Optimización de los procesos de dragado: aplicación río Magdalena Colombia

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(1)OPTIMIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE DRAGADO – APLICACIÓN RÍO MAGDALENA COLOMBIA. LAURA MATILDE ROA RODRÍGUEZ SERGIO IVÁN PARRA CANCHÓN. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2016.

(2) OPTIMIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE DRAGADO – APLICACIÓN RÍO MAGDALENA COLOMBIA. LAURA MATILDE ROA RODRIGUEZ SERGIO IVAN PARRA CANCHÓN. Trabajo de grado para obtener título de Ingeniero civil. Director Abraham Ruíz Ingeniero civil. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2016.

(3) Nota de aceptación: ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________. _________________________________ Director de Proyecto. _______________________________ Firma del presidente del Jurado. ________________________________ Firma del Jurado. ________________________________. Firma del Jurado. Bogotá, 1 Noviembre 2016 3.

(4) 4.

(5) AGRADECIMIENTOS. En primer lugar, agradecemos a Dios, por brindarnos la oportunidad de vivir, por permitirnos disfrutar cada momento de nuestras vidas y por permitirnos tener una buena experiencia en esta universidad. En segundo lugar, agradecemos a nuestros padres porque nos brindaron su apoyo tanto moral y económicamente para seguir estudiando y lograr el objetivo trazado para un futuro mejor y ser orgullo de ellos y para toda nuestra familia. Por último, pero no menos importante agradecemos a la Universidad Católica de Colombia y a los maestros que fueron partícipes en este proceso, porque debido a sus grandes esfuerzos, dedicaciones y a la trasmisión de sus conocimientos dentro de un aula de clase, pudimos realizar exitosamente este trabajo de grado.. 5.

(6) DEDICATORIA Este trabajo de grado se lo dedicamos en primer lugar a Dios, quien supo guiarnos por el buen camino, darnos fuerzas para seguir adelante y no caer ante los problemas que se nos presentaron durante nuestra carrera universitaria. En segundo lugar, a nuestros padres y familia, quienes fueron los que nos apoyaron constantemente para llegar al punto donde nos encontramos ahora, porque siempre nos brindaron sus consejos, recomendaciones y valores día a día en el transcurso de cada año de nuestra carrera universitaria.. 6.

(7) TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 17 1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................ 18 1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................. 21 1.3 OBJETIVOS................................................................................................. 22 1.3.1 Objetivo general......................................................................................... 22 1.3.2 Objetivos específicos. ................................................................................ 22 1.4 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 23 1.5 DELIMITACIÓN ............................................................................................... 24 1.5.1 Alcances. ................................................................................................... 24 1.5.2 Limitaciones. .............................................................................................. 24 1.6 MARCO DE REFERENCIA ............................................................................. 25 1.6.1 Marco teórico. ............................................................................................ 25 1.6.2 Marco conceptual. ..................................................................................... 45 1.6.2.1 Operaciones de dragado. .................................................................... 45 1.6.2.2 Maquinaria especializada para dragar................................................. 45 1.6.2.3 Definición batimétrica de la zona. ........................................................ 47 1.6.2.4 Transporte fluvial. ................................................................................ 48 1.6.2.5 Caracterización del río Magdalena. ..................................................... 48 1.6.2.6 Vertido y materiales dragados. ............................................................ 50 1.6.2.7 Causas por la cual se requiere procesos de dragado. ........................ 51 1.7. METODOLOGÍA .......................................................................................... 55. 2. CAPITULO 1 METODOLOGÍA DE DRAGADO .......................................................................... 56 2.1 TIPOS DE METODOLOGÍAS .......................................................................... 56 2.1.1 Draga TSHD Shoreway. ............................................................................ 56 2.1.2 Draga Orión. .............................................................................................. 57 2.1.3 Eco-draga. ................................................................................................. 58 2.1.4 Draga tipo Dipper....................................................................................... 59 2.1.5 Draga Cristóbal Colón (C-332). ................................................................. 59 2.1.6 Draga Alberto Alemán Zubieta................................................................... 60 2.1.7 Draga Dustpan........................................................................................... 61 7.

(8) 2.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS EQUIPOS QUE DRAGAN ............... 61 3. CAPITULO II CARACTERÍSTICAS DE SEDIMENTACIÓN RIO MAGDALENA COLOMBIA .... 64 3.1 CARACTERÍSTICAS DEL RÍO MAGDALENA EN TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ....................................................................................................... 65 3.1.1 Caracterización hidrosedimentológica. ...................................................... 67 3.1.1.1 Análisis granulométrico tramo I (Puerto Salgar – Puerto Berrio). ........ 69 3.1.1.2 Análisis granulométrico tramo II (Puerto Berrio – Barrancabermeja)... 70 3.1.1.3 Análisis granulométrico tramo III (Barrancabermeja - Regidor). .......... 71 3.1.2 Representación gráfica de los materiales existentes. ................................ 72 3.1.2.1 Tramo I (Puerto Salgar – Puerto Berrio. .............................................. 72 3.1.2.2 Tramo II (Puerto Berrio – Barrancabermeja). ...................................... 72 3.1.2.3 Tramo III (Barrancabermeja - Regidor)................................................ 73 3.1.3 Nivel de contaminación de sedimentos en el rio Magdalena. .................... 73 3.1.3.1 Análisis de las características físico químicas de sedimentos. ............ 75 4. CAPITULO III ANÁLISIS DE COSTOS ........................................................................................ 78 4.1 COSTO DEL EQUIPO ..................................................................................... 78 4.1.1 Draga tipo succión TSHD (shoreway). ....................................................... 78 4.1.2 Draga tipo corte – Succión (Orión). ........................................................... 79 4.1.3 Draga Alberto Alemán Zubieta tipo retroexcavadora. ................................ 79 4.1.4 Draga tipo succión eco-draga. ................................................................... 79 4.2 COSTO PRECIO DE ENTREGA EN PUERTO EXTRANJERO A PRECIO DE ENTREGA DEL EQUIPO, SEGÚN TIPO DE DRAGA .......................................... 80 4.3 VIDA ECONÓMICA ÚTIL ................................................................................ 84 4.4 COSTO DE PROPIEDAD ................................................................................ 85 4.4.1 Depreciación. ............................................................................................. 85 4.4.2 Intereses y seguros. .................................................................................. 86 4.4.3 Estacionamiento y bodegaje. ..................................................................... 86 4.5 CÁLCULOS COSTOS DE PROPIEDAD SEGÚN TIPO DE DRAGA .............. 87 4.5.1 Draga de tipo succión TSHD Shoreway. ................................................... 87 4.5.2 Draga de tipo corte - succión (Orión). ........................................................ 89 4.5.3 Draga de tipo succión en marcha ecológica eco-draga. ............................ 90 8.

(9) 4.6 COSTOS DE OPERACIÓN ............................................................................. 91 4.6.1 Mano de obra (operarios). ......................................................................... 91 4.6.2 Consumo de combustibles. ....................................................................... 92 4.6.2.1 A.C.P.M. .............................................................................................. 92 4.6.3 Consumo de lubricantes. ........................................................................... 92 4.6.3.1 Aceites para motor. ............................................................................. 93 4.6.3.2 Aceite para transmisión. ...................................................................... 93 4.6.3.3 Aceite para controles hidráulicos. ........................................................ 93 4.6.3.4 Grasas. ................................................................................................ 94 4.7 CÁLCULOS COSTOS OPERACIONALES SEGÚN TIPO DE DRAGA .......... 95 4.7.1 Draga de tipo succión TSHD Shoreway. ................................................... 95 4.7.2 Draga de tipo corte - succión (Orión). ........................................................ 99 4.7.3 Draga de tipo succión en marcha ecológica (eco-draga)......................... 101 4.8 COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS SEGÚN TIPO DE DRGA ................. 103 4.8.1 Draga de tipo succión TSHD Shoreway. ................................................. 103 4.8.2 Draga de tipo corte - succión (Orión). ...................................................... 103 4.8.3 Draga de tipo succión en marcha ecológica (eco-draga)......................... 104 4.9 VALOR M3 DE MATERIAL DRAGADO........................................................ 104 5.CAPITULO IV APLICACIÓN DE DRAGAS AL RÍO MAGDALENA (PUERTO BERRIO – BARRANCABERMEJA) ..................................................................................... 106 5.1 CARACTERIZACIÓN GENERAL .................................................................. 106 5.1.1 Especificaciones de canal navegable. ..................................................... 108 5.2 APLICATIVO ................................................................................................. 109 5.2.1 Dragado ejecutado por Navalena con draga tipo escalera. ..................... 110 5.2.2 Dragado ejecutado con recomendación draga tipo succión TSHD.......... 112 5.2.3 Dragado ejecutado con recomendación draga tipo corte succión – Shoreway. ......................................................................................................... 113 5.2.4 Dragado ejecutado con recomendación draga ecológica (ecodraga).... 114 6. CONCLUSIONES ............................................................................................ 116 7. RECOMENDACIONES .................................................................................... 118. 9.

(10) 8. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 119. 10.

(11) LISTA DE TABLAS. Tabla 1. Características generales de la draga Cristóbal Colon ............................ 27 Tabla 2. Características generales draga Alberto alemán ZubietaFuente: (FARO, 2013)...................................................................................................................... 29 Tabla 3. Características generales de la draga tipo Dipper ................................... 38 Tabla 4. Clasificación de las dragas actuales ........................................................ 46 Tabla 5. Tipos de material que remueven las dragas ............................................ 62 Tabla 6. Características físicas y de operación...................................................... 63 Tabla 7. Principales características del río Magdalena .......................................... 64 Tabla 8. Longitudes de Tramos seleccionados para muestreo de Sedimentos ..... 68 Tabla 9. Muestras de sedimentos tomadas por el Buque Explorador durante las campañas de octubre de 1999 a Marzo de 2000 ................................................ 68 Tabla 10. Distribuciones Granulométricas Correspondientes A Cada Tramo ........ 69 Tabla 11. Materiales de Fondo .............................................................................. 71 Tabla 12. Materiales de Suspensión ...................................................................... 71 Tabla 13. Características físico químicas presentes en las muestras de sedimentos tomadas por el IDEAM en el año 2007 .................................................................. 74 Tabla 14. Factores de CIF y Factores de conversión ............................................ 81 Tabla 15. Cálculo de coeficiente de conversión ..................................................... 82 Tabla 16. Vida útil de los equipos de construcción ................................................ 85 Tabla 17. Consumos horarios de combustibles y lubricantes ................................ 94 Tabla 18. Consumos horarios de grasas ............................................................... 95 Tabla 19. Valor m3 de sedimentos dragados ...................................................... 105 Tabla 20. Resumen de sedimentos de fondo ...................................................... 108 Tabla 21. Resumen de sedimentos en suspensión ............................................. 108 Tabla 22. Niveles de reducción estaciones del IDEAM........................................ 109 Tabla 23. Especificaciones Canal Navegable ...................................................... 109 Tabla 24. Planeamiento de maquinaria necesaria para el tramo ......................... 111 Tabla 25. Volumen de material dragado para mantenimiento de canal navegable tramo Puerto Berrio – Barrancabermeja. ............................................................. 111 Tabla 26. Valores para cálculo de valor de canal navegable draga escalera ...... 111 Tabla 27. Valores para cálculo de valor de canal navegable draga TSHD .......... 112 Tabla 28. Valores para cálculo de valor de canal navegable draga Corte succión ............................................................................................................................. 113 Tabla 29. Valores para cálculo de valor de canal navegable draga Corte succión ............................................................................................................................. 114. 11.

(12) LISTA DE ILUSTRACIONES. Ilustración 1. Draga Cristóbal Colon............................................................................... 27 Ilustración 2. Draga Alberto Alemán Zubieta. ............................................................... 29 Ilustración 3. Sistema de succión con recogida del agua de rebose y reconducción al fondo ............................................................................................................................... 33 Ilustración 4. Descarga con geo textil en dragas de cántara abierta ........................ 34 Ilustración 5. Sistema de recirculación de materiales de rebose de la cántara ...... 35 Ilustración 6. Draga tipo Dipper....................................................................................... 36 Ilustración 7. Esquema de perfil de Draga tipo Dipper Lizeren Hein ........................ 37 Ilustración 8. Draga de tolva Autopropulsada ............................................................... 40 Ilustración 9. Draga Shoreway ........................................................................................ 40 Ilustración 10.Draga Dustpan mostrando el cabezal de succión............................... 44 Ilustración 11. Draga Dustpan planta, corte y perfil ..................................................... 44 Ilustración 12. Localización del río Magdalena en territorio colombiano ................ 106 Ilustración 13. Tramo (Puerto Berrio – Barrancabermeja) ........................................ 107 Ilustración 14. Draga tipo escalera ............................................................................... 110. 12.

(13) LISTA DE FIGURAS. Figura 1. Producción de sedimentos (transporte neto por área), para los principales ríos en Suramérica............................................................................... 65 Figura 2. Grafica A Metrail De Fondo .................................................................... 72 Figura 3. Grafica B Metrial en Suspensión ............................................................ 72 Figura 4. Grafica a material de fondo..................................................................... 72 Figura 5. Grafica b material en suspensión ........................................................... 72 Figura 6. Grafica a material de fondo..................................................................... 73 Figura 7. Grafica b material en suspensión ........................................................... 73. 13.

(14) GLOSARIO. AGUAS SOMERAS: se les denominan aguas someras a sectores de un rio o lago donde las aguas son poco profundas. AFLUENTE: es aquel río que desemboca en otro río y que tiene menos caudal y menos cuenca de recepción que el rio principal. BATIMETRIA: la batimetría representa la morfología o relieve del fondo marino, es el equivalente submarino de la altimetría. Consiste en determinar la profundidad midiendo el tiempo que le toma a una onda acústica, enviada desde el barco, viajar a través del agua hacia el fondo marino y luego volver al barco. CABRESTANTE: es un dispositivo mecánico, impulsado por un motor eléctrico, destinado a levantar y desplazar grandes cargas. CALADO: el calado es la altura de la parte sumergida del casco. CANTARA: es el lugar de almacenamiento del material removido antes de ser vertido. CUCHARA: herramienta utilizada para remover el material del suelo. CUENCA: son aquellas que hacen que el agua que proviene de las montañas o del deshielo, descienda por la depresión hasta llegar al mar. DEFORESTACIÓN: la deforestación es la destrucción a gran escala de los bosques por la acción humana. DRAGADO: es el conjunto de operaciones necesarias para la extracción, el transporte y el vertido de materiales situados bajo el agua, ya sea en el medio marino, fluvial o lacustre. DRAGAS: embarcación destinada a la extracción de barros marinos y fluviales. ESCORRENTÍA: describe el flujo del agua, lluvia, nieve, u otras fuentes, sobre la tierra, y es un componente principal del ciclo del agua. ESLORA: longitud total de una embarcación desde proa hasta popa. EROSIÓN: la erosión es la degradación y el transporte de suelo o roca que producen distintos procesos en la superficie de la Tierra u otros planetas. 14.

(15) GRANULOMETRIA: es la distribución de los diferentes tamaños de las partículas de un suelo, expresado como un porcentaje en relación con el peso total de la muestra seca. PONTÓN: barco chato para pasar los ríos, construir puentes y limpiar l fondo de los puertos con el auxilio de algunas máquinas. POPA: parte trasera de una embarcación. PROA: parte delantera de una embarcación. SEDIMENTOS: son partículas procedentes de las rocas o suelos y que son acarreadas por las aguas que escurren y por los vientos. TOLVA: accesorio de draga en forma de embudo destinado al depósito de materiales granulares o pulverizados, removidos del lecho del rio TRANSPORTE FLUVIAL: consiste en el traslado de productos o pasajeros de unos lugares a otros a través de ríos con una profundidad adecuada. VERTIDO: proceso en el cual sale el material de la embarcación al lugar de depósito.. 15.

(16) RESUMEN. Este documento consta de un estudio detallado de las diferentes metodologías de dragado y algunas opciones de dragas que existen en el mercado para sugerir cuál sería la más apropiada para ser aplicada en Colombia, específicamente en el tramo (puerto Berrio- Barrancabermeja) del río Magdalena, buscando así la optimización de los procesos que actualmente se están ejecutando en esta zona. Para el desarrollo del trabajo fue necesario analizar los diferentes tipos de sedimentos que actualmente presenta la zona, debido a que estos influirán en la selección de la draga más conveniente para el río Magdalena, ya que algunas de estas no están diseñadas para remover ciertos tipos de materiales presentes en el río, y para ello La Universidad Nacional de Colombia a través del Laboratorio de Ensayos Hidráulicos (LEH-UN) en convenio interinstitucional con CORMAGDALENA aporto los estudios granulométricos del tramo intervenido, para realizar los análisis pertinentes para la elaboración de este proyecto y además se realizó un análisis de costos que conlleva el traer la maquinaria hasta Colombia. Para ver la viabilidad del proyecto se realizó la comparación entre la draga (TSHDshoreway), la cual es la más favorable con respecto a las otras dragas estudiadas a lo largo del proyecto, debido a sus altos rendimientos y elevadas capacidades y la draga (tipo escalera) que es la que actualmente opera en los procesos de dragado del tramo (puerto Berrio- Barrancabermeja), obteniendo como resultado que la TSHD – shoreway es mucho más eficiente y económica, ya que presenta un alto rendimiento de 1340 m3/h en comparación de la tipo escalera que presenta un rendimiento de 825m3/h.. Palabras claves: Draga, lacustre, batimetría, rendimiento, sedimentos. 16.

(17) 1. INTRODUCCIÓN Este documento busca, mediante la realización de varios estudios, acerca de la maquinaria implementada en algunos países para ejecutar procesos de dragado, una contribución para mejorar los procesos que actualmente se están efectuando en Colombia, más exactamente en el río Magdalena. Estos métodos son de gran importancia para la creación de nuevas obras marítimas, lacustres o simplemente para evitar inundaciones en los ríos y prevenir desastres en zonas donde los ríos alcanzan elevados niveles, con los consecuentes daños y pérdidas materiales en varios sectores de Colombia.. A lo largo de este trabajo de grado, por medio de una revisión literaria se busca analizar algunos tipos de dragas, cada una de ellas con una metodología diferente en términos de la ejecución de los procesos, como son: la forma de transportar los sedimentos extraídos, la forma de disposición de dichos sedimentos, el método implementado (corte o succión). Los anteriores, en función del tipo de material a remover y además, se tendrán en cuenta las especificaciones técnicas de cada una de las dragas, el costo de transporte de un punto a otro, para realizar un análisis completo, de tal manera que se pueda definir la metodología más viable teniendo en cuenta el factor costo-beneficio a nivel de Colombia.. Es de vital importancia tener conocimiento del comportamiento del río Magdalena para la elaboración de este documento, por ello La Universidad Nacional de Colombia a través del Laboratorio de Ensayos Hidráulicos (LEH-UN) en convenio interinstitucional con CORMAGDALENA desde hace algunos años ha venido ejecutando una serie de estudios sobre la caracterización hidrosedimentológica, lo cual permite conocer más a fondo los tipos de materiales suspendidos y de fondo, que se presentan en el río y la granulometría de los mismos, para así realizar los estudios necesarios y correspondientes de este trabajo de grado, para finalmente lograr la optimización de los procesos de dragados de uno de los tramos del río.. 17.

(18) 1.1 ANTECEDENTES A lo largo de la historia se han implementado diferentes tipos de dragas con diferentes especificaciones (dragas en succión–dragas mecánicas) en construcciones, ampliaciones, rellenos, creaciones de islas artificiales entre otros. En los que la empresa Jan De Nul es pionera a nivel mundial en dragado y construcción marítima, la empresa es reconocida mundialmente por realizar obras de dragado y relleno emblemáticas como: el aeropuerto de Chek Lap Kok en Hong Kong, Palm Jebel Ali en Dubái, y de construcción civil como la esclusa de Berendrecht en Amberes, Bélgica.. Una de las más grandes dragas es la Cristóbal Colón (C-332), construida en el año 2008 y que se destinó para la construcción de un archipiélago de islas artificiales en forma de palmera en la costa de Dubái (Emiratos Árabes) para su explotación turística. La misión de esta draga es usar su capacidad de 46.000 m3 para recoger arena del fondo del mar y trasladarla al lugar donde se llevó a cabo esta gran obra de construcción, de acuerdo a un gran proyecto residencial. (InfoMarine, 2009).. Otro tipo de draga muy reconocida es la Dustpan, es una máquina que se utilizó mucho en los EE. UU para el dragado del río Mississippi donde actualmente se sigue implementando y que se utilizó durante muchos años en la República Argentina. Este tipo de draga se manejó mucho en el río Paraná Inferior y Medio, para el dragado de los pasos del río Riacho Barranqueras y para la construcción de obras de defensa en Formosa. La Dirección Nacional de Vías Navegables de la Subsecretaría de Puertos y Vías Navegables (ex Dirección Nacional de Puertos y Vías Navegables) cuenta con tres máquinas como estas para ejecutar obras. El dragado con las dragas Dustpan se caracterizan primordialmente por remover arenas y suelos granulares finos provenientes del río Missouri (ESCALANTE, 2014).. Uno de los sucesos más importantes de la historia fue el 11 de diciembre del año 2013 el canal de Panamá en su centenario destacó la importancia que ha tenido el dragado para garantizar la navegación segura a través de la vía interoceánica, incluso desde antes de su apertura hace 100 años.. El dragado es otra de las claves que hace del Canal de Panamá una operación eficiente y segura a sus casi 100 años de funcionamiento, Aunque el 10 de octubre de 1913 se cumplió con el estallido de un dique en Gamboa que permitió 18.

(19) la unión del corte culebra y el lago Gatún, aún el Canal no era completamente navegable como consecuencia de los deslizamientos de tierra en el corte culebra, por lo que fue necesario dragar durante casi dos meses hasta lograr la apertura de ese tramo. (Quijano, 2013).. Una de las máquinas que se ha manejado en el canal de Panamá, es la denominada Alberto Alemán Zubieta, bautizada así en honor a quien fuera administrador del Canal durante 16 años. Desde la inauguración del canal han sido bautizados cuatro remolcadores que llevan los nombres de los ex administradores Chester Harding (1917- 1921), Joseph C. Mehaffey (1944-1948), Dennis P. McAuliffe (1979-1989), y Gilberto Guardia (1990-1996). Esta draga es la última máquina retroexcavadora diseñada y construida por los ingenieros de IHC Merwede en los astilleros de NMC, en Nieuw-Lekkerland, Países Bajos. Siendo considerado como el buque más grande de su tipo en el mundo, fue entregado a la autoridad del canal de Panamá en mayo de 2013 después de haber superado el período de pruebas de 30 días en el canal. (FARO, 2013).. La draga retroexcavadora llevó a cabo las labores de dragado para el proyecto de ampliación del canal de Panamá (casi 4 mil millones de euros), el cual finalizó en julio del año 2016. Además, también actualmente se está encargando de las tareas de mantenimiento en el propio canal una vez quede finalizado. (FARO, 2013).. Por otro lado, se han realizado muchos intentos por recuperar el transporte de carga fluvial por el río Magdalena, el cual atraviesa 18 departamentos y dónde se encuentra el tramo entre Puerto Salgar y Barranca, que desde hace más de 40 años no es navegable, es el más complejo pues la poca profundidad en algunos puntos, especialmente en épocas secas, y a la alta sedimentación impiden el tránsito de los convoyes, que pueden medir hasta 200 metros de largo . (El renacer del Magdalena, 2015).. Si bien la deforestación ha hecho que el río Magdalena se sedimente más, la avalancha del nevado del Ruíz de 1985 también afectó al río. De acuerdo con varios estudios, a la corriente fueron a dar cientos de miles de toneladas de arena y piedras volcánicas que crearon grandes barreras o playones, destruyeron y modificaron el cauce en otros sitios. En el año 2014 el gobierno firmó un contrato con la empresa Navelena por 2,5 billones de pesos donde se intervendrán 908 km para garantizar que el río tenga un canal navegable de entre 42 y 150 metros de ancho y mínimo siete pies de 19.

(20) profundidad. Este contrato principalmente se generó para recuperar plenamente la navegabilidad del río entre Barranquilla y Puerto Salgar donde se manifiesta que el 30 por ciento total del presupuesto será destinado para realizar obras de dragado y mantenimiento para extraer más de 1.650.000 de materiales y limpiar la cuenca de troncos (Barragan, 2015).. 20.

(21) 1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA El río Magdalena a pesar de no presentar un gran tamaño y una gran extensión en comparación con el río Amazonas se encuentra ocupando el puesto número diez como uno de los ríos de los cuales transporta una gran cantidad de sedimentos al océano , una de las principales causas por la cual sucede este fenómeno es debido a los procesos de erosión que en alta tasa se desarrollan sobre la cuenca hidrográfica, las principales características del río Magdalena como el área, la escorrentía y la temperatura entre otros son los principales agentes geológicos que favorecen la erosión los cuales permiten afirmar mediante análisis de sedimentos que la tasa de erosión promedio es relativamente alta, presentando valores del 78 por ciento. (Restrepo, 2005).. Según un estudio realizado por La Universidad Nacional de Colombia a través del Laboratorio de Ensayos Hidráulicos (LEH-UN) en convenio interinstitucional con CORMAGDALENA se estiman que aproximadamente existen 52.686.855 m3 de sedimentos anualmente, lo que es una cifra demasiada alta y la cual necesita procesos eficientes de dragado en algunos tramos del río Magdalena.. Debido a los problemas de erosión descritos anteriormente además de la acumulación de sedimentos se están realizando actualmente numerosas obras de dragado que garantizarán que el rio tenga un caudal navegable limpiando la cuenca de troncos que se encuentran en el río, esto permitirá brindar al Magdalena la posibilidad de posicionarse como la principal arteria de afluencia de embarcaciones del país.. No obstante, estos procesos de dragado que se están realizando actualmente serán evaluados y comparados con diversas metodologías implementadas a nivel internacional incluyendo los métodos evidenciados en el Canal de Panamá para así determinar si es el procedimiento pertinente para remover los sedimentos existentes y disminuir tiempo en la realización de la actividad con ello disminuyendo los costos en los procesos realizados en el proceso de navegabilidad del río.. A partir de esta propuesta se puede plantear la siguiente pregunta ¿se puede optimizar el proceso de dragado a través de otras metodologías y maquinarias en un tramo del rio Magdalena y por qué? 21.

(22) 1.3. OBJETIVOS. 1.3.1 Objetivo general. Estudiar los diferentes métodos de dragado existentes en el medio, mediante la definición y exponiendo el más adecuado para Colombia-río Magdalena. 1.3.2 Objetivos específicos.  Realizar una revisión literaria de las diferentes metodologías de dragado implementadas en el medio ingenieril.  Estudiar las metodologías que sean aplicables a zonas de problemas de sedimentación en Colombia, como es el caso del río Magdalena.  Plantear la metodología apropiada, mediante el análisis de costos, determinando su viabilidad.  Realizar recomendaciones para el correcto uso de las metodologías de dragado en Colombia a futuro.. 22.

(23) 1.4 JUSTIFICACIÓN Una de las ventajas que traerá consigo este proyecto será la de mejorar los procesos de dragado que se están ejecutando actualmente en el río Magdalena, ya que por medio de la propuesta que contempla la compra de una máquina que opere las 24 horas del día y los siete días de la semana, con una mayor capacidad de carga de materiales y un mayor rendimiento, proporcionarán grandes beneficios al país, porque se podrán terminar las obras en las que se requiera el equipo mucho más rápido y a un menor costo, ya que al tener una mayor capacidad de carga necesitará hacer menos viajes al lugar de vertimiento y por ende aumentar la cantidad de volumen diario de material removido.. Cabe resaltar que la técnica del dragado contribuye al crecimiento económico y competitivo para Colombia con respecto a otros países, ya que una de las principales ventajas que presenta la realización de esta modalidad, es aumentar la profundidad del río volviéndolo navegable, debido a que por mucho tiempo ha sido desaprovechado para procesos de transporte de algunos productos, Muchos de estos bienes producidos en el interior de la Nación, que hoy tienen que afrontar elevados costos de impuestos para arribar al caribe con destino a los mercados externos, se beneficiarán del transporte fluvial y así serán más competitivos. Así mismo, muchas ciudades que colindan con el río tendrán la oportunidad de convertirse en centro de atención de inversionistas y empresarios, y todo eso se verá reflejado en más empleo y oportunidades para los colombianos.. Este trabajo es muy viable por que no solamente beneficia económicamente al país si no a los colombianos, debido a que aumentará la cantidad de empleos como se mencionó anteriormente y aumentará la cantidad de trabajadores en los sectores definidos para la realizacion de los procesos de dragado.. 23.

(24) 1.5 DELIMITACIÓN 1.5.1 Alcances. El proyecto en desarrollo tiene como alcance realizar una investigación por medio de una monografía, con la cual se busca lograr la optimización de los procesos de dragado en el río Magdalena más específicamente en el tramo puerto Berrio – Barrancabermeja mediante una propuesta, la cual garantice la viabilidad del proyecto.. Los aspectos puntuales que comprende la investigación están referidos a realizar un contraste a los procesos de dragados implementados en otras partes del mundo y el río Magdalena, a lo que refiere la tecnología empleada, las actividades previas a desarrollar; por otro lado se realizara el análisis de precios de dragado por m3 excavado, que dependerá de las características de los de sedimentos a evacuar, el costo de la maquinaria y el precio de transporte de la misma, para determinar el proceso y el costo de la actividad.. 1.5.2 Limitaciones. En un tiempo estimado de cuatro meses se pretende cumplir con los objetivos y expectativas del proyecto, haciendo entrega de los respectivos resultados finales a la Universidad Católica de Colombia.. El tiempo para la realización de este proyecto según los parámetros de la Universidad Católica de Colombia, es una de las grandes limitantes para la ejecución de dicho proyecto, por lo cual se ve en la obligación de no plantear objetivos más ambiciosos.. 24.

(25) 1.6 MARCO DE REFERENCIA 1.6.1 Marco teórico. 1.6.1.1 La draga Cristóbal Colón (C-332). La draga Cristóbal colon (C-332), la cual fue entregada a Jan de Nul por Construcciones Navales del Norte (CNN) más conocida por la Naval de Sestao (Vizcaya). Es considerada la mayor draga de succión en marcha del mundo y una de las dragas jumbos, debido a que posee una capacidad de cántara mayor a 17.000 m3, posee una carga de 78000 toneladas y una densidad de 1.69 ton/m3, construida en el año 2008. (InfoMarine, 2009).. La draga, como se mencionó anteriormente, es la más grande de su tipo gracias a los 46.000 m3 de almacenamiento en cántara y a su capacidad para dragar a profundidades de hasta 142 metros (ver tabla 1) , ha sido diseñada y equipada principalmente para eliminar los desechos provenientes de la cantara, vaciar el exceso de agua en la cantara antes de realizar las operaciones de dragado, mediante una bomba de dragado, bombear el material a tierra junto con un sistema de auto vaciado y la disposición de una conexión en proa para el acoplamiento de una manguera flotante, así como la instalación en proa de agua a presión para diluir la mezcla cargada en la cántara. (InfoMarine, 2009)..  Sistema de dragado. El sistema de dragado es la parte más importante de una draga de succión en marcha y la Cristóbal colon incorpora un avanzado equipo de dragado con una máxima eficiencia Los elementos principales del sistema de dragado instalado a bordo de esta draga son los siguientes:. 1. Dos bombas de dragado para la descarga de tierra. 2. Dos brazos o tubos de succión con sus correspondientes bombas de dragado sumergidas, de accionamiento eléctrico. 3. Cántara con tuberías y sistemas de carga y descarga. 4. Sistemas de dragado auxiliares. 5. Sistema de agua a presión para diluir la carga almacenada en la cántara, facilitando así el proceso de descarga. 25.

(26) 6. Sistema de automatización para el control del dragado. (InfoMarine, 2009)..  La cabeza de dragado. La cabeza de dragado situada en el extremo de cada brazo de succión, se encarga de recoger los sedimentos que se cargan en la cántara mediante dos bombas de dragado sumergidas de 6.500 kW cada una. (Oliveira, 2015)..  Brazo de succión. Esta draga, con una capacidad de succión de hasta 46.000 m3, realiza la operación de dragado mediante dos brazos extractores situados en ambos costados del buque, cada uno de 1.300 mm de diámetro, que se hunden en el agua hasta una profundidad de 142 metros. (InfoMarine, 2009)..  Descarga de la cántara. La cántara se diseñó principalmente para una descarga óptima del material dragado a través de las compuertas del fondo de la embarcación y de la proa. La descarga en aguas con poca profundidad del material dragado se realiza por el fondo del buque mediante dos puertas, en lugar de hacerlo por la fila de compuertas del fondo del buque. (InfoMarine, 2009)..  Propulsión y automatización. Una de las principales ventajas que presenta esta draga, es que presenta un moderno sistema de propulsión diésel-eléctrica, el cual fue instalado por Ingeteam, que aporta formidables mejoras con respecto a la propulsión diésel, de las cuales se destacan la disminución de la contaminación y la mejora de la maniobrabilidad.. La planta propulsora de la Cristóbal Colón está formada por dos propulsores principales del fabricante europeo MMG, y tres hélices de maniobra transversales, suministradas por Wärtsilä Ibérica. Una de estas hélices, está ubicada en popa, es de paso variable y cuenta con una potencia de 2.150 kW. Y a proa del buque se 26.

(27) sitúan las otras dos hélices de paso variable, con una potencia unitaria de 2.150 kW. Cada una de las hélices mencionadas presenta un sistema de control e hidráulico. El sistema hidráulico tiene como función lubricar los cojinetes, engranes y el todo el sistema de accionamiento. (InfoMarine, 2009).. Tabla 1. Características generales de la draga Cristóbal Colon Eslora entre perpendiculares Manga de trazado Puntal de trazado Calado de dragado Peso muerto Capacidad de cantara Profundidad máx dragado. Cristóbal Colon 196 metros Eslora Total 41 metros Diámetro tubo de succión 20 metros Potencia Bomba dragado 15.15 metros Potencia Bomba descarga 78.000 ton Potencia propulsora 46.000 m3 velocidad 142 metros tripulacion. Fuente: Oliveria.. Ilustración 1. Draga Cristóbal Colon. Fuente: Escalante. 27. 213 metros 1.300 mm 13.000 Kw 16.000 Kw 38.400 Kw 18 nudos 46 personas.

(28) 1.6.1.2 Draga Alberto Alemán Zubieta. La draga Alberto Alemán Zubieta es considerada como una de las embarcaciones más grandes de su tipo en el mundo y fue entregado a la Autoridad del Canal de Panamá (ACP).. Esta máquina cuenta con una potencia máxima de 3.000 kW y una capacidad de tripulación para diez personas. La draga retroexcavadora presenta una altura de 62.2m, manga de 23 m, profundidad de 5.1 m, una profundidad máxima de dragado de 19.5 m un calado de 3.2 m y una cuchara de desfonde con capacidad para 31,5 m³ (ver tabla 2).. La embarcación dispone de una excavadora diésel-hidráulica, la cual fue modificada para poder realizar sus actividades correspondientes en el Canal de Panamá. Así mismo, el buque está proporcionado con tres cabrestantes de elevación, un cabrestante de soporte, siete cabrestantes auxiliares, dos cabrestantes de amarre, tres grúas de cubierta, dos propulsores con una potencia de 300 kW cada uno y cinco refrigeradores con sistemas anti incrustantes.. El dragado de corte culebra forma parte del proyecto para el que se diseñó la actual draga retroexcavadora. Los trabajos de profundización y ampliación de esta parte más estrecha del canal de navegación se completaron en marzo de 2013, con cerca de 3,2 millones de m3 de material dragado. Como resultado, la draga retroexcavadora operará tanto en corte culebra como en las secciones vecinas, mejorando aún más el mantenimiento del canal en las zonas más propensas a deslizamientos de tierra. (Rodriguez, 2013)..  Equipo de excavación. Como se mencionó anteriormente, el equipo de excavación es una retroexcavadora hidráulica comercial (Komatsu PC 5500) modificada y correctamente adecuada por el contratista para los trabajos de dragado, con accesorios de excavación y cucharón para dragado, montados sobre un pontón, que cuenta con un sistema de puntales que le permiten posicionarse para crear una plataforma estable al momento de la operación de dragado y avanzar sobre el área a dragar. 28.

(29) Para realizar los procesos de excavación se requiere personal especializado, para ello se comprometió la empresa constructora a realizar capacitaciones prácticas, teóricas y en operación, tanto en Europa como en panamá.. En esta capacitación participaron operadores e ingenieros de máquina. La draga operará en distintos proyectos que la división de dragado lleva a cabo actualmente y que tiene en su cronograma para los próximos años. Por ejemplo, en proyectos de ensanche en el corte (FARO, 2013).. Tabla 2. Características generales draga Alberto alemán Zubieta características generales draga Alberto alemán Zubieta Eslora entre perpendiculares 58.25metros Eslora Total 61 metros Manga de trazado 23 metros Potencia de la draga 3000 Kw Puntal de trazado 5.1 metros aditamentos de excavacion 17 metros Calado de dragado 3.25 metros brazo 19.5 metros Aguilon 12 m tamaño de cucharon para roca 12 (SAE) Cuchara de desfonde con capacidad para. 31.5 m3. Fuente: Faro. Ilustración 2. Draga Alberto Alemán Zubieta.. Fuente: Royalihc. 29.

(30) 1.6.1.3 Draga ecológica. El dragado es considerado un proceso que induce a la erosión, principalmente es característico por ser artificial, este proceso puede llegar a ocasionar directamente o indirectamente efectos medio ambientales positivos como negativos en el área dragada como en las zonas donde se realizará la disposición de los materiales. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015). Durante el proceso de dragado de los sedimentos que tienen mayor peso, como la grava y arenas que logran una mayor sedimentación, pero aquellos materiales como los limos, las arenas de menor diámetro y arcillas , estos sedimentos logran ser transportados por las corrientes, debido a las velocidades que lleven el caudal del agua o por el contrario quedan en suspensión cuando presentan velocidades mínimas, algunas veces logran generar una alta turbidez que suele ser perjudicial para el medio donde son removidos, este proceso de turbidez puede ocasionar la disminución de la penetración de la luz en el agua, provocando una alteración en los procesos de fotosíntesis de la plantas. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015). Este proceso de turbidez comúnmente se le conoce como turbidez extra y cada vez que se realicen obras de dragado se debe realizar evaluaciones de impacto ambiental, las fluctuaciones de la turbidez en el entorno natural deben determinarse como parte de un estudio de referencia medio ambiental. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015). Durante la ejecución del proyecto, la turbidez debe controlarse minuciosamente mediante la medición de la penetración de la luz y la claridad del agua. En general, hay tres variables que deben tomarse en consideración:. - La naturaleza del lecho de agua en el área que se va a dragar. - La naturaleza del agua superficial en el área y en el entorno del área que se va a dragar. - La técnica de dragado que se va a practicar y el tipo de draga que se va a utilizar.. 30.

(31) La técnica de dragado que sea implementada además de la maquinaria que sea utilizada produce un alto estado de turbidez durante la extracción y durante el transporte de los sedimentos en las cántaras.. El agua es considerada como el mayor vehículo de transporte de sedimentos que son catalogados como contaminantes, estos sedimentos se encuentran cerca a los puertos de navegación, puertos industriales, lugares donde se presente actividades mineras, presenten cercanías con grandes ciudades, o donde su afluencia sea la desembocadura de afluentes contaminados con las características anteriores.. Una causa de la situación es donde los sedimentos estén compuestos de arcillas y limos que logren absorber esta carga negativa que tiene los contaminantes. Los procesos de dragados no tienen la facultad de poner las características anteriores, si no por el contrario tienen el potencial de poner en suspensión y distribuir los sedimentos que son contaminantes.. En el proceso de dragado con la metodología implementada y la maquinaria que se utiliza desde la captación de los sedimentos hasta la disposición y descarga de ellos, los contenidos de arcillas y limos tienden a generar una pérdida de los cuales provocan una polución de las áreas donde se realizará la disposición.. El área afectada es determinada por el contenido del material al cual se vea expuesto, donde los sedimentos se encuentran contaminados de diferentes tipos de materiales pesados, a la velocidad de caída con la que estos materiales lleguen a estar presentes en la zona. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015).. Las medidas que son tomadas generalmente en diferentes países para poner a disposición el material sedimentado y dragado que se encuentre con estos altos índices de contaminación, consisten en descargar el material en tierra en zonas confinadas, cuando el material presenta un alto porcentaje de contaminación se procede a confinar la zona a dragar y utilizar un proceso de dragado que minimice la distribución y suspensión de las partículas finas contaminadas.. Por esta razón se generó la implementación de una nueva draga que logra reducir la contaminación asociada a los procesos de dragado, lo caracteristico de esta 31.

(32) draga es el simple hecho de que se logran realizar a traves de algunas modificaciones en una draga clásica. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 3). Si se analizan las ofertas que se encuentran acerca de los buques dragadores, la ecodraga, como se llama el proyecto creado por biólogos y químicos dedicados a la consultoría medio ambiental en medio marino. Crean una idea de un buque que sea capaz de minimizar el impacto ambiental de la actuación del proceso de las dragas tanto en la zona de dragado como en la zona de vertido y que a la vez sea capaz de brindar el excelente manejo a los materiales contaminados. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 3). Los sistemas de dragado retiran aproximadamente 5000 m3/h de agua y sedimentos, sedimentos que son depositados en la cántara del propio barco de la draga, en la cual las fracciones más gruesas que son de gravas y arenas que se precipitan y quedan retenidas en la cántara, estas cántaras están equipadas con un sistema de rebose en los cuales el agua que es sobrante de devuelve llevándose consigo las partículas más finas como limos y arcillas y arenas de pequeños diámetros. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 3). Estas partículas son las asociadas a los elementos que anteriormente se había determinado como contaminantes, por lo que la resuspensión en la columna de agua y la dispersión de limos y arcillas aumenta la disponibilidad en el medio de elementos contaminantes, generando alteraciones en las condiciones del agua que pueden llegar a modificar temporal e irreversiblemente el ecosistema de la zona de dragado. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 3). La eco-draga se posiciona como el sistema que permite cumplir con las necesidades ambientales y con ello convierte las acciones de dragados portuarios y canales de navegación en una actividad sostenible y medioambientalmente aceptable. (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 3). 32.

(33)  Bases de diseño de la eco-draga.  Recogida y reconducción del agua de rebose. La eco-draga recolecta el agua que es rebosada de la cantara debido al desplazamiento producido por el material, lo que se busca con ello es re direccionar estas aguas al fondo para que los sedimentos que son desplazados con el agua sean nuevamente succionados y disminuyendo la cantidad de sedimentos suspendidos (ver ilustración 3). (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 3). Ilustración 3. Sistema de succión con recogida del agua de rebose y reconducción al fondo. Fuente: Xulio Fernández.  Deposición en bolsas de geo textil. La eco-draga fue diseñada con el fin de disminuir la cantidad de sedimentos suspendidos en el momento de realizar el proceso de draga, por esta razón la ecodraga es diseñada para disponer los sedimentos recolectados en el fondo del afluente, la draga en su cantara está cubierta en su interior por un geo textil en el cual se va vertiendo los sedimentos removidos del fondo.. Cuando se realice la disposición de sedimentos en el fondo, el geo textil se cierra como una cobija que recubre los sedimentos en su totalidad impidiendo la dispersión en el agua, cuando este llegue al fondo el geo textil se abrirá recibiendo 33.

(34) una cantidad de sedimentos limpios para recubrir los sedimentos que se encuentren contaminados (ver ilustración 4) (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 4).. Ilustración 4. Descarga con geo textil en dragas de cántara abierta. Fuente: Xulio Fernández.  Diseño mecánico. Actualmente con los diseños de las barcazas que funcionan en los procesos de dragado, generan que la mayor parte de material aspirado sea agua que a su vez en el trayecto a su interior transporta mayor parte de materiales solidos que son depositados en el fondo de la cántara de modo que llega un momento donde la cántara se llena y se desborda ; la mayor parte de este contenido es agua debido a que la cantidad de material que es extraído en su totalidad el 20% son materiales sólidos el 80% restante es agua siendo un porcentaje bajo, el proceso debe continuar hasta que la cántara contenga en su totalidad un 100% de su capacidad llena de material sólido.. Como consecuencia al agua que es desbordada y desplazada transportada a una cantidad amplia de sólidos finos contaminados que vuelven a la superficie de la columna de agua.. 34.

(35) Puesto que este efecto de turbidez produce serias consecuencias. La barcaza se constituyó un sistema que genere un circuito cerrado que transporte los sedimentos por gravedad y vuelvan al punto de aspiración, pero no solamente la captación de sedimentos presenta el proceso de turbidez, el proceso de turbidez al vertido de material genera un proceso parecido al del rebose. Para determinar una metodología óptima se realizaron ensayos a escala con geo-textiles en la cántara (ver ilustración 5). (Ecodraga y Equipo de supervision de dragados, 2015 pág. 4). Ilustración 5. Sistema de recirculación de materiales de rebose de la cántara. Fuente: Xulio Fernández. 1.6.1.4 Draga tipo pala o Dipper.  Aspectos generales. Según la Escuela de ingeniería Portuaria Las dragas tipo dipper “operaban con cables mientras que las dragas actuales son de tipo hidráulico, la draga opera excavando el material hacia adelante y hacia arriba, la pala está montada sobre un pontón que tiene pilones que son para proveer la fuerza de reacción necesaria a la excavación. La versión hidráulica de esta draga tiene varias similitudes con la draga tipo retroexcavadora con el balde mirando hacia adelante y geometría diferente para el brazo. Muchos trabajos que se ejecutan mediante estas dragas se ejecutan en la actualidad mediante las dragas tipo retroexcavadora. “ (Portuaria, 2013 pág. 310).. 35.

(36)  Ventajas. “La principal ventaja de la draga tipo Pala o Dipper es su capacidad de dragar un amplio rango de materiales difíciles incluyendo rocas blandas, arcillas duras y materiales muy compactados para ello se colocan dientes en el labio de la pala para hacerlas más eficientes en el dragado de materiales duros.. La draga con cables puede operar en áreas con condiciones moderadas de olas gracias a la construcción pesada a los pilones de anclaje. No es sensible a las bajas profundidades existentes previas al dragado por su capacidad de operar por avance sobre la zona a dragar creando las profundidades necesarias para el avance (ver ilustración 6).” (Portuaria, 2013 pág. 310). Ilustración 6. Draga tipo Dipper. Fuente: Dragados Portuarios.  Desventajas. “Las desventajas que presentan son el bajo nivel de producción comparadas con dragas de producción continua, profundidad de dragado máxima limitada y de altos costos en comparación con su capacidad productiva.” (Portuaria, 2013 pág. 311) 36.

(37)  Método de operación. “Se baja el balde hasta a profundidad de dragado que requiere. Se empuja el balde hacia adelante y hacia arriba del material a dragar, la fuerza a aplicar es significativa la cual es soportada por los pilones que deben ser pesados, se eleva el balde y se dirige en dirección que se encuentra la barcaza donde se descarga ya sea por el tiro del balde en el caso de las maquinas operadas con cable, para el caso de materiales cohesivos de alta plasticidad o rocas de dimensiones importantes pueden presentarse algunas dificultades.” (Portuaria, 2013 pág. 311).  Desplazamiento. El pontón esta soportado por tres pilones pesados, dos ubicados en la parte delantera del pontón y el tercer ubicado hacia popa en la parte central del pontón, El movimiento hacia adelante del pontón se ejecuta con la ayuda del pilón de popa. El brazo de la pala se utiliza para guiar la draga durante los movimientos hacia adelante (ver ilustración 7). (Portuaria, 2013). Ilustración 7. Esquema de perfil de Draga tipo Dipper Lizeren Hein. Fuente: Dragados Hidráulicos. 37.

(38) Tabla 3. Características generales de la draga tipo Dipper Longitud total. 40,44m. Longitud b.p.p. 40m. Anchura. 11,31m. Profundidad moldeada. 2,75m. Capacidad del brazo agarrados. 1,6/2 – 0/3- 5/4.5 m3. Tonelaje. 313 toneladas. Profundidad máxima de dragada. 16,50m. Energía total instalada. 877 KW. Fuente: Dragados portuarios. 1.6.1.5 Draga TSHD Shoreway, draga de tolva autopropulsada. Es una embarcación auto-propulsable que carga el material dragado en su tolva. El proceso de dragado consiste en un ciclo de carga (dragado), transporte (navegando) y termina con la etapa de descarga de sedimentos.. El dragado se lleva a cabo a través de dos tubos de succión que son instalados a ambos costados del barco. El material se afloja de manera hidráulica y se succiona por sus dos cabezales de dragado, los cuales están ubicados al final del tubo de succión las bombas se encuentran integradas en el interior de la tubería o en la misma embarcación, las bombas logran succionar el material desde la parte inferior del suelo, hasta la tolva. Después de realizar el dragado, la draga TSHD genera una descarga del material extraído el cual se encuentra en el interior de su tolva, esto puede ser de diferentes maneras, una seria descarga por medio de las compuertas al fondo de la tolva, o también por sistema de bombeo, como son sistema de arcoíris, bombeando a tierra, bombeando a un pontón o bombeando a través del mismo tubo de succión (Bosksail, 2013).. 38.

(39)  Partes principales. El cabezal de dragado, está Conectado al final en la parte más baja del tubo de succión. Estos cabezales de dragado aflojan y succionan los sedimentos a ser dragados usando los dientes y/o agua a presión. Se pueden instalar diferentes tipos de cabezales, dependiendo de las condiciones del suelo.. 1. La bomba de dragado sumergible. Bombea la mezcla desde el fondo marino hasta dentro de la tolva y si se requiere desde la tolva hasta tierra. 2. El tubo de succión y la tubería en cubierta por la cual la mezcla es transportada. 3. La tolva, es la bodega del barco. Una mezcla de material dragado y agua es bombeada hasta la tolva y la mayoría del agua es evacuada a través del sistema de rebosamiento. El material de dragado permanece en la tolva durante el transporte hasta la descarga del mismo..  Métodos de trabajo. Para comenzar con las operaciones de dragado, menciona la página de Dragamex “la TSHD (Trailing Suction Hopper Dredger) navegará hasta la zona de dragado. Una vez en el lugar, la TSHD baja el tubo de succión y el cabezal de dragado hasta el fondo marino, se encienden las bombas de dragado y se inicia el dragado.. Mientras el dragado, el cabezal raspa sobre el fondo marino y afloja los sedimentos. La mezcla de sedimentos y agua es succionada hasta arriba por el tubo de succión y es bombeado hasta la tolva. Durante la carga con el cabezal hasta el fondo marino, la TSHD navega lentamente. La velocidad de arrastre depende las condiciones locales y del material a ser dragado, generalmente no excede de pocos nudos.. Cuando el calado del barco llega al límite carga máxima o cuando las circunstancias no permiten seguir dragando, el dragado se suspende y suben los tubos de succión a la cubierta. Después de esto, el barco navega cargado de material dragado hasta la zona de descarga. Los ciclos son repetidos si son necesarios” (Bosksail, 2013).. 39.

(40) Ilustración 8. Draga de tolva Autopropulsada. Fuente: Boskalis Dragamex. Ilustración 9. Draga Shoreway. a) Vista de corte draga Shoreway. b) Vista en planta draga Shoreway. Fuente: Boskalis Dragamex,. 40.

(41) 1.6.1.6 Draga de succión de cortador (Orión). La draga se succión de cortador según las especificaciones dadas por Dragamex (CSD) “es un equipo estacionario equipado con un cabezal cortador giratorio y bombas centrífugas. El proceso de dragado consiste en cortar la tierra bajo el agua con el cabezal y bombear la mezcla de tierra y agua.” (Dragamex, 2013).  Método de trabajo. Para comenzar; “la draga navegará o será remolcada al punto de excavación. La CSD colocará la pata principal en la tierra. Las anclas laterales se colocan fuera del corte de dragado mediante embarcaciones de apoyo, en este momento gira alrededor de la pata principal con la ayuda de sus cabrestantes laterales. El movimiento hacia adelante se consigue mediante el portador de la pata. Dependiendo del tamaño de la CSD puede cubrir cortes de 5-120 m de ancho. La operación consiste en cortar la tierra con el cabezal cortador y bombear la mezcla de agua y tierra mediante equipo de succión y descarga”. (Bosksail, 2013). La mezcla de agua y tierra puede bombearse: 1. A tierra en combinación o con ayuda de tuberías flotantes y terrestres (es la técnica más común). 2. Al agua. Este sistema de vaciado lateral se ejecuta principalmente en combinación con tuberías flotantes y un pontón esparcidor. 3. A barcazas. El material dragado se descarga a través de una instalación de carga de barcazas junto a la CSD. (Dragamex, 2013). 1.6.1.7 Draga tipo Dustpan.  Consideraciones generales.. La draga tipo Dustpan, denominada así por su similitud con el funcionamiento de una aspiradora, a pesar de que ya no es muy apetecida por contratistas recientemente un Cuerpo de Ingenieros realizó la modernización de una draga muy antigua a un costo del orden de los 20.000.000 de dólares. El Profesor W.J. Vlasblom incluye esta draga dentro de las dragas de succión simple. 41.

(42) Una de las características más representativas de esta draga es que tiene incorporados en el cabezal ubicado en la proa del pontón chorros de agua, que ayudan a que el material sea más fluido y pueda ser aspirado con mayor facilidad por la tubería de succión. El ancho del cabezal le permite cubrir un ancho de corte importante. No posee elementos mecánicos de corte. Presenta 20 toberas para lanzar chorros de agua de alta velocidad. El cabezal se baja al fondo para remover el material. Es bajado y elevado por un guinche de elevación y la draga es tirada hacia adelante por un par de guinches. La draga corta un paso de unos 30 pies de ancho a lo largo del fondo.. La aspiración se realiza mediante bombas de succión que aspiran la mezcla de agua y sedimentos a través del tubo de succión. El material se descarga por medio de una tubería flotante hasta una distancia de unos 1000 pies y puede ser depositado fuera del canal de navegación o en el mismo cauce, dejando que al material dragado lo transporte la corriente. (ESCALANTE, 2014)..  Ventajas. La draga Dustpan presenta las siguientes ventajas: 1. 2. 3. 4.. Es una draga muy independiente. Es muy apta para ríos grandes. El posicionamiento con guinches le da mucha flexibilidad. Es muy apropiada para remover espesores pequeños en áreas grandes.. (ESCALANTE, 2014).  Desventajas. Entre las desventajas que tiene esta draga se pueden mencionar las siguientes: 1. No posee elementos mecánicos que ayuden a disgregar el material. Eso limita el uso a la remoción de depósitos no consolidados. 2. No tiene un buen posicionamiento horizontal Si bien el sistema de posicionamiento con guinches tiene mucha flexibilidad no permite una buena precisión en el posicionamiento horizontal. 3. Sólo draga materiales de reciente depósito. (ESCALANTE, 2014).. 42.

(43)  Factores límites. Los factores límites para la operación de una draga Dustpan son: 1. 2. 3. 4. 5.. Mínima profundidad de agua 1,5 m. Máxima profundidad de agua 20 m. Máxima corriente de través 0,5 nudos. Máximo ancho de corte (en una vez) 10 m. Máxima distancia de refulado 500 m. (ESCALANTE, 2014).  Materiales que draga. La draga Dustpan es una draga que tiene un campo de aplicación muy limitado. 1. Arcillas: no es apta. 2. Limos: Muy apta. Puede dragar muy bien limos. En su utilización más habitual, que es la de eliminar zonas de poca profundidad en ríos (shoals); la alta movilidad de los limos es una gran ventaja. 3. Puede existir algunos problemas si hay que desplazar el material a zonas más alejadas ya que la draga no es capaz de llevarlo a ninguna distancia y el limo no es muy apto para el transporte en barcazas. 4. Arenas sueltas: Depende de la capacidad erosiva de los chorros de agua. En arenas, la eficiencia de la operación de dragado depende de la capacidad de la draga para fluidificar el material con los chorros de agua. 5. Arenas compactas: No es apta. 6. Arenas cementadas: No es apta para dragar arenas cementadas. Si el material cementado se presenta en bandas muy finas se puede utilizar el poder erosivo de los chorros de agua para socavar estas capas más duras. 7. Gravas: No es apta. 8. Cantos rodados: No es apta. 9. Rocas: No es apta. (ESCALANTE, 2014). 43.

(44) Ilustración 10.Draga Dustpan mostrando el cabezal de succión. Fuente: Escalante. Ilustración 11. Draga Dustpan planta, corte y perfil. Fuente: Factoría de Cádiz. 44.

(45) 1.6.2 Marco conceptual. 1.6.2.1 Operaciones de dragado. Para este proyecto es de vital importancia tener conocimiento sobre La técnica del dragado, Ya que lo que se busca es optimizar los procesos de operación de esta modalidad. Por consiguiente, el dragado se define como todas aquellas operaciones que se necesitan para la extracción, transporte y vertido de materiales presentes debajo del agua ya sea en el medio marino, fluvial o lacustre.. Para la extracción de los materiales como rocas, troncos, arena entre otros. Se requiere una maquinaria especial las cuales se denominan dragas y serán explicadas más adelante ya que se diferencian principalmente en la forma de realizar la excavación y se ven influenciadas por el tipo de material a extraer, la cantidad y la profundidad del fondo.. Para el transporte del material removido al igual que la extracción también dependerá del tipo de draga pudiéndose efectuar con la misma embarcación, con gánguiles de carga, o mediante tuberías.. Finalmente, para culminar la operación de dragado se debe seleccionar el lugar de vertido y para ello lo más usual es hacerlo mediante descarga por el fondo o por bombeo a través de tubería. El dragado principalmente es una operación necesaria para el desarrollo y el mantenimiento de infraestructuras en medio marítimas y fluviales y de su realización dependerá el desarrollo de los puertos y del tráfico marítimo (Catalunya, 2014).. 1.6.2.2 Maquinaria especializada para dragar. Principalmente para realizar los procesos de dragado se requiere de una embarcación que se encarga de excavar el fondo de los mares ríos y lagos y poder sacar el material extraído a la superficie, este tipo de trabajos suele ser frecuente en puertos, embalses o bien canales navegables.. 45.

(46) Para la realización de este proyecto será muy importante reconocer los tipos de dragas y el funcionamiento que tiene cada uno ya que de esto dependerá el coste final del dragado, Por este motivo, es necesario tener un buen conocimiento de los equipos disponibles en el mercado, en cuanto a sus características, posibilidades de trabajo, rendimientos y costos (ver tabla 4).. Tabla 4. Clasificación de las dragas actuales DRAGAS MECANICAS. HIDRAULICAS. Dragalina. Succión en marcha. Cuchara. Cortadora. Pala. Dustpan. Dipper. Succión estacionaria. Fuente: El autor.. De acuerdo a la investigación que se va a realizar durante el proyecto, se realizara un análisis detallado sobre cuál va a hacer el tipo de maquina a utilizar para el proceso de dragado del río Magdalena, teniendo en cuenta algunas consideraciones y factores como:.        . Factores económicos. Factores marítimos. Factores meteorológicos. Tráfico marítimo. Tipos de sedimentos. Distancia de punto de vertido. Tipo de obra. Volumen a dragar.. 46.

(47) 1.6.2.3 Definición batimétrica de la zona. Una batimetría se refiere al levantamiento topográfico del relieve de superficies del terreno cubierto por el agua, sea este el fondo del mar o el fondo de los lechos de los ríos, ciénagas, humedales, lagos, embalses, etc. es decir, la cartografía de los fondos de los diferentes cuerpos de agua (IDEAM, 2014).. Para calcular los volúmenes de material a extraer, delimitar las zonas de dragado y de vertido, es necesario tener conocimiento del fondo marino. Debido a que esta información no está disponible, se hace necesario realizar una campaña de batimetría para obtener información sobre la profundidad del fondo en varios puntos de medida, la posición planimetría de los puntos y medidas de las variaciones del nivel medio del mar.. En la actualidad el principal instrumento para medir la profundidad tanto del fondo como de cualquier objeto sumergido en el mar se le denomina eco-sonda, su funcionamiento consiste en la determinación del tiempo transcurrido entre el envío de la señal desde el transductor hasta que es alcanzada por el receptor después de reflejarse en el fondo.. Después de medir la profundidad se debe realizar la posición planimetría de los puntos con un sistema de posición global (GPS) el cual para operaciones de dragado consiste en un GPS móvil que se instala en la embarcación encargada de realizar la batimetría que hace de receptor, y un GPS diferencial estacionario que está situado en un punto conocido de tierra.. Para terminar la batimetría se deben registrar las variaciones del nivel medio del mar por medio de un instrumento conocido como mareógrafo el cual se clasifica en tres grupos: mareógrafos de flotador, acústicos o de presión y dependiendo el lugar donde se va realizar los procedimientos se escoge el mareógrafo conveniente.. 47.