiempo necesario para
la construcción, y nivel del agua durante la construcción.
Una vez disponible tales informaciones es posible diseñar el conjunto de la obra, para la
cual deberán ser definidos:
Localización en planta de los espigones. Separación o espaciamiento entre espigones.
Cantidad de espigones.
Longitud de cada espigón. Forma del espigón. Sección longitudinal y transversal, elevación de la cresta, pendiente de la corona,
inclinación de los paramentos laterales.
Empotramiento en la orilla.
Ángulo de orientación respecto a la corriente. Tipo y dimensiones de la protección anti socavación.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 45
Se debe evitar el uso de espigones con pendiente superior al 2%, instalar como mínimo
de tres a cuatro unidades, evitar que la construcción de los espigones estrangule el cauce para
evitar efectos indeseables en la margen opuesta, diseñar el primer espigón aguas arriba más
corto que los siguientes y con mayor empotramiento, aumentar gradualmente la longitud de los
dos espigones siguientes hasta alcanzar la longitud deseada a partir del cuarto, diseñar los
espigones de tal manera que no produzcan cambios bruscos en la dirección del flujo.
A partir del empotramiento la cresta deberá ser más baja que la margen, igualmente la
cresta en la zona de empotramiento deberá ser más alta que el máximo nivel de crecida, la
cresta en la zona de punta, deberá ser más alta que el nivel mínimo previsto, de tal manera que
no quede completamente sumergido durante el período de estiaje y finalmente empezar la
construcción de los espigones desde aguas arriba hacia aguas abajo.
Cuando la construcción es en seco, los primeros espigones, ya terminados, pueden
proteger los siguientes en caso de crecidas inesperadas que se produzcan durante su
construcción y cuando la construcción se realice en aguas profundas, permita construir los
siguientes en aguas más calmadas.
1.9.3 Daños Evidenciados en Obras Existentes
Durante los monitoreos del derecho de vía del gasoducto Apiay Termo Ocoa realizados
por los recorredores de derecho de vía de los gasoductos de TGI,, registrados a finales del año
2018, se logró identificar que las crecidas frecuentes del río Guayuriba evidenciadas desde el
mes de junio a septiembre de 2018, sumadas al aporte de la corriente hídrica del afluente
conocido como río Sardinata, ocasionaron que los tres espigones originalmente construidos por
TGI fallaran en longitudes de 8, 15 y 25 m y los gaviones también sufrieran socavación en una
longitud de 25 m a lo largo los espigones 2 y 3. Es de aclarar que las cimentaciones de los tres
espigones, igualmente se encontraron colapsadas.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 46
El diseño de la obra geotécnica inicialmente contempló la construcción de tres espigones
conformados por bloques de concreto reforzado de 3000 PSI, distribuidos en tres niveles, los
cuales se amarraron con varilla de acero de ½”, reposando en un cimiento de concreto ciclópeo
de 0,50 m de espesor y 2,6 m de ancho, a lo largo de la longitud de cada espigón, que fue para
el espigón 1: 41 m, espigón 2: 36 m y espigón 3: 36 m.
Durante los recorridos realizados en al año 2018 por parte de los recorredores de
derecho de vía de los gasoductos de TGI, se pudo observar que la fuerza del río ocasionó una
socavación tal que hizo fallar la cimentación instalada, así mismo provocó el volcamiento de una
parte importante de los tres espigones instalados.
Se realizó entonces un taller para evaluar la información recopilada durante los
recorridos y analizar las posibles alternativas de solución que le permitan al cruce subfluvial,
permanecer con un alto grado de confiabilidad.
Figura 14
Espigones Fallados 1, 2 y 3
Nota: Se observa en las tres fotografías de la figura 14, los tres espigones de concreto, fallados después de la crecida
del río Guayuriba del año 2018. El espigón número tres fue el que mayor deterioro experimentó con relación a los
espigones uno y dos; posiblemente a los remolinos que ocasiona la presencia de espigones aguas arriba de los ya
instalados, y debido a la distancia entre los espigones dos y tres, que, debido a la necesidad de respetar el derecho de
vía del gasoducto, debió ser mayor. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá.
Colombia. 2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 47
Figura 15
Socavación en los Gaviones
Nota: Se observan los tres niveles de gaviones fallados debido a la socavación. Tomado de Informe de Intervención
de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
Figura 16
Diseño Inicial de Gaviones en Piedra
Nota: Se observan los tres niveles de gaviones, diseñados para contener la margen izquierda erosionada. Tomado de
Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 48
Figura 17
Diseño Inicial de Espigones con Módulos de Concreto
Nota: El diseño de las obras de geotecnia incluía los tres espigones empotrados conformados por paralelepípedos de
concreto de 3000 PSI amarrados con varilla de acero de ½” y 718,93 m3 longitudinales de gavión en piedra revestidos
en concreto. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 49
Figura 18
Proceso Constructivo de Gaviones y Espigones
Nota: Se observa en las dos fotografías de la figura 18, el desarrollo del proceso constructivo de los tres niveles de gaviones y de los tres espigones en concreto. Se puede observar el proceso de llenado y amare de gaviones, así
como de la conformación de cada espigón. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI.
Bogotá. Colombia. 2019.
Figura 19
Obra Geotécnica Terminada
Nota: Se observa una imagen aérea de la obra terminada, incluyendo los tres espigones en concreto y los tres niveles de gaviones en piedra. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia.
2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 50
Figura 20
Diseño General
Nota: Evidencia de las dimensiones del diseño original. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba
de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
1.10 Componente Ambiental
Las Cuencas hidrográficas abarcan diversos actores que están en constante interacción
con los recursos naturales, los cuales ejercen presiones sobre el sistema tanto de manera
positiva como negativa. Los actores clave pueden ser individuos, organizaciones e instituciones
que posean información, recursos, conocimiento y poder para llegar a influenciar otros actores.
Esto permite identificar los actores que se relacionan en proyectos de gestión ambiental y
prevención de eventos de riesgo y desastres, aportando información útil a la construcción de
estrategias de vinculación de proyectos y a la formulación del plan de trabajo; es por esto que
es de vital importancia interactuar con cada uno de ellos como lo es la corporación autónoma
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 51
de la Macarena, ”Cormacarena”, entidad que ejerce el control de la cuenda del río Guayuriba y
ante la cual se debe gestionar el permiso de ocupación de cauce para adelantar los trabajos de
geotecnia.
El procedimiento para la obtención del permiso de ocupación de cauce establece que se
debe conformar un archivo que contenga todos los datos del evento a intervenir, formatos de la
solicitud de min ambiente, permisos de ingreso a predios, certificado de libertad y tradición,
diseño de las obras geotécnicas que incluyan planos, presupuesto y cronograma y finalmente
elaborar un informe para radicar la solicitud del permiso de ocupación de cauce; después de esto
se debe esperar la respuesta de la corporación con la resolución del caso.
El marco normativo con las corporaciones autónomas para solicitar los permisos de
ocupación de cauce está descrito en el decreto 1076/2015, sección 12 ocupación de playas,
cauces y lechos, artículo 2.2.3.2.12.1. “Ocupación: la construcción de obras que ocupen el
cauce de una corriente o depósito de agua requiere autorización, que se otorgará en las
condiciones que establezca la Autoridad Ambiental competente. Igualmente se requerirá
permiso cuando se trate de la ocupación permanente o transitoria de playas”.
La corporación Cormacarena, otorgó el permiso de ocupación de cauce a la
transportadora de gas internacional TGI, mediante resolución No. PS-GJ.1.2.6.014.0717 de
mayo 16 de 2014, en la cual describe unos requisitos previos a la ejecución del permiso de
ocupación de cauce, así
Radicar copia del acta de inicio del contrato. Allegar en un plazo de 10 días, el programa de medidas ambientales.
Dar aviso formal al titular minero, en el sector de influencia del proyecto, el inicio
de actividades anexando un plan de trabajo.
Allegar en un plazo de 10 días, un informe de caracterización de las condiciones
de estabilidad de las laderas del río Guayuriba.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 52
Además, establece los requisitos posteriores a la ocupación del cauce, así:
Informe ejecutivo. Informe de cumplimiento del programa de implementación de las medidas
ambientales.
Acta de terminación del contrato. Informe de monitoreo de las condiciones de estabilidad de las laderas en el río
Guayuriba.
1.11 Componente Social
Dentro del grupo de interesados, actualmente, la Cuenca del río Guayuriba abarca
dentro de sus 17 municipios actores de diverso tipo, escala geográfica, contexto y naturaleza.
En total, se reconocieron 1009 actores, donde a nivel internacional se identificó la ONG Danish
Demining Group; a nivel nacional, 24 actores institucionales incluyendo el Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible, el Ministerio de Minas y Energía, Parques Nacionales
Naturales, IDEAM, Instituto Von Humboldt, entre otros; mientras que a nivel regional, se
identificaron las cuatro Corporaciones Autónomas Regionales y de Desarrollo Sostenible con
jurisdicción en los municipios que abarca la Cuenca; a nivel local, se registraron las Juntas de
Acción Comunal y acueductos veredales; y por último, se clasificaron los demás actores según
su particularidad tanto a nivel departamental y municipal.
“El malestar que existe por parte de la ciudadanía con relación a la extracción de
material de arrastre se debe a las inundaciones recientes por el trasvase de las aguas del río
Guayuriba a río Negrito, desconociendo causas naturales y la misma intervención antrópica
que se ha venido realizando desde hace ya varias décadas”. (Fonseca Luis, 2015).
Es un territorio especialmente afectado por amenazas naturales pues es susceptible a
inundaciones en la parte baja en las temporadas de altas precipitaciones y hace parte de una de
las regiones más complejas y afectadas por deslizamientos, flujos y avenidas torrenciales en
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 53
el país e incluso en el mundo, contiene movimientos en masa de dimensiones comparables con las
más grandes de América y ocurrencia de avenidas torrenciales de grandes volúmenes de material
en una importante proporción de los ríos y quebradas, que transportan grandes cantidades de
agua y de sedimentos, a lo largo de la zona de estudio, que comprende por completo la cuenca del
río Guayuriba.
Es evidente que la cuenca se perturba por la ocurrencia de procesos naturales frecuentes
y en ocasiones con magnitud o permanencia tal que se convierten en detonantes de emergencias
que afectan vidas, bienes públicos y privados, calidad de vida, posibilidades de desarrollo de las
comunidades y equilibro de los territorios.
Por ello el POMCA realiza una caracterización de todos los eventos históricos que se han
derivado en emergencias, relaciona las variables físicas diagnosticadas (geología,
geomorfología, coberturas, suelos, hidrología, entre otras) para calcular en toda la extensión de
la cuenca las amenazas por sismos, movimientos en masa, inundaciones, avenidas torrenciales
e incendios de coberturas vegetales y finalmente evalúa todos los aspectos socioeconómicos
con los que se estiman las condiciones de riesgo.
Cerca del 50% del área presenta amenaza por movimientos en masa concentrándose en
la parte media de la cuenca en los municipios de Gutiérrez, Guayabetal y Acacías. Varias zonas
de amenaza coinciden con grandes deslizamientos como el ocurrido cerca a Mundonuevo que
afectó el acceso a las veredas, todos los puntos de inestabilidad de la doble calzada Bogotá-
Villavicencio que han provocado cierres temporales, el gran flujo del Tunque que alcanza una
longitud de unos 6 km e incluso los fenómenos reptantes de algunas cabeceras como Cáqueza
y Choachí.
La amenaza por avenidas torrenciales se presenta en menos del 5% del total del área e la
cuenca hidrográfica descrita en el POMCA, pero se concentra en la gran mayoría de ríos y
quebradas que contienen algunas zonas de desplaye extenso en áreas fronterizas de los
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 54
municipios de Acacías y Villavicencio; en el departamento del Meta, zona conocida como el
piedemonte llanero.
Figura 21
Amenazas por Lluvias Torrenciales
Nota: La zona conocida como el piedemonte llanero, resaltada en el rectángulo, es precisamente por donde se cruza el
gasoducto Apiay Termo Ocoa. Tomado de POMCA, Plan de ordenación y manejo de la cuenca hidrográfica del río
Guayuriba. Bogotá. Colombia. 2019.
En la parte media y fundamentalmente en la baja existe amenaza por inundaciones
alcanzando cerca del 10% del área total de la cuenca. Esta es relevante en los municipios de
Acacías, Villavicencio, San Carlos de Guaroa y Puerto López pues corresponden con las
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 55
planicies de inundación y divagación histórica del río como este mismo ha mostrado en las
inundaciones recientes con afectaciones a cultivos, vías, canteras y poblaciones. En la parte
media y alta se presenta amenaza de inundación por desbordamiento, aun cuando alcanzan a
afectar puntos específicos de la vía al llano y caseríos entre esta y el río Guayuriba.
Figura 22
Amenaza por Inundaciones
Nota: La zona conocida como el piedemonte llanero, presenta las más altas amenazas de inundación. Tomado de POMCA, Plan de ordenación y manejo de la cuenca hidrográfica del río Guayuriba. Bogotá. Colombia. 2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 56
“De otro lado, de acuerdo a la historia oral del territorio, se tiene memoria que el trasvase
del rio Guayuriba a Rio Negrito, viene ocurriendo desde décadas atrás; algunos recuerdan que
entre la década del cincuenta y sesenta del siglo XX hubo trasvase; se comenta que el último
evento ocurrió hace unos cuarenta años aproximadamente” (Torres, 2015).
Es probable que para cuando ocurrieron esas inundaciones no hubiera muchos cultivos ni
población y las afectaciones pudieron ser mínimas y por eso no hay memoria registrada del
suceso, Pero la más reciente pudo haber ocurrido hace unas dos décadas según lo registra un
periódico regional. “Los casi 20 mil habitantes de 10 veredas al oriente de Villavicencio
recuerdan cómo hace dos décadas la creciente del río Guayuriba se llevó casas, cultivos y todo lo
que encontró a su paso durante una temporada invernal, similar a la de esta época.
Figura 23
Método de Explotación Continua
Nota: Se puede observar la técnica de extracción de material de río aplicada en la zona de estudio. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 57
Hoy, con una amenaza inminente de inundación y avalancha admitida incluso en un
concepto técnico de Cormacarena, los finqueros y campesinos de la zona no se resignan a que
se cumpla una tragedia anunciada”. Es conveniente reconstruir la historia del rio, estudiar cual
fue su comportamiento en décadas anteriores, qué incidencia puede haber tenido la intervención
antrópica en años anteriores y a partir de allí establecer nuevas formas de relacionamiento con
esta fuente hídrica. Pero también es necesario que la población vecina entienda que debe saber
interactuar con él de acuerdo a las divagaciones de sus aguas.
Como en otras regiones del país, esta actividad se venía realizando desde décadas
atrás, en la medida que dicho material se comenzó a utilizar en la construcción, especialmente
para la fabricación de bloque (mezcla de arena con cemento). De acuerdo a la demanda, las
solicitudes para extracción de material aumentan; se va ampliando la concesión y explotación a
otras fuentes hídricas del departamento. De la misma manera se ha modificado las técnicas de
explotación y la actividad se ha especializado, como por ejemplo la extracción ininterrumpida del
material sedimentado en las orillas de las barras formadas a lo largo del cauce del río.
Figura 24
Explotación Continúa de Cantera
Nota: Se observa en estas fotografías, como se impacta el cauce del río Guayuriba, debido a la explotación minera del tipo cantera. Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 58
2. Metodología
2.1 Tipo de Estudio
El ejercicio realizado en este trabajo de investigación, se puede clasificar como un tipo
de estudio mixto, ya que contiene una buena parte de investigación documental, derivada de la
búsqueda, recopilación y análisis de información por medio de una lectura crítica de
documentos y materiales bibliográficos físicos y digitales tomados de bases de datos
referenciados en la bibliografía, pero también se tienen en cuenta los recorridos de campo y
evaluaciones del estado de las obras, derivadas de la observación directa y toma de datos.
Algunos de los recorridos analizados, fueron ejecutados directamente por los autores.
En cuanto a la característica de la investigación documental sobre la lectura crítica se ha
utilizado como criterio la selección y recolección de información para contestar la pregunta de
investigación, guardando siempre coherencia con los resultados esperados.
2.2 Técnica de Recolección de Datos
En esencia, el método de trabajo fue la consulta bibliográfica y cómo técnica se utilizaron
las fichas documentales donde se iban tomando notas de la información encontrada que luego
se analizó y mediante un mapa conceptual se profundizó en la relación entre los diferentes
conceptos.
La investigación que se desarrolló en este proyecto se describe como un tipo de estudio
mixto, porque involucra distintas disciplinas de investigación, para el caso de estudio, constituida
por una parte exploratoria en la cual se realizaron observaciones preliminares de la zona, una
parte descriptiva en la cual se definieron las características del suelo, hidráulica de la cuenca y
del río Guayuriba.
De otra parte, se desarrolló un proceso experimental en la que se realizó el
acompañamiento para evaluar el estado de las obras y tener bases claras en pro de generar una
optimización del diseño de obras de protección geotécnica.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 59
2.3 Para el Desarrollo de los Objetivos
Para describir el comportamiento hidráulico del río Guayuriba en el cruce subfluvial del
gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400, se realizó un ejercicio de revisión de la
información de los monitoreos realizados en la ventana de tiempo 2018 – 2019 y, en los
registros fotogeológicos multitemporales disponibles en Google Earth.
Para elaborar la descripción del carácter y grado de las afectaciones o daños causados
por la erosión fluvial sobre las obras civiles y soluciones geotécnicas existentes situadas en la
margen izquierda del río Guayuriba, a la altura del cruce subfluvial del gasoducto Apiay Termo
Ocoa en el PK 008+400, se revisaron y analizaron los informes de ejecución de obras, se revisó
bibliografía concerniente al diseño y construcción de obras de geotecnia con las cuales se
acostumbra diseñar protección geotécnica de las riberas de los ríos de cauce trenzado.
Con el ánimo de proponer soluciones geotécnicas complementarias como alternativa de
protección geotécnica de la margen izquierda del río Guayuriba en el cruce subfluvial del
gasoducto Apiay Termo Ocoa en el PK 008+400, evaluando además el componente socio
ambiental, se decidió utilizar la información recopilada al respecto, también la toma de datos del
sitio y analizar todo esto dentro de los modelos matemáticos del caso.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 60
3. Resultados Obtenidos
3.1 Resultados de Ensayos
Se tomaron 4 muestras de material para ser analizadas a lo largo de la cuenca
hidrográfica del río Guayuriba, para las cuales, se desarrollaron una serie de ensayos que
describen las características del contenido de humedad, prueba de resistencia al desgaste,
ángulo de reposo, granulometría del material y el peso unitario.
Estos ensayos realizados permitirán describir de una manera muy aproximada el carácter
del material del río Guayuriba, sus posibles usos, y el tipo de erosión y socavación que podrían
generar; material que es propio del paisaje presente en el piedemonte llanero colombiano, que
se extiende a lo largo de los departamentos de Boyacá, Cundinamarca y Boyacá.
3.1.1 Contenido de Humedad
“La humedad encontrada en las muestras analizadas, varía entre 0,66% y 5,48%. Esta
baja humedad está relacionada con el tipo de material, ya que por su carácter granular son ricos
en macro poros los cuales presentan una baja retención del agua y una mayor permeabilidad y
aireación” (Fonseca, 2015).
Tabla 3
Contenido de Humedad
HUMEDAD Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4
W1 (%) 1,13 0,64 5,48 2,77
W2 (%) 1,36 0,84 4,37 2,06
W promedio (%) 1,24 0,74 4,92 2,41
Nota: El porcentaje de humedad representado por la letra W, indica que el material estudiado presenta baja hidrofilia.
Se observan datos para muestras con baja humedad, de 0,64%, pero también datos de porcentaje de humedad de
incluso un valor de 5,48%, evidenciando así, comportamientos bastante diversos para el material analizado en una
misma cuenca. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 61
3.1.2 Prueba de Resistencia al Desgaste
“Al someter cada una de las cuatro muestras recolectadas y analizadas de la cuenca del
río Guayuriba, al ensayo conocido como desgaste se obtuvo como resultado un valor máximo de
25,83% lo cual puede llegar a indicar que los materiales pétreos y sedimentos encontrados,
presentan un buen comportamiento ante el fenómeno de la desintegración mecánica, lo cual
explica que esta cuenca sea explotada como cantera, generando frecuentes situaciones de
inundación y de erosión hídrica” (Fonseca, 2015).
Tabla 4
Resistencia al Desgaste
MUESTRA DESGASTE TOTAL (%)
Muestra 1 22,26
Muestra 2 25,83
Muestra 3 20,20
Muestra 4 23,93
Nota: La resistencia al desgaste se encuentra de forma uniforme en todas las muestras. Tomado de Informe Técnico
rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
3.1.3 Angulo de Reposo
“Los resultados obtenidos a partir de las muestras analizadas, evidencian que la
metodología utilizada para medir el ángulo de reposo o también conocido como ángulo de
fricción interna, influye dramáticamente en el valor que se obtiene, que fue de hasta un 27.62%
de diferencia.
Estas grandes diferencias encontradas en las cuatro muestras recolectadas y analizadas
a lo largo de la cuenca del río Guayuriba, pueden traducirse en importantes impactos de tipo
económico, técnico, ambiental y hasta social; que deberán ser tenidas en cuenta en el diseño o
cálculo de estabilidad de taludes y laderas, así como en excavaciones, terraplenes o presas de
tierra” (Fonseca, 2015).
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 62
Tabla 5
Ángulos de Reposo
MUESTRAS
ANGULO DE REPOSO
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Muestra 4
29,25° 28,12° 27,47° 25,99°
Nota: Los ángulos de reposo de las muestras analizadas se encuentran de forma uniforme en todas las muestras.
Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
3.1.4 Granulometría
“De acuerdo con el sistema unificado de clasificación de la S.U.C.S, las muestras se
clasifican como suelos tipo GP Grava mal gradada con arena” (Fonseca, 2015).
Figura 25
Curva Granulométrica
Nota: Se describe una curva granulométrica típica, según la clasificación S.U.C.S. (Sistema Unificado de Clasificación
de Suelos). Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 63
3.2 Análisis Hidráulico
Para realizar el análisis hidráulico del río Guayuriba, se han tomado datos del IDEAM, del
estudio realizado por la UPTC (Universidad pedagógica y tecnológica de Colombia) y se han
analizado datos obtenidos de simulaciones realizadas con el software HEC-RAS.
3.2.1 Evaluación de Precipitaciones
A partir de los datos de la estación Unillanos, de tipo Climatológica Principal (CP) del
IDEAM, se observa que, en la región, la precipitación se comporta con un régimen monomodal,
es decir, con un solo periodo de lluvias que va de abril a octubre y otro periodo de bajas lluvias
que van de diciembre a marzo, siendo junio el mes más lluvioso y diciembre el mes más seco.
Figura 26
Precipitación Media Multi Anual
Nota: El valor más alto de precipitación promedio mensual se presenta en junio, con 450 mm, así mismo los valores
más bajos, en diciembre con 99,76 mm. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. UPTC-UPME. Tunja. Colombia.
2015.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 64
Tabla 6
Evaporación Promedio Mensual Multianual
ESTACIÓN ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Nota: La evaporación media mensual es más baja en el mes de junio, con 87,16 mm, por lo cual se aconseja intervenir
en ese período de tiempo. Tomado de IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales). 2021.
3.2.2 Hidrografía y Clima
“La cuenca del río Guayuriba tiene 2975 km2 de área, una elevación que va de 354 a
3636 msnm, longitud de 115 km y un tiempo de concentración de 138,13 horas. La región
montañosa hace parte de la cordillera oriental en lo que corresponde a parte del denominado
macizo de Quetame y el borde llanero, donde alcanza alturas que sobrepasan los 3.600 msnm.
Allí se diferencian pisos bioclimáticos de páramo, frío y templado, que en su orden identifican los
bosques paramunos, andino y subandino. Los suelos son aptos para la conservación del bosque
en las cabeceras de los ríos y para la reforestación” (Fonseca, 2015).
Los Llanos Orientales, con elevaciones entre 100 y 500 msnm, presentan precipitaciones
entre 2.000 y 3.000 mm anuales y decrecen hacia el noreste. La vegetación típica es de sabana
y los suelos se desarrollan en terrenos bajos e inundables, relacionados siempre con terrazas.
“Los registros de temperatura, presentan los valores más bajos entre los meses de mayo a
agosto, coincidiendo con aquellos meses donde se presentan los valores más altos de
precipitación” (Fonseca, 2015).
3.2.3 Caudales
A partir de la información suministrada por el IDEAM (Estación Puente Carretera) se
realiza la caracterización del comportamiento de los caudales estimados para diferentes
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 65
períodos de retorno, que se presenta según los análisis de frecuencias con la distribución que
mejor se ajustó a los datos.
“Para la estación conocida como Puente Carretera, la distribución Fisher Tippett tipo II,
fue la que presentó el mejor ajuste” (Razvan, 2016); por lo cual los datos de la misma fueron los
empleados para los diferentes análisis que se recopilan en la tabla 7, para períodos de retorno
de hasta 200 años.
Tabla 7
Caudales Máximos Para Diferentes Períodos de Retorno
PROBABILIDAD PERÍODO DE RETORNO (AÑOS) CAUDAL MÁXIMO (M3/S)
0,995 200 1467,81
0,990 100 1355,00
0,980 50 1244,01
0,960 25 1134,40
0,900 10 990,09
0,800 5 878,60
0,667 3 791,56
0,500 2 714,67
Nota: El caudal máximo se obtiene en un período de retorno de 200 años, con 1467,81 m3/s. Tomado de IDEAM(Instituto
de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales). 2021.
“Se presentan los resultados del análisis de frecuencias realizado a los datos de
caudales máximos de la estación Puente Carretera del IDEAM (Instituto de Hidrología,
Meteorología y Estudios Ambientales), utilizando las distribuciones de probabilidades Normal,
Log Normal 2 Parámetros, Pearson Tipo III, Log Pearson tipo III, Gumbel, Fisher Tippett tipo II,
entre otras” (González, 2011).
De otro lado, se muestra que los regímenes de caudales en las estaciones Villavicencio
(Meta) y Puente Carretera (Acacias) son de tipo monomodal, con un período de caudales altos
en el río, y un período de sequía o bajos caudales. “La temporada de altos caudales se
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 66
presenta desde el mes de mayo hasta el mes de agosto, con un caudal medio máximo de 301.7 m3/s, en el mes de julio. Los caudales más bajos se presentan desde el mes de diciembre
hasta el mes de marzo”. (Fonseca, 2015).
Estos valores son coincidentes con los meses de mayores precipitaciones y bajas
evaporaciones, estudiados anteriormente. Es por esto que la mejor época del año recomendada
para ejecutar las actividades de protección geotécnica, comprende desde el mes de septiembre
hasta el mes de abril.
Figura 27
Análisis de Frecuencias de Caudales Máximos
Nota: Los niveles de caudal máximo, se pueden evidenciar con una frecuencia más alta, del orden de 100% para un
caudal aproximado de 1.100 m3/s. Tomado de IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales).
2021.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 67
Tabla 8
Análisis de Frecuencias de Caudales Máximos
VALOR
SERIAL
ACUMULADO
FRECUENCIA
DESV STD
LCI -90%
LCS -90%
445 20 3,70 0,78 1,72 0,73 6,60
514 5 7,41 5,39 4,43 4,58 19,63
569 6 11,11 14,01 6,81 10,76 33,90
598 11 14,81 20,51 7,92 14,99 41,91
608 10 18,52 22,80 8,23 16,42 44,39
625 13 22,22 26,91 8,70 18,95 48,52
632 25 25,93 28,69 8,87 20,04 50,20
641 21 29,63 31,16 9,08 21,54 52,42
647 14 33,33 32,54 9,19 22,37 53,61
660 15 37,04 36,17 9,42 24,58 56,62
686 1 40,74 42,84 9,70 28,70 61,70
689 24 44,44 43,53 9,72 29,14 62,20
705 16 48,15 47,67 9,80 31,79 65,10
729 23 51,85 53,33 9,78 35,59 68,86
731 7 55,56 53,97 9,77 36,03 69,27
752 22 59,26 58,60 9,66 39,35 72,20
783 2 62,96 65,09 9,35 44,40 76,19
784 18 66,67 65,21 9,34 44,50 76,26
795 19 70,37 67,31 9,20 46,25 77,53
822 3 74,07 71,96 8,81 50,40 80,36
880 8 77,78 80,22 7,81 58,91 85,47
899 4 81,48 82,39 7,47 61,46 86,86
938 9 85,19 86,13 6,78 66,28 89,33
1008 17 88,89 91,07 5,59 73,75 92,77
1034 12 92,59 92,43 5,19 76,12 93,76
1084 26 96,30 94,49 4,48 80,11 95,33
Nota: Los valores de frecuencia de caudales máximos del río Guayuriba, presentados en la tabla 8, fueron tomados
de Metodología Para el Ajuste de Modelos de Valor Extremo Tipo Gumbell y log Pearson Tipo 3 Para Series de
Valores Máximos. UPTC. Tunja. Colombia. 2011.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 68
Figura 28
Caudal Medio Mensual Multianual
Nota: Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. Contrato UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
Figura 29
Caudales Máximos Estación Puente Carretera
Nota: Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. Contrato UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 69
3.2.4 Aporte de Sedimentos
Se analiza la modelación hidráulica del comportamiento del cauce del río; estimada para
periodos de retorno de lluvia de 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años. “La estimación de las alturas y
velocidades alcanzadas por el flujo en el cauce se realizaron empleando el software HEC-RAS
dado su potencial para el análisis hidráulico” (Fonseca, 2015). El software HEC-RAS del U.S.
Army Corp., de los Estados Unidos fue desarrollado para calcular perfiles de flujo gradualmente
variados en un canal con secciones transversales regulares o irregulares. El programa calcula
los perfiles de flujo empleando el método del paso estándar.
Un flujo gradualmente variado constituye una clase del flujo permanente no uniforme en
el cual, existe una variación continua a lo largo del canal, de la profundidad del flujo y de igual
forma en el área, la velocidad, el perímetro mojado y el radio hidráulico, entre otros la posible
forma que pueda tener la superficie libre está en función de las profundidades real, normal y
crítica. Para el análisis de este tipo de flujos, el HEC-RAS, presenta las siguientes
consideraciones: El flujo es permanente, es decir, constante en el tiempo; la distribución de
presiones en cada sección transversal del canal es hidrostática (líneas de corriente paralelas),
la pendiente del canal es pequeña y uniforme y para el cálculo de la línea de energía, se permite
el uso de las ecuaciones de flujo uniforme, que consideran que la pérdida de energía por fricción
es la más importante. En el análisis del flujo en canales, es necesario predecir cuál es el
comportamiento de los perfiles de la lámina de agua. Esto se puede hacer con un análisis del
comportamiento de la pendiente de la superficie del agua en función de las variables
geométricas e hidráulicas del flujo. En cualquier sección transversal la energía total “H” está
dada por la ecuación (1).
𝐻 = 𝑉^2
+ 𝑌 + 𝑍 (1) 2𝑔
H= Energía total
V= Velocidad promedio del flujo en la sección transversal
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 70
g=Aceleración de la gravedad
Y=Profundidad del flujo
Z=Altura de la posición respecto a un plano de referencia
El HEC-RAS, emplea el método del paso estándar, que consiste en estimar la
profundidad del flujo en las diferentes secciones transversales, iniciando a partir de los datos de
profundidad conocidos para una sección, que en la mayoría de los casos corresponde a la
sección de control.
Si el flujo es subcrítico los cálculos se inician desde aguas abajo y se desarrollan hacia
aguas arriba y si es supercrítico se parte de aguas arriba continuándose hacia aguas abajo.
Figura 30
Modelo Digital de Elevaciones Río Guayuriba
Nota: Se puede observar el comportamiento de las secciones transversales a lo largo del río en elevaciones que
oscilan entre 344 y 834 msnm. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. Contrato UPTC-UPME. Tunja. Colombia.
2015.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 71
3.2.5 Coeficiente de Rugosidad de Manning
“El coeficiente de rugosidad para estas simulaciones, se estableció de acuerdo con los
criterios de clasificación mostrados en el manual del United States Geological Survey – USGS,
Guide for Selecting Manning's Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains,
donde se presentan cauces naturales en los Estados Unidos, a los cuales se les realizaron
aforos de caudales con la finalidad de estimar dicho coeficiente” (Arcement, 1989).
“Para la zona de estudio, el coeficiente de rugosidad promedio es 0.040 para las planicies
de inundación, y de 0.045 para el cauce principal” (Fonseca, 2015).
3.2.6 Resultados de la Modelación Hidráulica
Las velocidades en el cauce se encuentran entre 1.0 y 6.2 m/s. Figura 31
Perfil Longitudinal de Velocidad en el Cauce
Nota: En los periodos de retorno bajos, los valores de velocidad tienden a ser menores en comparación con las
velocidades obtenidas para periodos de retorno altos de 50 y 100 años, indicando que las velocidades en el cauce
tienden a aumentar en la medida en que se aumenta el caudal. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. Contrato
UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 72
Figura 32
Perfil Longitudinal del Número de Froude
Nota: Se muestra el perfil longitudinal del número de Froude en el cauce para cada periodo de retorno en cada
sección transversal, para la zona en estudio se estima un flujo de crítico a super crítico. Tomado de Informe Técnico
rio Guayuriba. Contrato UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
3.2.7 Socavación General
“Para estimar la socavación general en un tramo recto del canal del río Guayuriba, se usa
el método de Lishtvan – Lebediev, el cual está basado en la condición de equilibrio entre la
velocidad media del flujo UR y la velocidad media máxima necesaria para no erosionar el
material del fondo, UE” (Fonseca, 2015).
Partiendo del estado de equilibrio donde UR=UE; este método asume que el área
aumenta con incrementos de la profundidad del cauce (por erosiones laterales o ampliaciones
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 73
5
del ancho considerado constante durante todo el paso de la creciente). Consecuentemente, la
velocidad media del flujo disminuye a medida que se profundiza el fondo. La velocidad media
real del flujo, UR, está dada por la ecuación
5
𝑈𝑅 = αdo3
𝑑𝑠 y α =
Qd (2)
μBe𝑑𝑚3
Donde do (m) es la profundidad del agua en una línea vertical dada; es igual a la
diferencia de niveles del agua (cuando se presenta el caudal de diseño) y del fondo inicial (antes
de socavación); dS (m) es la profundidad del agua cuando ha ocurrido la socavación. UR (m/s)
es la velocidad media en la vertical donde se mide do; Qd (m3/s) es el caudal de diseño; Be (m)
es el ancho efectivo de la superficie del cauce y μ (adimensional) es el coeficiente que toma en
cuenta las contracciones laterales del flujo por efecto de los obstáculos; μ = 1 en un tramo recto
sin obstáculos, pero en presencia de obstáculos el valor de
μ se obtiene así:
μ = 1 − 0,387𝑈
𝐿
(3)
Donde U (m/s) es la velocidad media del agua para la sección y L (m) es la distancia libre
entre obstáculos. “U=Qd/A” (m/s). La expresión dm (m) es la profundidad media para el caudal
de diseño; es decir, la diferencia de niveles entre la superficie de agua al pasar el caudal de
diseño y el fondo original. Se obtiene dividiendo el área hidráulica A entre el ancho efectivo del
canal, Be (m).
dm = A / Be (4)
La velocidad media erosiva del flujo, UE, se obtiene en función del diámetro de la
partícula característica del lecho (D84). Para obtener UR se establece como condición que los
caudales unitarios permanezcan constantes durante todo el proceso erosivo; es decir, el ancho
de la sección no varía y, por tanto, las reducciones de la velocidad se deben únicamente al
aumento del área por descenso del fondo.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 74
Figura 33
Variables Para Cálculo de Socavación
Nota: Donde do (m) es la profundidad del agua en una línea vertical dada; dS (m) es la profundidad del agua cuando ha
ocurrido la socavación. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. Contrato UPTC-UPME. Tunja. Colombia.
2015.
Para suelos no cohesivos UE se obtiene con una de las siguientes ecuaciones:𝑈𝐸 =
0,68𝛽𝑑𝑚0,28𝑑𝑠𝑥 (5)
Si 0.00005 m ≤ D84 ≤ 0.0028 m:
(6)
Si 0.0028 m ≤ D84 ≤ 0.182 m:
(7) Si 0.182 m ≤ D84 ≤ 1.00 m:
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 75
(8)
β=0,8416+0,03342*lnT (9) Donde β coeficiente adimensional y válido para T (períodos retorno de 15 a 1500 años)
Ψ = 0,38 + (6,18*10-7) *ɣ2 (10)
Ψ=Peso específico del agua (Kgf/m3) y ɣ=peso específico seco Tabla 9
Estimación de la Socavación General
L A
Nota: Q. Prom: Caudal promedio; se presenta, en resumen, las profundidades máximas de socavación estimadas
para cada sección transversal cercana a nuestra zona de estudio, encontrando como máxima socavación 3,70 m con
un período de retorno de 2 años, en el PK 6+000 del río Guayuriba. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba.
El volumen promedio de sólidos transportados es aproximadamente de 90.740.000
m3/año, que. No obstante, debe entenderse que el caudal promedio tiene una probabilidad de
ocurrencia del 50% en presentarse, existiendo la posibilidad de notarse caudales más altos o
más bajos que éste, en períodos de retorno de hasta 100 o 200 años.
Tabla 10
Caudales de Sólidos Promedio
PERÍODO DE RETORNO CAUDAL PROMEDIO
(m3/s)
CAUDAL PROMEDIO
(m3/día)
CAUDAL PROMEDIO
(m3/año)
Caudal promedio 2,9 248.602 90.739.795
2 años 15,1 1.304.636
5 años 18,1 1.566.007
10 años 16,3 1.412.260
25 años 22,0 1.899.646
50 años 27,0 2.336.735
100 años 25,5 2.199.839
Nota: Es importante tener en cuenta que este valor es una referencia a nivel general, que podría verificarse con
información de mayor detalle, con topo batimetrías del río que muestren temporalmente el comportamiento del lecho,
además es recomendable que, en el proceso de extracción de material del lecho, se tome un porcentaje del valor
estimado. Tomado de Informe Técnico rio Guayuriba. Contrato UPTC-UPME. Tunja. Colombia. 2015.
3.2.9 Interpretación de Numero de Froude y Número de Reynolds
El número de Froude “Fr”, se entiende como el cociente entre las fuerzas inerciales y las
fuerzas gravitatorias. De la ecuación (1) se deriva la definición del número de Froude,
representado en la ecuación (11).
𝐹𝑟 = 𝑉
√𝑔∗𝐷
(11)
Donde 𝐷 = 𝐴
𝐵
y 𝐴 =
𝑄
𝑉
A=Área de la sección transversal del flujo
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 77
B=Ancho superior del flujo
Q=Caudal del flujo
Si Fr<1 se dice que el flujo es lento o sub crítico.
Si Fr=1 se dice que el flujo es crítico.
Si Fr>1 se dice que el flujo es rápido o súper crítico.
El régimen de flujo tiende a ser en general, subcrítico, con valores del número de Froude
inferiores a 1.0, aunque en pequeños tramos, el mismo tiende a ser supercrítico con valores del
número de Froude superior a 1.0 (PK 20+000).
El número de Reynolds es la relación entre las fuerzas inerciales y viscosas presentes
en un fluido. Éste relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en
una expresión adimensional. En la ecuación (12) se especifica el número de Reynolds Re.
𝑅𝑒 = (𝑉∗𝑅)
𝑢 (12)
Re= Número de Reynolds V= Velocidad promedio del flujo en la sección transversal
R=Radio hidráulico de la sección mojada. (Área de la sección / perímetro mojado)
ꭟ=Viscosidad cinemática del agua
Si Re < 1000 el flujo es laminar
Si 1000 > Re < 2000 el flujo está en un régimen de transición Si
Re > 2000 el flujo es turbulento
Tomando como velocidad promedio de flujo en la sección transversal V=3 m/s según la
modelación hidráulica; la viscosidad cinemática del agua a 24°C; ꭟ=0,914 X10-6 (m2/s) y para el
cálculo de R, se aproxima la sección transversal del sitio a evaluar como un rectángulo de 810
m de largo (Google Earth) por 3,7 m de profundidad (máxima socavación estimada), tenemos:
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 78
R = (810 m * 3,7 m)) / (810 m + 810 m + 3,7 m + 3,7 m); entonces R=1,84 m Re
= ((3 m/s) * (1,84 m) / 0,914 X10-6 (m2/s))
Re = 6044 lo cual indica un flujo turbulento.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 79
4. Discusión de Resultados y Análisis de Alternativas
Con base en la evaluación realizada a las obras colapsadas, datos recopilados,
resultados obtenidos y cálculos elaborados, se realizó un análisis de posibles alternativas de
solución, para así poder recomendar una solución que ofrezca una mayor vida útil,
4.1 Alternativa 1, Reparar las Obras Afectadas Según Diseño Inicial
La primera alternativa analizada es la de reparar las obras afectadas y reconstruirlas
exactamente igual al diseño original descrito anteriormente.
Esta actividad consiste en retirar los elementos en concreto de los espigones 1, 2 y 3
fallados y evaluar su integridad, con el ánimo de reutilizar el mayor número posible de ellos,
además evaluar el estado de la cimentación y volver a elaborarla según diseño original.
Adicionalmente recalzar los gaviones socavados, reforzándolos con pilotes metálicos para
mitigar el riesgo de volcamiento.
4.1.1 Consideraciones Preliminares
Se revisan las variables hidráulicas, geomorfológicas, de pluviosidad y de disponibilidad
de recursos y maquinaria. Luego se procede a calcular las dimensiones de la estructura.
Para el cálculo de dimensiones de los espigones, se toman las recomendaciones
enunciadas en el documento de Gerardo Fracassi, elaborado en 2012 para la empresa
Maccaferri, titulado: “Obras de sistematización fluvial en torrentes y ríos con espigones. Manual
Técnico” y las consideraciones enunciadas anteriormente en cuanto a la geología, geomorfología
e hidráulica de la zona de estudio como se resume a continuación.
El ancho del cauce en la zona de estudio “B” es de 810 m (fuente Google Earth) y las
variables concernientes al régimen hidráulico, estudiadas anteriormente se resumen así:
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 80
Temporada de más alta pluviosidad: De abril a septiembre, donde se evidencian
valores arriba de 300 mm y hasta 450 mm. Significa esto que la temporada propicia para
intervenir será de octubre a marzo.
Flujo máximo de 1467 m3/s para 200 años respecto al período de retorno. En
general para este tipo de obras se utiliza un período de retorno de 100 años, para lo cual el
flujo sería de 1355 m3/s.
En este caso el FS (Factor de seguridad), resulta de dividir el flujo para 200 años entre el
flujo para 100 años respecto al período de retorno, así: FS=1467 m3/s / 1355 m3/s, donde FS=
1,08 bastante óptimo para el diseño.
La pendiente en la zona del piedemonte llanero, está identificada con valores
inferiores al 2%, cumpliendo así lo recomendado para el diseño óptimo de espigones.
El coeficiente de rugosidad de Manning oscila de 0,04 a 0,045. Las velocidades del caudal del río Guayuriba, oscilan entre 1 y 6,2 m/s. La socavación máxima se estimó en 3,7 m (Método Lishtvan Lebediev).
La cantidad de sólidos transportados es de 90.740.000 m3/año y de 25,5 m3/s
para un período de retorno de 100 años.
El flujo del río Guayuriba se enmarca como “Turbulento y rápido o super crítico”.
El tipo de material encontrado en los análisis de laboratorio, obedece a una
grava mal gradada, con arena, con un buen comportamiento ante la desintegración mecánica,
de alta permeabilidad debido a la presencia de macro poros.
Los materiales requeridos para construcción son de fácil consecución ya que el
sitio de estudio queda dentro de la cantera Gravicón y vecino a una cementera.
4.1.2 Memorias de Cálculo
1. Localización en planta de los espigones.
2. Forma del espigón: Se decide conservar la forma longitudinal en un solo ángulo.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 81
3. Cantidad de espigones: Se definen 3 espigones longitudinales. 4. Sección transversal y longitudinal. Sección “C-C´” y sección “B-B´” 5. Ángulo de orientación respecto a la corriente “α”. El manual de Maccaferri
recomienda para tramos rectos ángulos ≤90°, por lo tanto, se define un ángulo de α =50° para
que guarden uniformidad con los espigones existentes aguas arriba, elaborados por la empresa
Gravicón.
6. Longitud de cada espigón “LT”. Según recomienda el manual de Maccaferri, se
debe cumplir lo siguiente: 0,03*B ≤ L ≤ 0,3*B y como B=810 m; la longitud “L” de los espigones
debe estar entre 24,3 y 243 m, lo cual se cumple ya que las longitudes se definieron en L1= 41
m; L2=36 m y L3=36 m; esto para guardar uniformidad con los espigones existentes aguas
arriba, elaborados por la empresa Gravicón.
7. Empotramiento en la orilla. Se definen 4 m, 2 m y 2 m respectivamente para los
espigones 1, 2 y 3.
8. Separación o espaciamiento entre espigones “Se”; según el manual técnico de
Maccaferri, se calcula de Se ≤ LT*cot β. Donde β1=11° y β2=9°
Entonces Se1 (teórico) ≤ 40,8 m *cot 11°=209,89 m y para Se2 (teórico) ≤ 34,84 m * cot
9°=219,98 m.
Se1 se definió en 36,52 m y Se2 se definió en 74,63 m; distancias que cumplen con la
condición de diseño y permiten básicamente la protección del derecho de vía del gasoducto,
cumpliendo además con las coordenadas descritas en el permiso de ocupación de cauce
emitido por Corporinoquia.
El manual Maccaferri, recomienda usar un ángulo β, entre 9° y 17°.
9. Tipo y dimensiones de la protección anti socavación: Se ejecuta un dentellón en
concreto ciclópeo de 2,60 m de ancho y 0,5 m de espesor a lo largo de toda la sección
longitudinal de cada espigón.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 82
Esta es la principal variable a controlar, ya que define el fenómeno de erosión hídrica que
afecta las márgenes del río. La socavación máxima estimada fue de 3,7 metros.
La socavación se analizó teniendo en cuenta el método Listchvan – Lebediev por ser el
más completo, ya que tiene en cuenta la forma del cauce, textura del material de fondo y la
homogeneidad en la distribución del material.
10. Evaluación de la erosión al pie de los espigones: Finalmente el objetivo de este
estudio es controlar la erosión hídrica mediante la implementación de obras de mitigación.
Para elaborar esta evaluación se han tenido en cuenta tres métodos reconocidos tales
como: método Artamonov, método Listchvan-Lebediev y el método LUI. Para el análisis final se
ha tomado un promedio de los 3 métodos.
Por Artamonov: la socavación se muestra como “de” (m) que es la profundidad de la
corriente en el extremo de la estructura, y teniendo en cuenta los coeficientes Kα, Kk y Kq, también
la profundidad normal del flujo “da” (m) dentro de cauce, que es de 3 m.
de= Kα*Kk*Kq*da (13)
α=ángulo que forma el espigón con la margen del río. 50° para este caso.
k=cotθ siendo θ el ángulo del talud con la horizontal. 26° (Medio en sitio).
q=relación de Q1/Qd (Q1 es el caudal si no existiera espigón y Q es caudal del cauce) Los
coeficientes se obtienen de: Kα=0,782*e0,0028*α
Kk=1,028*e-0,24*k
Kq=4,429+1,063*ln(Q1/Q)
Entonces se tiene que de=0,855*da*(4,17+ln(Q1/Q))* e(0,0028*α-0,24k)
Como α=50°; Q=1467 m3/s; k=cot 26° k=2 da=3m v=6,2m/s
Q1=A*v donde A=B*do B=Ancho del río do=Altura normal del cauce
Q1=810m*3m*6,2m/s Q1=15066 m3/s
de = 0,855*3m*(4,17+ln (15066 m3/s /1467 m3/s))* e(0,0028*50-0,24*2
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 83
𝑌𝑛
Entonces de=4,35 m
Por Listchvan-Lebediev:
5 3
𝐻𝑠 = (𝛼 ∗ ) 𝑉𝑐𝐿
0,83 (14)
Hs=Profundidad de socavación (m)
VcL=velocidad media admisible sin que se produzca erosión (m/s); VcL=K*Vs
(Vs=Velocidad en superficie, que para gravas es de 2 m/s) y K=0,8 según “Chávez, Luis.
2014”; entonces VcL=0,8*2m/s VcL=1,6 m/s
Yn=altura normal del cauce (m), para este caso 3m
Como α = Qd
5 con μ=0,99 según ecuación 3; Be=769 m; dm=3,16 m; α=0,26
μBe𝑑𝑚3
Entonces Hs=1,10 m
Por LUI:
𝐿 𝑌𝑠𝑡 = 2,5 ∗ 𝐹0,33 ∗ ( )0,4 (15)
𝑌𝑛
Yst= Profundidad de socavación (m)
F=Número Froude, 2,05 es el máximo calculado
L=Longitud del muro (m) de 41m para este caso
Yn=Profundidad normal del flujo (m) de 3m para este caso
Entonces Yst= 8,78 m
Promediando el cálculo de la erosión por estos tres métodos, tendremos que Hs=
(4,35+1,10+8,78)/3 Hs=4,74 m
11. Resistencia al volcamiento: Los espigones como elemento de contención ante el
empuje del agua, deben ofrecer una resistencia al volcamiento debido a la fuerza del agua. Se
evalúa la capacidad que puede ofrecer el espigón según su diseño.
En la norma NSR 10, se enuncia en la tabla H.6.9-1 los factores de seguridad indirectos mínimos
de resistencia al volcamiento debido a fuerzas externas. Se entiende entonces que el
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 84
“FS” (Factor de seguridad), se calcula como el cociente entre Momento resistente/Momento
actuante y debería ser ≥3.
Para la alternativa 1, tomando un valor aproximado de peso unitario del concreto de 23,6
KN/m3 y el volumen de cada paralelepípedo de concreto, es de 1,28 m3
(0,8m*1m*1,6m),
entonces podemos decir que en una longitud de 1,6m de espigón, según la configuración del
diseño, se cuenta con 4 paralelepípedos de concreto (según ilustración 3); y además una
cimentación en concreto de dimensiones (0,5m*2,6m*1,6m)=7,2 m3.
Se calcula el peso del elemento en concreto (We), conformado por 4 paralelepípedos
más la cimentación de espigón a lo largo de 1,6 m, y tenemos que: We=((1,6m*1m*0,8m) *4)
+(2,6m*0,5m*1,6m) *23,6 KN/m3 =7,2m3*23,6 KN/m3. Donde We=191,52 KN
Ahora para hallar el Momento resistente Mr=We*d siendo d la distancia d=2,6m (ancho
del cimiento), por tanto, Mr=191,52 KN*2,6m; Mr=497,95 KN*m
Para calcular la fuerza que ejerce el agua sobre el elemento de concreto tenemos que:
Fh=1/2*(ρ*g*B*H2) “Fuerza que ejerce un fluido”
Fh=Fuerza del agua (KN)
ρ =densidad del agua (1.000kg/m3)
g=Gravedad (9,81m/s2)
B=Ancho de estudio (1,6m)
H=Profundidad (3m)
Tenemos que Fh=96,14 KN. Calculando el momento actuante Ma=Fh*d
Ma=96,14KN*2,6m tenemos que Ma=249,96KN*m y entonces el FS=Mr/Ma
FS=(497,95KN*m/249,96KN*m) FS=1,99
12. Relación de costos de obras: Se ha realizado la estimación de cantidades de
obra, valorizándolas según se ha encontrado en análisis de precios unitarios comerciales de la
industria del petróleo y gas, según tabla 11.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 85
Tabla 11
Costos Alternativa 1
CANTIDADES DE OBRA CRUCE GUAYURIBA
ALTERNATIVA 1
DESCRIPCIÓN DEL ÍTEM UN VALOR UNITARIO CANTIDAD VALOR
Movilización y desmovilización UN $ 7.203.254 1,00 $ 7.203.253,76
Rocería y limpieza m2 $ 5.348 445,00 $ 2.379.751,53
Manejo de aguas mayor UN $ 28.002.570 1,00 $ 28.002.569,66
Excavación con maquinaria m3 $ 49.944 339,00 $ 16.930.882,58
Relleno compactado con material de préstamo lateral m3 $ 45.503 1419,00 $ 64.569.193,59
Hincado de pilotes en tubería de 6" m $ 352.281 150,00 $ 52.842.119,30
Estructura complemento hincado de pilotes m $ 470.564 13,00 $ 6.117.325,91
Demolición de concreto m3 $ 318.197 200,00 $ 63.639.302,72
Se debe diseñar las mezclas con 10 días de anticipación al primer vaciado y
presentarlas para su aprobación junto con todos los materiales utilizados; de cada mezcla se
debe elaborar tres juegos de tres cilindros de concreto para ser ensayados en series de tres a
los 7, 14, 28 y 56 días, respectivamente.
El diseño de las distintas mezclas se basa en la obtención de un material pastoso,
maleable y con un contenido de agua que genere un "asentamiento" del concreto (slump) entre
2,5 y 12,7 cm. (1" a 5") medido según el proceso de la designación C-143 de la ASTM o 346 de
ICONTEC. Las formaletas deben construirse lo suficientemente ajustadas para evitar toda
pérdida de mezcla a través de las mismas.
Acero de refuerzo: Consiste en el suministro, transporte, almacenamiento, corte,
doblamiento y colocación de las barras de acero dentro de las diferentes estructuras
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 92
permanentes de concreto, de acuerdo con los planos del proyecto. Al ser colocado en la obra y
antes de fundir el concreto, todo el acero de refuerzo deberá estar libre de polvo, óxido en
escamas, rebabas, pintura, aceite o cualquier otro material extraño que pueda afectar
adversamente la adherencia. Todo el mortero seco deberá ser quitado del acero.
El alambre usado para el amarre deberá tener un diámetro equivalente de 0.0625 o
0.00800 pulgadas (1,5875 o 2,032 mm), o calibre equivalente. No se permite soldadura de
intersecciones de las barras de refuerzo.
Figura 34
Diseño de Alternativa 1
Nota: Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
Para los gaviones socavados, se incluye un recalce con concreto simple de
3.000 psi a lo largo de 25 metros con un espesor de aproximadamente 80 cm y una
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 93
profundidad promedio de 1,5 m como se puede evidenciar en la ilustración 19; además reforzar
con pilotes metálicos de 6” de diámetro Schedule 40 (acero al carbono) hincados a rechazo, el
cual se consigue en promedio a 6 metros de profundidad. Ver zona marcada con flecha amarilla
en la figura 34.
Figura 35
Recalce de Gaviones
Nota: Tomado de Informe de Intervención de Obra río Guayuriba de TGI. Bogotá. Colombia. 2019.
4.2 Alternativa 2, Reparar las Obras Afectadas, Incluyendo Refuerzos con Pilotes
La segunda alternativa analizada es la de reparar las obras afectadas y reconstruirlas
exactamente igual al diseño original, pero además de estas actividades, se propuso reforzar los
espigones con el hincado de pilotes de acero al carbono de 6” de diámetro, Schedule 40;
separados entre sí un máximo de 2 metros e hincados a rechazo y a una altura tal que
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 94
alcanzará la cota más alta del espigón en su primer nivel. Zona marcada en amarillo en la figura
36.
Para el caso de los gaviones socavados, se plantea el mismo tratamiento contemplado
en la alternativa 1, con recalce en concreto simple de 3000 PSI y reforzados con pilotes en
acero al carbono SCH 40 de 6” hincados a rechazo.
4.2.1 Consideraciones Preliminares
Como se enunció anteriormente, se tienen en cuenta las consideraciones preliminares
descritas y resumidas en la tabla 12.
Tabla 12
Consideraciones Preliminares
PARÁMETRO VALOR
B= Ancho del cauce 810 m
Máximos de pluviosidad 300 a 450 mm (de abril a septiembre)
Flujo máximo Q máximo 1.467 m3/s
Flujo mínimo Q mínimo 180 m3/s (octubre a marzo)
Pendiente máxima 2% piedemonte
Coeficiente de rugosidad Manning de 0,04 a 0,045
Velocidades del caudal Oscilan entre 1 y 6,2 m/s
Socavación máxima 3,7 m
Sólidos transportados 90.740.000 m3/año // 25,5 m3/s para un período de retorno de 100 años
Tipo de flujo Turbulento y rápido o súper crítico
Tipo de material de arrastre
Grava mal gradada, buen comportamiento ante la desintegración mecánica, alta
permeabilidad por presencia de macro poros
Nota: Estos datos se tienen en cuenta para poder realizar cálculos de variables hidráulicas. 2020.
4.2.2 Memorias de Cálculo
1. Localización en planta de los espigones. 2. Forma del espigón: Se decide conservar la forma longitudinal en un solo ángulo. 3. Cantidad de espigones: Se definen 3 espigones longitudinales.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 95
4. Sección transversal y longitudinal. Sección “C-C´” y sección “B-B´”
5. Ángulo de orientación respecto a la corriente “α”. El manual de Maccaferri
recomienda para tramos rectos ángulos ≤90°, por lo tanto, se define un ángulo de α =50° para
que guarden uniformidad con los espigones existentes aguas arriba, elaborados por la empresa
Gravicón.
6. Longitud de cada espigón “LT”. Según recomienda el manual de Maccaferri, se
debe cumplir lo siguiente: 0,03*B ≤ L ≤ 0,3*B y como B=810 m; la longitud “L” de los espigones
debe estar entre 24,3 y 243 m, lo cual se cumple ya que L1= 41 m; L2=36 m y L3=36 m; esto
para guardar uniformidad con los espigones existentes aguas arriba, elaborados por la empresa
Gravicón.
7. Empotramiento en la orilla. Se definen 4 m, 2 m y 2 m respectivamente para los
espigones 1, 2 y 3.
8. Separación o espaciamiento entre espigones “Se”; según el manual técnico, se
calcula de Se ≤ LT*cot β. Donde β1=11° y β2=9°
Entonces Se1 (teórico) ≤ 40,8 m * cot 11°=209,89 m Y para
Se2 (teórico) ≤ 34,84 m * cot 9°=219,98 m
Se1 se definió en 36,52 m y Se2 se definió en 74,63 m; distancias que cumplen con la
condición de diseño y permiten básicamente la protección del derecho de vía del gasoducto,
cumpliendo además con las coordenadas descritas en el permiso de ocupación de cauce
emitido por Corporinoquia.
El manual de Maccaferri, recomienda usar un ángulo β, entre 9° y 17°.
9. Tipo y dimensiones de la protección anti socavación: Se ejecuta un dentellón en
concreto ciclópeo de 2,60 m de ancho y 0,5 m de espesor a lo largo de toda la sección
longitudinal de cada espigón.
La socavación máxima estimada fue de 3,7 metros, como se evidencia en la tabla 9.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 96
La socavación se analizó teniendo en cuenta el método Listchvan – Lebediev por ser el
más completo, ya que tiene en cuenta la forma del cauce, textura del material de fondo y la
homogeneidad en la distribución del material.
10. Evaluación de la erosión al pie de los espigones: Finalmente el objetivo de este
estudio es controlar la erosión hídrica mediante la implementación de obras de mitigación. Para
elaborar esta evaluación se han tenido en cuenta tres métodos reconocidos tales como: método
Artamonov, método Listchvan-Lebediev y el método LUI. Para el análisis final se ha tomado un
promedio de los 3 métodos.
Por Artamonov: la socavación se muestra como “de” (m) que es la profundidad de la
corriente en el extremo de la estructura, y teniendo en cuenta los coeficientes Kα, Kk y Kq, también
la profundidad normal del flujo “da” (m) dentro de cauce, que es de 3 m.
Las variables analizadas y ecuaciones utilizadas son las mismas de la alternativa 1.
Entonces de=4,35 m Por Listchvan-Lebediev:
Las variables analizadas y ecuaciones utilizadas son las mismas de la alternativa 1.
Entonces Hs=1,10 m
Por LUI:
Las variables analizadas y ecuaciones utilizadas son las mismas de la alternativa 1.
Entonces Yst= 8,78 m
Promediando el cálculo de la erosión por estos tres métodos, tendremos que Hs=
(4,35+1,10+8,78)/3 Hs=4,74 m
11. Para el caso de los gaviones socavados, debido a la erosión hídrica, se plantea
el recalce de los mismos con concreto simple de 3.000 psi a lo largo de 25 metros con un
espesor de aproximadamente 80 cm y una profundidad promedio de 1,5 m, además de realizar
una reconformación del terreno que permita la sedimentación entre espigones.
ESTUDIO DEL PROCESO EROSIVO DEL RÍO GUAYURIBA 97
12. Resistencia al volcamiento: Los espigones como elemento de contención ante el
empuje del agua, deben ofrecer una resistencia al volcamiento debido a la fuerza del agua. Se
evalúa la capacidad que puede ofrecer el espigón según su diseño. En la norma NSR 10, se
enuncia en la tabla H.6.9-1 los factores de seguridad indirectos mínimos de resistencia al
volcamiento debido a fuerzas externas. Se entiende entonces que el “FS” (Factor de seguridad),
se calcula como el cociente entre Momento resistente/Momento actuante y debería ser ≥3. Para
la alternativa 2, tomando un valor aproximado de peso unitario del concreto de 23,6 KN/m3 y el
volumen de cada paralelepípedo de concreto, es de 1,28 m3 (0,8m*1m*1,6m), entonces
podemos decir que en una longitud de 1,6 m de espigón, según la configuración del diseño, se
cuenta con 4 paralelepípedos de concreto (según ilustración 3); y además una cimentación en
concreto de dimensiones (0,5m*2,6m*1,6m)=7,2 m3.
Se calcula el peso del elemento en concreto (We), conformado por 4 paralelepípedos
más la cimentación de espigón a lo largo de 1,6 m más el peso de 2 pilotes de 6 metros con su
estructura complementaria (2,82 KN, según norma para tuberías de acero al carbono ASTM
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