Aprovechamiento del río Carcarañá-Tercero como vía fluvial navegable: diseño del sistema de transporte y de la vía fluvial

En algunas zonas las carreteras y las vías de ferrocarril son inexistentes o, alternativamente, las rutas y/o
tendidos ferroviarios que existen son inadecuados o insuficientes para el transporte comercial. En esas zonas
los ríos potencialmente navegables existentes resultan extremadamente importantes para el transporte de
mercancías. El transporte comercial mediante navegación fluvial interior es un importante modo de transporte.
En efecto, en la mayoría de las situaciones, en comparación con los otros modos de transporte, tiene la
ventaja de menor costo, menor consumo de energía y ahorro de tierras. El objetivo principal del presente
trabajo es la realización, a nivel de prefactibilidad, de los estudios necesarios para definir en correspondencia
de los ríos Carcarañá-Tercero una ruta fluvial comercialmente navegable. El objetivo propuesto conduce a
definir el área de estudio como la zona de influencia del sistema formado por el río Coronda y el río Carcara-
ñá-Tercero, cuyo centro de gravedad puede localizarse en la ciudad de Bell Ville. Aquí se presenta la evaluación
de prefactibilidad técnica de un sistema de transporte fluvial integral para esos ríos, haciendo hincapié
en el diseño de la vía fluvial y del sistema de transporte.
Palabras Clave: Diseño vías navegables interiores, transporte fluvial, río Carcarañá, río Tercero.
ABSTRACT
In some areas land routes are virtually nonexistent, and the simple roads or trails that do exist are inadequate
for commercial transportation. In such areas inland waterways are extremely important as transportation
routes for supplies. Inland Waterway Transport is an important mode of transportation. In fact, in most situations
it has the advantage of the least cost, least energy consumption and land saving, as compared to other
modes of transportation. In this work a pre-feasibility study to define a commercially Inland Water Transportation
route in the Carcarañá-Tercero rivers system is presented. The proposed objective leads to define the
study area as the area of influence of the system formed by the Coronda river and the Carcarañá-Tercero
rivers, whose center of gravity can be located in the city of Bell Ville. Here we present a technical feasibility
evaluation of a comprehensive river transport system for these rivers, with emphasis on the design of the
inland waterway and transport system.
Keywords: Inland water transportation design, fluvial transport, Carcarañá river, Tercero river.
Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial

Pedro A. Basile1,2, Gerardo Riccardi1,2,3, Erik Zimmermann1,2,4, Hernán Stenta1,2, Pablo Bussi1
y Pablo
Mangiameli1
1 Departamento de Hidráulica – Escuela de Ingeniería Civil (FCEIA – UNR) 2 Centro Universitario Rosario de Investigaciones Hidroambientales (FCEIA – UNR) 3 Consejo de Investigaciones de la Universidad Nacional de Rosario 4 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Riobamba 245 bis. (S2000EKE) Rosario. Argentina
e_mail: pbasile@fceia.unr.edu.ar

52
INTRODUCCIÓN
Comparado con otras modalidades de transporte de
mercancías (carretera, ferrocarril, etc.), el transporte
fluvial es el más eficiente, menos costoso y ambientalmente
más seguro. En particular, la navegación
fluvial es muy importante debido a la siguientes
razones: i) garantiza el acceso a zonas remotas donde
el desarrollo de otros modos puede no ser factible,
ii) atrae nuevas industrias a las zonas de influencia
de la vía fluvial, iii) amplía en gran medida
los mercados para los recursos y productos de la
región, iv) genera actividades recreativas acuáticas y
actividades relacionadas con el turismo, v) crea
oportunidades relacionadas con las pequeñas empresas
y vi) el costo de mantenimiento es mucho menor
comparado con las otras modalidades.
El complejo portuario del Área Gran Rosario (Timbúes
– Aº Seco) se ha convertido en el más importante
del cono sur de América en lo relativo al movimiento
de granos, subproductos y aceites vegetales.
La producción anual de agrograneles en Argentina
se ha incrementado en los últimos 10 años,
pasando de 70 millones de toneladas (2001/02) a
aproximadamente 104 millones de toneladas
(2011/12). El porcentaje de captación de dicha producción
por parte de los puertos del Gran Rosario,
en el mismo período, varió entre el 53% y el 67%.
Las proyecciones actuales indican que en los próximos
10 años, teniendo en cuenta el Plan Estratégico
Agroalimentario y Agroindustrial Participativo y
Federal (2010-2020) elaborado en el ámbito del
Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca de la
Nación; la producción nacional ascendería a las 160
millones de toneladas (2021/22), con el consiguiente
incremento del tonelaje exportado por el complejo
portuario del Gran Rosario (FCEIA, 2012). Aproximadamente
el 80% de dicho tonelaje anual llega a
los puertos del área Gran Rosario por camión.
Actualmente el sistema vial de la provincia de Santa
Fe está llegando a su máximo nivel de utilización.
Por lo tanto, de acuerdo a las proyecciones indicadas,
en un futuro próximo la capacidad de respuesta
del sistema se verá ampliamente superada. Las exigencias
que se le imponen al sistema de transporte
de la provincia se ponen en evidencia a través de la
congestión de rutas y accesos a zonas de descarga,
las dificultades para el mantenimiento de las redes
viales (y ferroviarias), los accidentes, la contaminación,
etc. También ponen en evidencia la existencia
de límites concretos a la expansión económica si no
se adoptan políticas de planificación que aborden la
ampliación de toda esta infraestructura. Es necesario,
por lo tanto, estudiar en profundidad la posibilidad
de ampliar la infraestructura mediante modos
complementarios de transporte.
En este trabajo se presenta la evaluación de prefactibilidad
técnica de un sistema de transporte fluvial
integral para el sistema de los ríos Carcarañá-
Tercero. Por lo tanto, el área de estudio comprende
la zona de influencia del sistema formado por el río
Coronda y el sistema hidrográfico de los ríos Carcarañá-Tercero.

En este sentido, pueden citarse los antecedentes de
García (1836) y Huergo (1890), que fueron pioneros
en promover el aprovechamiento de dichos ríos con
el objetivo de establecer una ruta fluvial comercialmente
navegable.
Particularmente, en este artículo se realiza una
descripción de la zona en estudio, se analizan distintas
alternativas para el diseño del sistema de
transporte y el diseño de la vía fluvial navegable.
Incluyendo, además, el análisis de viabilidad operativa
de cada alternativa y su correspondiente evaluación
económica. En otro artículo complementario,
denominado Parte II y presentado en esta revista,
se describe con más detalle el diseño hidráulico
de las presas de navegación.
Se destaca el carácter integral del presente estudio
ya que el mismo no comprende exclusivamente un
proyecto de dragado, señalización y adecuación de
la vía fluvial; ni la construcción, ampliación o modernización
de uno o varios puertos y/o sus canales
de acceso; ni tampoco se limita al análisis de la
adecuación de la infraestructura móvil de transporte,
por mejoras o reemplazos de las embarcaciones
que la utilizan. En rigor, el estudio abarca todos
estos aspectos, entre otros no menos importantes, en
forma integral.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE
ESTUDIO
El área de aportes de la cuenca del río Carcarañá
se desarrolla a lo largo de las provincias de Santa
Fe y Córdoba (Figura 1). En ésta toma el nombre
de “río Carcarañá” después de colectar el agua
proveniente de las cuencas de los ríos Tercero y
Saladillo, a la altura de las localidades de Monte
Buey y Bell Ville. A la altura de Cruz Alta, entra
CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013
53
en la Provincia de Santa Fe y recibe por su margen
izquierda el aporte del A° de Las Tortugas
que oficia de límite interprovincial en sentido
norte-sur y a los afluentes del A° Mojarras y Leones
por su margen derecha.

Posteriormente fluye por su cauce bien definido
recorriendo la Provincia de Santa Fe de suroeste a
noreste. Mientras que, en la porción final de la cuenca,
donde el río presenta un cauce muy desarrollado,
se observa otro cambio morfológico de magnitud,
que es la inflexión de su sentido de escurrimiento
hasta desembocar en el riacho Coronda, brazo del
Paraná a la altura de Puerto Gaboto. Considerando
dicha sección de cierre el área total de la cuenca es
de aproximadamente 48000 km².
Figura 1. Sistema hidrográfico Carcarañá-Tercero.
Todo el río Carcarañá se desarrolla sobre márgenes que
oscilan entre 3 y 4 m de altura con un ancho medio del
orden de los 40 m, el cauce presenta un patrón morfológico
sinuoso. En partes del lecho se observan afloramientos
de tosca. En el sector este de la cuenca se
ubican áreas más planas, donde se emplazan los sistemas
de canalizaciones de Salto Grande y Serodino.
El cauce actual del río, considerando como origen la
desembocadura en el río Coronda a la altura de Puerto
Gaboto y como extremo aguas arriba el Embalse
Piedras Moras, tiene una longitud de 598 km, contados
sobre el eje del río.

A los efectos de una mejor presentación de las características
del curso, se lo subdividió en 4 tramos, a
saber: Tramo 1: desde Puerto Gaboto a Cruz Alta
(PG-CA), Tramo 2: desde Cruz Alta a Bell Ville
(CA-BV), Tramo 3: desde Bell Ville a Villa María
(BV-VM) y Tramo 4: desde Villa María a Río Tercero
(VM-RT). En la Tabla 1 se resumen las características
morfológicas principales.

La Figura 2 muestra el perfil longitudinal del terreno
natural del tramo completo, desde Puerto Gaboto hasta
la ciudad de Río Tercero, expresado en cotas IGN.
Los índices de sinuosidad por tramos son: P = 1.2
(PG-CA), P = 1.27 (CA-BV), P = 1.93 (BV-VM) y P
= 1.31 (VM-RT). Todos los tramos presentan sinuosidad
elevada, en particular, un tramo de río meándrico
se caracteriza por P > 1.5, por lo tanto, el tramo
BV-VM es típicamente meándrico. Este patrón
morfológico se observa justamente en el tramo BVVM,
de transición entre pendientes elevadas aguas
arriba de Villa María y pendientes más moderadas
aguas abajo de Bell Ville, es decir, en la parte del
perfil longitudinal que presenta la mayor curvatura.
Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial
54
Tabla 1. Características principales del cauce actual del río por tramos.
Prog. Long. Cotas T.N. ?Z So media Ancho medio
(km) (km) IGN (m) (m) (m/km) (m)
PG-CA 0.000 – 173.5 173.5 10.00 – 63.02 53.02 0.306 46.4
CA-BV 173.5 – 327.2 153.7 63.02 – 125.36 62.34 0.406 29.5
BV-VM 327.2 – 460.3 133.1 125.36 – 200.12 74.76 0.562 33.8
VM-RT 460.3 – 597.7 137.4 200.12 – 410.00 209.88 1.528 42.1
Tramo
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 100 200 300 400 500 600
Prog. (km)
Cota T.N. IGN (m)
Pto. Gaboto
Cruz Alta
Bell Ville
Villa María
Rio Tercero
Figura 2. Perfil longitudinal del terreno natural río Carcarañá-Tercero (Pto. Gaboto-Río Tercero).
CARGA A TRANSPORTAR
Para toda la zona de estudio se recopiló, clasificó y
elaboró la información disponible y se realizó la
cuantificación del volumen de carga a transportar
anualmente, orientada sustancialmente a cereales y
oleaginosas (FCEIA, 2012).

En primer lugar se realizó la proyección de la producción
de granos de la República Argentina y de
las provincias de Córdoba y Santa Fe con un horizonte
de 15 y 30 años, desagregadas para los departamentos
de dichas provincias ubicados en la zona
de influencia del proyecto.
La demanda potencial total del proyecto se definió
como la suma del 20% de la producción de los departamentos
Calamuchita, General San Martín, Juá-
rez Celman, Marcos Juárez, Río Cuarto, Tercero
Arriba y Unión; el 15% de la producción del resto de
los departamentos de la Provincia de Córdoba y el
10% de los departamentos Belgrano, Caseros e
Iriondo, de la Provincia de Santa Fe. Por otra parte,
se especificó una capacidad máxima del proyecto, es
decir, una carga máxima anual a transportar de 8
millones de toneladas.

En la Figura 3 se presenta la estimación de la evolución
de la demanda potencial anual de granos del
proyecto para el período 2011–2041. En dicha figura
se observa que la capacidad máxima del proyecto
representa aproximadamente el 150% de la demanda
potencial total inicial, alcanza el 100% al cabo de 10
años y se reduce a un 70% a los 30 años.

Para visualizar el alcance del proyecto, en la Figura 4
se presenta una estimación de la evolución de la cantidad
anual de camiones necesarios para transportar el
80% de la demanda potencial total sin el proyecto de
la vía fluvial y la correspondiente evolución de la
reducción porcentual del número de camiones con la
vía fluvial navegable operativa. Se observa que la
reducción varía entre 30% y 15% al inicio y al final
del período de análisis respectivamente.
´
CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013
55
DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE
Para el diseño del sistema de transporte se consideraron
barcazas, propulsadas por empuje, de manga B igual a
6 m y 7.5 m, con una eslora Lb de 30 m. Por otra parte,
se especificó una relación entre calado estático de dise-
ño T y puntal P igual a 0.75 (T/P = 0.75) y se analizaron
5 tipos de barcazas con puntal variando entre 1.4 m
y 1.8 m, por lo tanto, el calado estático de diseño varió
entre 1.05 m y 1.35 m. Los tres casos analizados, con
las configuraciones del convoy y el tipo de vía fluvial
(de uno o dos carriles) se sintetizan en la Tabla 2.
0
2
4
6
8
10
12
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
Año
Demanda Pot. Anual (10 6 t)
0
25
50
75
100
125
150
Cap. máx. / DPT (%)
Demanda Pot. Total 20% 7D Cba
15% Resto Cba 10% 3D Sta Fe
Cap. Máx s/ DPT
Figura 3. Estimación de la evolución de la demanda potencial anual de granos del proyecto período (2011-2041). Capacidad máx.
del proyecto (carga máx. transportada anualmente): 8 x 106
t.
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
Año
Nº de camiones
(Total anual x 106
)
0
5
10
15
20
25
30
35
Reducción camiones con proy. (%)
Sin Proyecto (en AIP)
% Reducción con Proyecto
Figura 4. Estimación de la evolución de la cantidad anual de camiones necesarios para transportar el 80% de la Demanda Potencial
Total (DPT) sin el proyecto y reducción del mismo con proyecto.
Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial
56
Tabla 2. Resumen de características del sistema de transporte.
Variable (a) (b) (c)
Nº de carriles 2 2 1
Manga barcaza, B (m) 6 7.5 7.5
Eslora barcaza, Lb (m) 30 30 30
Relación T/P 0.75 0.75 0.75
Rango variación de P (m) 1.4 – 1.8 1.4 – 1.8 1.4 – 1.8
Configuración convoy (n x m) 2 x 1 2 x 1 2 x 2
Manga convoy, Bc (m) 6 7.5 15
Caso
En la Tabla 2, la notación n x m para la configuración
del convoy está indicando n barcazas en sentido
longitudinal y m barcazas en transversal. Por lo
tanto, en los tres casos la eslora total del convoy es
de 72 m (60 m eslora barcazas + 12 m eslora del
empujador) y la manga es de 6 m en el Caso a), de
7.5 m en el Caso b) y de 15 m en el Caso c).
La manga, la eslora y los calados estáticos de diseño,
se especificaron en cada caso tratando de adaptar el
convoy de diseño a la morfología actual preponderante
del río. Es decir, el sistema de transporte fue
prediseñado adoptando como criterio básico el de
producir la menor intervención inicial sobre el sistema
fluvial actual, en particular, manteniendo uno
de los atributos morfológicos fundamentales del río
como es su ancho promedio característico.
Por otra parte, se trato de asegurar el mayor porcentaje
de tiempo posible de operación de la vía con las
profundidades náuticas naturales y de reducir el
número de presas de navegación necesarias.
Para cada caso se determinó la capacidad de carga
por barcaza y por convoy y se estimaron las alturas
de llenado para tres tipos de carga a granel (trigo,
maíz, soja). La capacidad de carga varió entre 330 t
y 425 t (Caso a), 413 t y 531 t (Caso b) y 826 t y
1062 t (Caso c).
DISEÑO DE LA VÍA FLUVIAL NAVEGABLE
Se tuvieron en cuenta los criterios de diseño establecidos
en USACE (1980, 2001, 2003, 2006) para el dimensionamiento
de canales navegables interiores protegidos.
Ancho mínimo requerido en tramos rectos
En lo que respecta al ancho requerido para una vía
fluvial, a partir de la vasta experiencia en el diseño y
operación de vías navegables transitadas por convoyes
de barcazas empujadas, USACE (1980) establece,
para una vía fluvial de dos carriles, una separación
entre barcazas de 15.3 m y una separación entre
barcaza y margen derecha-izquierda de 6.1 m. Mientras
que, para una vía de un carril, establece una
separación entre barcaza y margen de 12.2 m.
Por otra parte, sucesivas investigaciones (USACE,
2001) indican que, para una vía fluvial de dos carriles,
los distintos anchos (anchos de carriles para
barcazas, separación entre carriles y separación
carriles-márgenes) son proporcionales a la manga
del convoy de diseño. De esta manera, el ancho
requerido del canal navegable es un múltiplo de la/s
manga/s, tal como se esquematiza en la Figura 5.
Aplicando dichas metodologías se determinaron los
anchos mínimos requeridos. En el Caso a) y en el
Caso c) el ancho mínimo requerido de la vía fluvial
en tramos rectos es de Wd = 40 m. Este es un ancho
promedio característico del sistema hidrográfico
Carcarañá-Tercero. Por otra parte, en el Caso b) el
ancho mínimo requerido es de Wd = 50 m.
Cabe señalar que el mantenimiento del ancho de la
sección transversal, en ese rango de valores, no
solo implica un menor volumen de obra y consecuente
menor costo de construcción, sino también,
implica mantener la capacidad de transporte de
sedimentos del río y sus características morfológicas
a largo plazo.
CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013
57
Figura 5. Esquematización ancho mínimo requerido vía fluvial de dos carriles, USACE (2001).
Ancho mínimo requerido en curvas, radios mí-
nimos y longitud de transiciones
Los anchos de diseño mencionados precedentemente
se aplican a tramos rectos. En tramos de curvas, a
dichos anchos se le deben adicionar sobreanchos. Esto
es debido a la deriva del convoy que tiende a desplazar
la popa hacia la margen externa, aumentando
consecuentemente el ancho necesario en tramos rectos
sin deriva. Los anchos mínimos requeridos en curvas
son función de los radios de curva, del ángulo de
deflexión, de la manga y de la eslora total del convoy,
de la velocidad de flujo, de la potencia del empujador,
etc. Los anchos en curvas, para vía fluvial de un carril
(Wc1) o dos carriles (Wc2), se estimaron mediante:
c t d B Wm W L sen 1 2 1 1 = ? + + (1)
t d m s
c t u
L sen B W W
W L sen B
+ + +
= + +
2 2 2
2 1 1
?
?
(2)
donde Lt: eslora total del convoy, B: manga del
convoy, Wm: distancia entre barcaza y margen (bank
clearance), Ws: separación entre barcazas (ship clearance),
?d: ángulo de deflexión convoy rumbo aguas
abajo, ?u: ángulo de deflexión convoy rumbo aguas
arriba. Los sobreanchos se calcularon mediante:
?Wc = Wc1,2 ?Wd (3)
El radio de curvatura recomendable en un canal de
navegación es de 3 a 4 veces la eslora total del convoy
(empujador más barcazas). Un radio de curvatura
menor podría ser aceptado a expensas de una
drástica disminución de la velocidad del convoy,
pero en ningún caso éste podría ser menor que 2
veces la eslora del convoy. La eslora del convoy en
todos los casos considerados es de 72 m, por lo
tanto, el radio mínimo de curvatura recomendable es
de 220 m – 290 m aproximadamente.
El prediseño de los sobreanchos se realizó para cuatro
radios de curvatura genéricos variando entre 300
m y 900 m, para los cuales los sobreanchos calculados
variaron entre 23 m y 9 m respectivamente para
el Caso a), entre 19 m y 2 m para el Caso b) y entre
12 m y 6 m para el Caso c). Las longitudes de transiciones
se calcularon mediante la relación 10:1, es
decir, 10 m de longitud de transición por cada metro
de sobreancho.
Profundidad náutica mínima requerida
En lo que respecta a la profundidad náutica mínima
requerida, se tuvo en cuenta el criterio que establece
la relación entre profundidad y calado estático
igual a 1.35 (USACE, 1980). Como norma general,
los estudios de navegación indican que a medida
que la relación profundidad-calado tiende a la unidad
la embarcación es más estable direccionalmente,
es decir, pierde capacidad de maniobra para
modificar su rumbo.
Por otra parte, se realizó la estimación de una profundidad
a partir de adicionarle al calado estático de
diseño la revancha bruta bajo quilla. Esta última es
función de distintos factores, tales como el squat, el
efecto de agua salada/dulce (inexistente en nuestro
caso) y de la revancha de seguridad. La suma de
todos los asentamientos debido a la velocidad del
convoy y a la masa de agua que se desplaza por la
obra viva del convoy más el efecto de trim se denomina
squat, el cual se estimó mediante diferentes
formulaciones reportadas en USACE (2006).
La profundidad náutica mínima requerida que se adoptó
fue la mayor que surgió de estas dos estimaciones.
Los resultados se resumen en la Figura 6, donde se
observa la capacidad de carga del convoy (TPN), el
calado estático de diseño (T) y la profundidad náutica
mínima requerida (Hr), para los Casos a y b.
Se observa una región de superposición de las TPN
para los dos casos, lo cual está indicando que las misAncho
del canal
B1 B2
1.6–2 B1 B1 1.6–2 B2 0.6–2 B1 0.6–1.5 B2
Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial
58
mas toneladas de porte neto pueden ser transportadas
con diferentes calados estáticos y profundidades, de
acuerdo a la manga del convoy y el ancho del canal.
Por un lado, puede preliminarmente pensarse que
el incremento del ancho va a tener un mayor impacto
en el volumen de movimiento de suelos,
mientras que un incremento de la profundidad
náutica requerida va a tener mayor impacto en el
costo de obras de represamiento y esclusado. Similarmente,
los resultados para el Caso c se sintetizan
en la Figura 7.
1.62
1.67
1.72
1.77
1.82
1.87
1.92
320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540
Capacidad de carga: TPN (t)
Prof. náutica mín., Hr (m)
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
1.35
Calado estático diseño, T (m)
Wd=50 m, B=7.5 m
Wd=40 m, B=6.0 m
Figura 6. Capacidad carga convoy, calado est. y prof. náutica mín. para vía de 2 carriles (Casos a y b).
2.03
2.08
2.13
2.18
2.23
2.28
2.33
800 850 900 950 1000 1050 1100
Capacidad de carga: TPN (t)
Prof. náutica mín., Hr (m)
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
1.35
Calado estático diseño, T (m)
Figura 7. Capacidad carga convoy, calado est. y prof. náutica mín. para vía de 1 carril (Caso c).
Sección transversal del canal
El área transversal mojada de la vía fluvial es importante
para la eficiencia de la navegación, principalmente
en canales, canalizaciones y ríos naturales de
sección restringida. En este sentido, el factor de
bloqueo, definido como la relación entre el área
mojada del canal y el área transversal sumergida de
la embarcación, debe respetar ciertos valores.
Valores bajos de dicho factor se asocian, por ejemplo,
a una mayor resistencia para el desplazamiento
CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013
59
del convoy, reducción de la velocidad límite, incremento
del squat e incremento de erosión del lecho.
Para mitigar estos efectos, el valor del factor de
bloqueo no debe ser inferior a 6.
Definición de alternativas de proyecto
Adoptando para cada Caso (a, b y c) un calado está-
tico de diseño de 1.2 m (ver Figuras 6 y 7) se definieron
tres alternativas de proyecto. De esta manera,
la profundidad náutica mínima requerida es de 1.8 m
(Alternativas A y B) y 2.2 m (Alternativa C). Las
características principales de las tres alternativas
seleccionadas se sintetizan en la Tabla 3.
CONDICIONES DE NAVEGABILIDAD PARA
RÉGIMEN ACTUAL DE CAUDALES, NIVELES
HÍDRICOS Y MORFOLOGÍA DEL RÍO
Se realizaron estudios sobre las condiciones actuales
de permanencia de niveles y caudales en el río, tendientes
a evaluar la necesidad de implementar presas
de navegación. Particularmente, se analizó en detalle
el régimen de caudales y la morfología actual a los
efectos de evaluar si eran compatibles con los requerimientos
mínimos para la navegación que surgen
del diseño de la vía fluvial navegable y del sistema
de transporte para las Alternativas A, B y C seleccionadas.
A tales fines, se comparó el tirante actual
asociado al caudal Qmd(95%), con el tirante determinado
para una configuración transversal del río
compatible con condiciones mínimas de navegabilidad,
fijadas inicialmente con una base de fondo de
40 m y taludes 1:2 (H:V) (Alternativas A y C).
Se elaboraron datos de caudales medios diarios disponibles
en la Estación Andino (serie 1980-2010),
con los cuales se construyó la correspondiente curva
de duración (ver Figura 8). Dada la falta de datos, a
partir de dicha curva se estimaron las respectivas
curvas en Cruz Alta, Bell Ville y Villa María, considerando
la relación entre caudales y raíz del área de
aporte. Estas últimas estaciones de medición, actualmente
desactivadas, presentan registros cortos e
incompletos de caudales y niveles hidrométricos.
Tabla 3. Síntesis de alternativas de proyecto.
Variable A B C
Nº de carriles 2 2 1
Base fondo canal, Wd (m) 40 50 40
Manga barcaza, B (m) 6 7.5 7.5
Eslora barcaza, Lb (m) 30 30 30
Eslora empujador, Le (m) 12 12 12
Prof. náutica mín. requerida, hnr (m) 1.77 1.77 2.18
Factor de bloqueo, Fb 10 10 10
Configuración convoy 2 x 1 2 x 1 2 x 2
Manga convoy, Bc (m) 6 7.5 15
Eslora convoy, Lc (m) 72 72 72
Capacidad de carga convoy (TPN) (t) 377.8 472.2 944.4
Alternativa
A partir de la curva de Andino resulta un caudal
Qmd(95%) = 25 m3
/s. Para ese valor de caudal y considerando
una sección transversal asumida para el proyecto
de 40 m de base de fondo, talud 1:2 (H:V), coeficiente
de rugosidad de Manning n = 0.03 s/m1/3 y pendiente
de fondo longitudinal So = 0.00036 m/m (que
surge del prediseño del cauce de proyecto en el tramo
PG-CA, Tabla 5); el tirante asociado es de H = 1 m.
El valor resultante de la profundidad, es mucho
menor que las profundidades náuticas mínimas
requeridas para las tres Alternativas, es decir, menor
que 1.80 m (Alternativas A y B) y menor que
2.2 m (Alternativa C). El cálculo de la profundidad
asociada al Qmd(95%) fue realizado considerando
solamente el tramo PG-CA, pero en el resto de los
tramos se dan situaciones similares, dado que el
caudal 95% es menor aún y la pendiente longitudinal
es mayor, lo que deriva en una menor profundidad
del agua respecto a la calculada anteriormente.
Es importante destacar que, sin recurrir a la implementación
de presas de navegación, las características
del régimen de caudales del río representan un
condicionamiento muy fuerte para su aprovechamiento
como ruta fluvial navegable. En efecto, de
acuerdo a datos de caudales de la Estación de Andino,
por el río escurren caudales que pueden alcanzar
valores máximos del orden de los 1000 m3
/s
en crecidas extraordinarias, de hecho en el año
Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial
60
2007 alcanzó caudales en la zona del puente de la
Ruta Nacional Nº 9 del orden de los 800 m3
/s. Los
caudales mínimos, en dicha estación, son del orden
de los 10 m3
/s. Es decir, la relación entre el caudal
máximo y el mínimo es del orden de 100. Por lo
tanto, el río puede ser clasificado como perenne de
alta irregularidad. La curva de duración de caudales
medios diarios en Andino (ver Figura 8) se corresponde
con un régimen de baja permanencia, con
crecidas de corta duración, con caudales superiores
a los 200 m3
/s en no más del 5% de los días del
año; en dicha curva también se observan caudales
superiores a 100 m3
/s en no más del 20% de los
días del año.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tiempo excedencia
Qmd (m3/s)
Figura 8. Curva de duración de caudales medios diarios río Carcarañá-Andino (1980-2010).
Para la Alternativa A es necesario garantizar un tirante
de agua del orden de 1.8 m en la sección trapezoidal
de 40 m de base de fondo, por lo tanto, el caudal
necesario correspondiente es de 66 m3
/s. Para el actual
régimen hidrológico ese valor de caudal solo se
puede garantizar en el 40% de los días del año. Esto
implica que la vía fluvial, sin recurrir a sistemas de
presas de navegación para elevación de niveles
hidrométricos, podría estar operativa durante 146 días
al año aproximadamente. Dada la magnitud estimada
de la carga anual a transportar, del orden de 8 millones
de toneladas, este período efectivo de navegabilidad
con convoyes de barcazas no es compatible con la
viabilidad operativa del presente estudio.
Obviamente, mucho más restrictivas son las Alternativas
B y C. En efecto, en la Alternativa B es necesario
garantizar el mismo tirante de 1.8 m pero con una
base de fondo de 50 m, lo cual implica un caudal de
82 m3
/s y en la Alternativa C, la base de fondo es de
40 m pero el tirante a garantizar es de 2.2 m con un
caudal asociado de 91 m3
/s. Es decir, en las Alternativas
B y C los caudales mínimos necesarios son
mayores que el correspondiente a la Alternativa A y
consecuentemente, en ambas alternativas, solo durante
106 días del año (Alternativa B) y 62 días al
año (Alternativa C) podrán ser garantizadas las condiciones
mínimas para navegabilidad de los convoyes
de barcazas.
Lo descripto precedentemente se refiere al tramo
PG-CA; si nos movemos aguas arriba, en los tramos
restantes las condiciones son aún más restrictivas.
En la Tabla 4 se presentan los caudales mínimos
requeridos y los tiempos de excedencia asociados
para cada tramo de la vía fluvial.
Por lo tanto, resulta concluyente que para poder
garantizar profundidades mínimas compatibles con
requerimientos mínimos para la navegación de barcazas
durante todo el año, para las tres Alternativas
seleccionadas, debe recurrirse a sistemas de presas
de navegación compuestas por vertederos, compuertas
y esclusas de navegación y otras obras complementarias.
Los tiempos de regulación de niveles,
para cada tramo y cada alternativa, pueden estimarse
como la diferencia entre 365 días y los tiempos de
excedencia consignados en la Tabla 4.
Por otra parte, la morfología actual del cauce en planta
del río se caracteriza por una elevada sinuosidad,
sobre todo el tramo BV-VM (P = 1.93). La mayoría
de las curvas presentan radios menores a los mínimos
necesarios. Los radios de curva de los meandros que
CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013
61
componen el cauce actual son pequeños, en algunos
casos menores de R = 100 m. Esto impone la definición
de una nueva traza del cauce, con radios de curva
mínimos del orden de los 300 m de acuerdo al diseño
del sistema de transporte y la vía fluvial, es decir,
superiores a los existentes, lo cual evidencia la imposibilidad
de la navegación con tales barcazas en el
estado actual de la morfología del río.
Tabla 4. Caudal mínimo requerido y tiempo de excedencia asociado para cada alternativa.
Alternat. Wd Hnr
(Ident.) (m) (m) PG-CA CA-BV BV-VM VM-RT PG-CA CA-BV BV-VM VM-RT
A 40 1.8 66 79 113 140 146 36 8 2
B 50 1.8 82 99 142 176 106 22 5 1
C 40 2.2 91 110 157 195 62 16 4 1
Q mínimo requerido (m3
/s) tiempo de exced. (días)
PREDISEÑO HIDRÁULICO Y GEOMÉTRICO
DE LA VÍA NAVEGABLE CON UBICACIÓN
DE PRESAS, PUERTOS Y PUENTES
A partir del diseño preliminar del sistema de transporte
y de la vía fluvial se seleccionaron 3 alternativas
de proyecto. Además, teniendo en consideración
las imposiciones hidromorfológicas del río con la
configuración del cauce existente se procedió a realizar
el prediseño hidráulico y geométrico de la vía
de navegación que incluyó la definición de: i) sección
transversal, incluyendo ancho de fondo, profundidad
y taludes laterales; ii) traza de proyecto,
incluyendo la traza planimétrica del cauce y iii)
emplazamientos de presas y esclusas.
Definición de secciones transversales
Las secciones transversales se han definido en función
de los requerimientos para el sistema de transporte,
resultando de acuerdo a la alternativa, en
secciones trapeciales de 40 m de base fondo (alternativa
A y C) y de 50 m de base de fondo en el caso
de la alternativa B. La altura de márgenes llenas
definida para las dos alternativas es de 8 m. El talud
mínimo necesario requerido desde condiciones hidr-
áulicas es de 1:2 (H:V).
Dada la necesidad de prever espacio para el depósito
del suelo excavado se estableció un ancho de ocupación
a ser reservado para el depósito y un esquema
de la deposición del suelo excavado. A efectos estimativos
se ha considerado un factor de esponjamiento
del suelo del 25%.
Configuración planimétrica del cauce de proyecto
Para la definición de la planimetría de la traza de
proyecto, los criterios predominantes considerados en
el prediseño fueron: i) superponer en la mayor medida
posible la nueva traza con el cauce existente; ii) utilizar
los mínimos radios posibles impuesto desde condiciones
de navegabilidad de las convoyes de barcazas
emergentes de las alternativas A, B y C; iii) desviar
la vía de navegación cuando el cauce es lindante
a ciudades, infraestructura urbana y sitios recreacionales
(balnearios, zonas de pesca, camping) existentes,
con el objeto de evitar intervenciones en tramos con
usos intensivos del río por parte de la población; iv)
minimizar el impacto fluvio-morfológico.
La traza definida en este estudio resultó en un aprovechamiento
del 44% del cauce existente para el
caso de base de fondo de 40 m y del 40% en el caso
de base de fondo de 50 m. La evaluación del aprovechamiento
del cauce existente no incluye los sobreanchos
en curvas y las transiciones a las entrada y
salidas de la curvas.
Características generales como la progresiva de
extremo de cada tramo (desde aguas abajo hacia
aguas arriba), distancias parciales en los tramos y
pendiente longitudinal asumida de la traza de diseño
se presentan en la Tabla 5.
Se realizaron planos con el prediseño de la traza de
proyecto donde se especificaron: eje cauce existente;
base fotográfica satelital (desde GoogleTMEarth®), eje
traza de proyecto; indicación de progresivas de centros
de radios de curvas; ubicación de puentes nuevos,
puentes a reemplazar y puentes existentes sobre cauce
fuera de traza de proyecto; ubicación de puertos de
cargas; ubicación de presas de navegación en las
diferentes alternativas y cotas IGN de terreno natural.
El diseño preliminar de la vía fluvial impone la configuración
de sobreanchos en cada curva del tazado
con radio de curvatura inferior a 2000 m. Estas zonas
de sobreanchos incluyen transiciones para la
entrada y salida de la curva, asimismo en la parte
Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial
62
externa de la curva es necesario realizar la protección
de margen a los efectos de garantizar la estabilidad
de la misma, ya sea por la magnitud de las
tensiones de corte que desarrolla el flujo en esas
zonas, como así también por las solicitaciones de
oleaje generadas por la navegación.
Tabla 5. Características del cauce de proyecto de la vía navegable.
Tramo Prog. (km) Long. (km) So (m/km)
PG-CA 149.99 149.99 0.36
CA-BV 269.71 119.72 0.52
BV-VM 349.49 79.78 1.07
VM-RT 439.29 89.8 1.65
Criterios para determinación de ubicaciones de
las presas
Para la ubicación de los emplazamientos de las presas
de navegación se ha considerado el criterio de
garantizar un tirante mínimo en la cola del remanso
generado, que dependerá de la profundidad náutica
mínima requerida para cada alternativa y un tirante
de 6 m en correspondencia con la presa de navegación,
de modo de disponer de una altura de seguridad/revancha
de 2 m (la profundad media de la sección
de proyecto es de 8 m). En el caso de las Alternativas
A y B el tirante mínimo a garantizar es 1.8 m
y en la Alternativa C fue considerado en 2.2 m. La
distancia se calcula a partir del cociente entre la
diferencia de niveles y la pendiente longitudinal del
tramo. Las pendientes longitudinales consideradas
en cada tramo son las que se presentan en la Tabla 5.
Un esquema de las consideraciones tenidas en cuentas
para la definición de la distancia entre presas de
navegación se ilustra en la Figura 9. En el contorno
aguas abajo del río Carcarañá, en su desembocadura
en el río Coronda fue considerada una condición de
borde en términos de cota de pelo de agua de 6.04 m
(IGN). Esta cota está asociada a un porcentaje de
tiempo de excedencia del 90% (ver Figura 10).
Por lo tanto, se determinaron las ubicaciones tentativas
de las presas de navegación (progresivas y número
de orden) clasificándolas de acuerdo a la alternativa
de proyecto. En el caso de las Alternativas A y B la
cantidad tentativa de presas es de 84 discriminadas en
13 (tramo PG-CA), 15 (tramo CA-BV), 20 (tramo
BV-VM) y 36 (tramo VM-RT). En el caso de la Alternativa
C, que involucra una mayor profundidad
mínima a garantizar, la cantidad de presas calculadas
es 93 discriminadas en 14 (tramo PG-CA), 17 (tramo
CA-BV), 22 (tramo BV-VM) y 40 (tramo VM-RT).
A los fines de estimar dragados de mantenimiento,
se determinaron los volúmenes de sedimentos que
se depositan en el sistema de presas-esclusas, discriminados
por tramos. El transporte total medio
anual de sedimentos, incluyendo carga foránea,
para cada uno de los tramos se estimó mediante
ecuaciones simplificadas (Basile, 2004). Se tuvo en
cuenta el transporte medio anual en ingreso al embalse
de Río Tercero de 1019390 t/año y la correspondiente
sedimentación media anual de 968421
t/año (Drago y Depetris, 1974). Por otra parte, el
sedimento que sale del embalse de Río Tercero es
ulteriormente capturado parcialmente en los embalses
compensadores aguas abajo, resultando una
salida del embalse de Piedras Moras de 5097 t. A
los efectos del cálculo de sedimentación se implementó
un modelo que resuelve la continuidad sólida,
contemplando el aporte de sedimentos, la deposición
y la salida de sedimentos en cada una de las
presas consideradas en serie. La eficiencia de atrape
de sedimentos fue representada mediante la
formulación de Chen (1975).
Acciones sobre puentes y localización de puertos
Se estudiaron las condiciones del río Carcarañá
para la localización de puentes y se definieron las
condiciones para los puentes viales y ferroviarios
que cruzan la vía fluvial, ya sea como obra nueva
o como reemplazo de la existente. Se definieron
como puentes nuevos a aquellos puentes que deberán
ser construidos fuera del cauce actual del
río como consecuencia del bypass de ciudades y/o
centros recreacionales. En este caso, el puente
existente sobre la traza original se conserva y se
construye uno nuevo. En el caso de que la traza
continúe bajo el puente existente, se procederá al
reemplazo del mismo. En función de las mediciones
y observaciones realizadas, en ningún caso se
pueden conservar los puentes existentes debido a
que el ancho de diseño del canal supera las luces
de todos ellos para las tres alternativas y en la
mayoría de los casos las pilas se ubican en el
cauce principal.
CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013
63
Se realizó un listado con todos los puentes, con sus
ubicaciones y condiciones. En total se prevén realizar
22 puentes nuevos y se prevé el reemplazo de
29 puentes existentes. Hay 12 puentes existentes
que quedarán fuera de la traza del nuevo canal, los
cuales no serán intervenidos. Para la ubicación de
los puertos se han previsto la cercanía a accesos
viales y que dichos accesos no involucren en gran
medida a trazados urbanos. Se plantean en principio
cuatro puertos interiores en proximidades de
Río Tercero, Villa María, Bell Ville y Cruz Alta,
más un puerto de transferencia en inmediaciones de
Puerto Gaboto. Se prevé que los puertos cuenten
con capacidad de amarre de dos trenes de barcazas
y logística para almacenamiento y movimiento
general de cargas.
Distancia entre presas
Nivel desborde
Lecho
6 m
2 m
1.8 m Alternativa A y B
2.2 m Alternativa C Valor
medio
Pendiente fondo 8.00 m
So
Figura 9. Esquematización de distancia entre presas de navegación.
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
10.5
11.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tiempo excedencia
H (m) IGN
Figura 10. Curva de duración de niveles hidrométricos en Puerto Gaboto.
TIEMPOS CARACTERÍSTICOS
Tiempo de tránsito por esclusa
A los efectos de estimar el tiempo de tránsito por una
esclusa, para las tres alternativas seleccionadas, se
tuvieron en cuenta los criterios establecidos en USACE
(1995a,b,c), para esclusas de bajo desnivel hidráulico
(low-lift) como las diseñadas en el presente estudio, es
decir, con desnivel hidráulico comprendido entre 3 m < ?H < 9-12 m, con sistema de llenado/vaciado desde puertos laterales (tipo SP, Side-Port). El dimensionamiento de las esclusas ha sido realizado para que el convoy de diseño (remolcador y barcazas) ingrese a la esclusa como una unidad. El tiempo total Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial 64 para transitar por una esclusa se determina a través de la sumatoria de los tiempos necesarios para realizar las siguientes siete maniobras (transito desde aguas abajo a aguas arriba): i) acercamiento del convoy desde punto de espera, ii) entrada del convoy a la esclusa, iii) cierre de compuertas, iv) llenado de la esclusa, v) apertura de compuertas, vi) salida del convoy y vii) alejamiento del convoy de la esclusa. Si el tránsito es desde aguas arriba a aguas abajo, entonces la operación de llenado se convierte en una operación de vaciado. En la Tabla 6 se presenta la estimación del tiempo de tránsito a través de una esclusa para cada alternativa de proyecto. Los tiempos totales estimados son: Alternativa A: 18.07 min., Alternativa B: 18.78 min., Alternativa C: 20.16 min. Se verifica que, desde el punto de vista del volumen de esclusados, la alternativa más comprometida es la B. En efecto, para las dos cámaras en paralelo (doble cámara) el volumen total requerido es de 6426 m³.Para el tramo PG-CA, considerando el Q(95%) = 25 m³/s y una frecuencia máxima del orden de los 3 esclusados por hora, la demanda diaria es de 462672 m³/día y el volumen disponible es de 2160000 m³/día. Por lo tanto, la demanda diaria de esclusados se satisface holgadamente, representando un 21.4% del volumen diario total disponible. Para los tramos restantes la demanda diaria de volumen de agua para esclusados también se satisface, aunque se utiliza un porcentaje mayor del volumen diario total disponible ya que el Q(95%) disminuye aguas arriba. Tabla 6. Estimación del tiempo de tránsito a través de una esclusa para cada alternativa. Maniobra / Variable Notación A B C 1) TIEMPO DE ACERCAMIENTO DESDE PUNTO DE ESPERA Ta (min) 1.85 1.85 1.85 2) TIEMPO PARA ENTRAR EL CONVOY A LA ESCLUSA Te (min) 1.57 1.57 1.57 3) TIEMPO PARA CERRAR LAS COMPUERTAS Tcc (min) 1 1 1 4) TIEMPO DE LLENADO / VACIADO DE UNA ESCLUSA Eslora del convoy Lc (m) 72 72 72 Manga del convoy Bc (m) 6 7.5 15 Longitud de la esclusa (m) = (Eslora convoy + 30 a 50 pies) Les (m) 85 85 85 Ancho de la esclusa (m) (Manga convoy + 3 a 5 pies) Bes (m) 7.5 9 16.5 Area superficial esclusa AL (m2) 637.5 765 1402.5 Desnivel hidráulico ?H (m) 4.2 4.2 3.8 Sobrellenado (almac. del sistema) (0.3 m - 1 m) not sensitive df (m) 0.3 0.3 0.3 Nº de válvulas n 2 2 2 Base intake/outlet manifold Bm (m) 1.5 1.5 2 Altura intake/outlet manifold hm (m) 0.5 0.55 0.61 Area intake/outlet manifold Am (m2) 0.75 0.825 1.22 Coeficiente descarga global esclusa (slow op.: 0.45 - rapid op.:0.9) CL 0.65 0.65 0.65 Variable Auxiliar T - Ktv (s) 464.6 506.8 589.8 Coef. de válvula (0.4 - 0.6) K 0.5 0.5 0.5 Tiempo de apertura total válvulas (s) (rapid: 1 min - slow: 8 min) tv (s) 180 180 180 Tiempo de llenado/vaciado (s) T (s) 554.6 596.8 679.8 Tiempo de llenado/vaciado (min) (8 a 10 min en low-lift lock) T (min) 9.2 9.9 11.3 5) TIEMPO PARA ABRIR LAS COMPUERTAS Tac (min) 1 1 1 6) TIEMPO DE SALIDA DEL CONVOY DE LA ESCLUSA Ts (min) 1.6 1.6 1.6 7) TIEMPO DE ALEJAMIENTO DESDE ESCLUSA Ta (min) 1.8 1.8 1.8 TIEMPO TOTAL Ttot (min) 18.07 18.78 20.16 Tiempo de viaje real y velocidad real por tramos Se realizó una estimación de los tiempos de viajes reales y de la velocidad real por tramos para cada una de las alternativas de proyecto seleccionadas. A tales efectos se tuvieron en cuenta el diseño de la traza de la vía fluvial navegable, el diseño del sistema de transporte y el correspondiente diseño hidráulico del sistema de presas/esclusas, de los cuales surge el número de presasesclusas por tramo para asegurar la navegabilidad. En las Tablas 7, 8 y 9 se presentan los cálculos efectuados. Los tiempos de viaje variaron entre un máximo de 20.9 hs para el tramo VM-RT (alternativa C) y un mínimo de 12.9 hs para el tramo BV-VM (alternativa A). CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013 65 Tabla 7. Tiempo de viaje y velocidad real por tramos. Alternativa A. Variable Notación PG - CA CA - BV BV - VM VM - RT ? Long actual tramo L act. (km) 173.5 153.7 133.1 137.4 597.7 Longitud traza de diseño L dis. (km) 150.0 119.7 79.8 89.8 439.3 Velocidad de crucero del convoy Vc (km/h) 12 12 12 12 - Tiempo de viaje sin esclusas Tvs/e (hs) 12.50 10.0 6.6 7.5 36.6 Tiempo de tránsito por esclusa Ttot (hs) 0.313 0.313 0.313 0.313 - Nº de esclusas en el tramo Nes 13 15 20 36 84 Tiempo de tránsito total por esclusas Ttot es (hs) 4.1 4.7 6.3 11.3 26.3 Tiempo total tramo en horas T tot tramo (hs) 16.6 14.7 12.9 18.7 62.9 Tiempo total tramo en días T tot tramo (días) 0.69 0.61 0.54 0.78 2.62 Velocidad real Vr (km/h) 9.05 8.16 6.18 4.79 - Tabla 8. Tiempo de viaje y velocidad real por tramos. Alternativa B. Variable Notación PG - CA CA - BV BV - VM VM - RT ? Long actual tramo L act. (km) 173.5 153.7 133.1 137.4 597.7 Longitud traza de diseño L dis. (km) 150.0 119.7 79.8 89.8 439.3 Velocidad de crucero del convoy Vc (km/h) 12 12 12 12 - Tiempo de viaje sin esclusas Tvs/e (hs) 12.50 10.0 6.6 7.5 36.6 Tiempo de tránsito por esclusa Ttot (hs) 0.313 0.313 0.313 0.313 - Nº de esclusas en el tramo Nes 13 15 20 36 84 Tiempo de tránsito total por esclusas Ttot es (hs) 4.1 4.7 6.3 11.3 26.3 Tiempo total tramo en horas T tot tramo (hs) 16.6 14.7 12.9 18.7 62.9 Tiempo total tramo en días T tot tramo (días) 0.69 0.61 0.54 0.78 2.62 Velocidad real Vr (km/h) 9.05 8.16 6.18 4.79 - Tabla 9. Tiempo de viaje y velocidad real por tramos. Alternativa C. Variable Notación PG - CA CA - BV BV - VM VM - RT ? Long actual tramo L act. (km) 173.5 153.7 133.1 137.4 597.7 Longitud traza de diseño L dis. (km) 150.0 119.7 79.8 89.8 439.3 Velocidad de crucero del convoy Vc (km/h) 12 12 12 12 - Tiempo de viaje sin esclusas Tvs/e (hs) 12.50 10.0 6.6 7.5 36.6 Tiempo de tránsito por esclusa Ttot (hs) 0.336 0.336 0.336 0.336 - Nº de esclusas en el tramo Nes 14 17 22 40 93 Tiempo de tránsito total por esclusas Ttot es (hs) 4.7 5.7 7.4 13.4 31.2 Tiempo total tramo en horas T tot tramo (hs) 17.2 15.7 14.0 20.9 67.9 Tiempo total tramo en días T tot tramo (días) 0.72 0.65 0.59 0.87 2.83 Velocidad real Vr (km/h) 8.72 7.63 5.68 4.29 - ALTURA DE OLA MÁXIMA INCIDENTE SOBRE MÁRGENES POR NAVEGACIÓN A los efectos de determinar la implementación de sistemas de protección contra erosión de márgenes se estimaron las solicitaciones debidas al oleaje generado por la navegación. La configuración del patrón de ondas generadas por la navegación de una embarcación en general, y en nuestro caso del convoy formado por remolcador-barcazas, depende de los números de Froude asociados a la velocidad del convoy y a las longitudes características como la profundidad de flujo (Frh) y la eslora total (FrL). Para valores de FrL< 0.9 y además Frh < 1 (condición subcrítica), es decir, velocidad del convoy menor que la velocidad de propagación de una perturbación de la superficie libre del agua, el patrón de ondas que se genera se ilustra en la Figura 11. El desplazamiento de agua que produce la obra viva del convoy en movimiento genera una serie de ondas que divergen de la línea de navegación (ondas diver- Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial 66 gentes) y una serie de ondas que se mueven siguiendo el rumbo del convoy transversalmente a la línea de navegación (ondas transversales). Los dos tipo de ondas se intersecan y combinan formando un frente de ondas de mayor altura, con ángulo de aproximadamente 19.5º respecto a la línea de navegación, el cual se propaga en dirección a la margen con un ángulo de 54.7º respecto a la perpendicular a la margen. En nuestro caso, debido a la geometría de la sección transversal, a la profundidad del agua y a la relativa corta distancia entre el convoy y la margen, el frente de onda va a romper justo en correspondencia de la margen. Esto generará un impacto directo sobre el material de margen y, si la misma no está adecuadamente protegida, ocasionará la remoción de partículas y consecuentemente desencadenará un proceso de erosión progresivo. Por lo tanto, además de los procesos erosivos por tensiones de corte ejercidas por el flujo, que fueron tenidas en cuenta en el diseño de la protección de márgenes en las zonas externas de las curvas; se consideraron también los esfuerzos producidos por la acción del oleaje sobre las márgenes. A tales efectos se calcularon las alturas de ola máxima incidente sobre las márgenes (Knight, 1999), para cada alternativa de proyecto y para tres profundidades características de flujo, que representan la variación de la profundidad de flujo entre dos presas de navegación consecutivas. En la Tabla 10 se presentan los cálculos realizados. Figura 11. Configuración del patrón de ondas generado por la navegación en condiciones de Frh < 1 y FrL< 0.9. Tabla 10. Alturas máximas de olas incidentes sobre las márgenes, producidas por el convoy de barcazas, para cada alternativa de proyecto. Velocidad del convoy Uc (m/s) 3.333 3.333 3.333 Eslora total Lt (m) 72 72 72 Profundidad del agua h (m) 3 4 5 Froude basado en Uc y h Frh ( - ) 0.614 0.532 0.476 Froude basado en Uc y Lt FrL ( - ) 0.125 0.125 0.125 Coeficiente de forma ?1 0.7 0.7 0.7 Exponente Frh ?2 2.67 2.67 2.67 Exponente de atenuación b 0.333 0.333 0.333 Alternativa A Distancia Barcaza-Margen D (m) 7.5 8 8.5 Altura máxima ola incidente Hmáx (m) 0.422 0.412 0.404 Energía por unidad de área E (N/m) 217.88 208.51 200.10 Alternativa B Distancia Barcaza-Margen D (m) 9 9.5 10 Altura máxima ola incidente Hmáx (m) 0.397 0.389 0.383 Energía por unidad de área E (N/m) 192.95 185.94 179.55 Alternativa C Distancia Barcaza-Margen D (m) 13.7 14.2 14.7 Altura máxima ola incidente Hmáx (m) 0.345 0.341 0.337 Energía por unidad de área E (N/m) 145.81 142.23 138.88 19.5 º 35.3 º Margen Línea de navegación Dirección del frente de propagación Ondas transversales Ondas divergentes CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013 67 Los valores estimados de altura máxima de ola incidente varían entre 0.422 m y 0.337 m para las tres alternativas, mientras que, la energía generada por unidad de área superficial varía entre 217.88 N/m y 138.88 N/m. La duración promedio del evento de oleaje generado por el pasaje del conjunto remolcador-barcaza es del orden de los 400 s (Knight, 1999). Por otra parte, la frecuencia máxima de tránsito de convoyes, impuesta por el tiempo de tránsito a través de las esclusas (ver Tabla 6) es del orden de 3 convoyes cada 1 hora, navegando las 24 horas del día durante aproximadamente todo el año. Es decir, las márgenes serán solicitadas con alrededor de 2232 eventos de oleaje por mes, con una duración total de aproximadamente 248 horas por mes. Teniendo en cuenta que el material de margen es susceptible de procesos erosivos significativos, se pensó, en primer lugar, realizar un recubrimiento de piel con material herbáceo. Sin embargo, en función del cálculo de las solicitaciones por oleaje de navegación, se estimaron las tasas de erosión para este tipo de protección con vegetación, resultando para las tres alternativas de proyecto tasas de erosión variables entre 0.23 m/mes y 0.15 m/mes (TAW, 1997), es decir, tasas de erosión no admisibles para la estabilidad de las márgenes a corto plazo. Por lo tanto, puede concluirse que en las tres alternativas planteadas, será necesario implementar otro tipo de protecciones de márgenes, a lo largo de toda la traza, para absorber la energía erosiva del patrón de ondas generadas por el tránsito continuo de los convoyes. En este sentido, se ha planteado la protección de piel mediante colchonetas tipo Flexmat®. ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE ALTERNATIVAS DE PROYECTO Paralelamente, se realizó un análisis de la viabilidad operativa de cada alternativa de proyecto, utilizando un modelo de flujo de tránsito lineal uniforme. Se plantearon 2 escenarios asociados a cada Alternativa, el Escenario 1 considera la instalación de 4 puertos de carga (puertos interiores) y el Escenario 2 considera tres puertos de carga, excluyendo el tramo VM-RT y previendo infraestructura de esclusas con cámara simple y con doble cámara en paralelo. De esta manera, se determinó la flota de barcazas y remolcadores necesaria para transportar la carga anual estimada. Del conjunto de las tres alternativas (A, B y C) y los dos escenarios (E1 y E2) quedaron determinados seis casos de análisis: AE1, BE1, CE1, AE2, BE2 y CE2. Del análisis se concluye que la Alternativa C no es operativamente viable para ninguno de los dos escenarios y, por lo tanto, los casos CE1 y CE2 deben descartarse. En estos dos casos el conflicto operativo surge como consecuencia del número de cruces de los convoyes en la vía navegable de un solo carril. Los restantes cuatro casos; AE1, BE1, AE2 y BE2; son operativamente viables, con la condición del empleo de esclusas de doble cámara en paralelo en todos los tramos de sectorización de la vía fluvial. Se realizó el cómputo métrico para cada alternativa según los rubros de obra contemplados y considerando el Escenario 1 y el Escenario 2. A partir de los valores que surgen de los cómputos métricos de las obras establecidas en el prediseño y de precios indicativos utilizados en la actualidad en proyectos de obras hidráulicas, se realizó la estimación de costos. De tal estimación surge que los rubros predominantes en el costo inicial de la obra son: (a) excavación para adecuación de cauce existente y excavación para apertura de nuevo cauce; (b) hormigón armado insumido por todas las obras hidráulicas componentes de presas de navegación y esclusas y (c) protección de márgenes. Preliminarmente puede señalarse que estos tres ítems globalizan alrededor del 80% del costo de la obra. Se realizó, además, el análisis económico correspondiente a cada uno de los casos, descartando obviamente el CE1 y el CE2, ambos operativamente inviables. Para la evaluación se realizó un análisis costo-beneficio (FCEIA, 2012). Los egresos que se consideraron contemplaron la inversión inicial en obras y los costos operativos y de mantenimiento de la infraestructura fija y del equipo de transporte a lo largo del horizonte de evaluación estipulado en 30 años. Los beneficios que se han atribuido a la implementación del proyecto son: reducción de costos de transporte por tonelada, disminución de los costos de mantenimiento de rutas, disminución del número de accidentes, liberación de recursos (ahorros) asociados al combustible (gas oil) no consumido, incorporación del plusvalor generado en las propiedades cercanas al proyecto. Sobre la base de los indicadores de la evaluación económica surge que deberían rechazarse, por no ser económicamente viables, los casos AE1 (Alternativa Aprovechamiento del Río Carcarañá–Tercero como Vía Fluvial Navegable. Parte I: Diseño del Sistema de Transporte y de la Vía Fluvial 68 A Escenario 1: 4 puertos y dos carriles de circulación, ancho de 40 m) y BE1 (Alternativa B Escenario 1: 4 puertos y dos carriles de circulación, ancho de 50 m). Es decir, se puede concluir que los casos técnica, operativa y económicamente viables son el AE2 y el BE2, o sea, Alternativas A y B con 3 puertos de carga interiores. A los efectos de estudiar, en instancias posteriores, la factibilidad ambiental, se redactaron los términos de referencia para la realización de un estudio de impacto ambiental integral del proyecto de la vía fluvial (FCEIA, 2012). CONCLUSIONES La vía fluvial y el sistema de transporte se predise- ñaron adoptando como criterio básico el de producir la menor intervención inicial sobre el sistema fluvial actual. No obstante, las actuales condiciones morfológicas del río y las características hidrológicas del sistema hidrográfico (perenne de alta irregularidad), conjuntamente con los requerimientos de profundidades náuticas mínimas, secciones transversales mínimas del cauce, radios de curva, etc.; ponen en evidencia que el río no puede ser aprovechado como vía fluvial comercialmente navegable con convoyes de barcazas en el estado actual. Por lo tanto, de los estudios realizados se concluye que, a los efectos de asegurar la factibilidad técnica de la navegabilidad de la vía fluvial, será necesario realizar intervenciones a lo largo de todo el cauce actual, tales como corte de meandros, aumento de radios de curva, apertura de nuevos cauces para bypass de ciudades, adecuación de secciones transversales, implementación de protección de márgenes, sustitución y adecuación de puentes, implementación de sistemas de presas y esclusas en serie para elevación de niveles hidrométricos, construcción de puertos de carga interiores y puerto de transferencia en el río Paraná. El sistema de presas en serie permitirá la navegabilidad del río todos los días del año, excepto en tramos donde el caudal supere valores de 500 m³/s. Este valor de caudal, de acuerdo con la curva de duración de caudales existente, presenta un tiempo de excedencia menor del 1% en el tramo PG-CA. Además, independientemente de la alternativa de obra considerada, en cada tramo y en ciertos períodos, la navegación podrá realizarse sin necesidad de elevación de niveles por parte de las presas de navegación; en función de la permanencia de caudales por encima de ciertos umbrales. Por ejemplo, en el caso del tramo PG-CA se podrá garantizar la navegabilidad sin necesidad de elevación de niveles cuando existan caudales superiores a los 66 m3 /s (Alternativa A) y 82 m³/s (Alternativa B), por otro lado, la curva de duración de caudales de Andino indica que estos valores de caudal presentan un tiempo de excedencia de 146 días al año y 106 días al año respectivamente, generalmente en el período noviembre-abril. Debe hacerse especial referencia al déficit de la información hidráulica y sedimentológica disponible a lo largo del río. Solo la Estación Andino dispone de registros de niveles hidrométricos diarios con continuidad histórica, aforos de caudales y composición de serie de caudales a partir de niveles y relación H-Q. Si bien existe una serie de estaciones de medición a lo largo del río, los registros recopilados son incompletos, discontinuados e inconsistentes. Por lo tanto, se recomienda la implementación de estaciones de medición de niveles, construcción de curvas H-Q controladas sistemáticamente y medición de transporte de sedimentos en suspensión, como mínimo, en correspondencia de las estaciones antiguas actualmente desactivadas, es decir, Cruz Alta, Bell Ville, Villa María y Piedras Moras. Se recomienda continuar con el análisis de la propuesta, realizando en primer lugar el estudio de impacto ambiental de aquellos casos que resultaron técnica, operativa y económicamente viables. En instancias posteriores, y teniendo en cuenta los resultados del estudio de impacto ambiental, se recomienda profundizar el estudio técnico a nivel de anteproyecto. AGRADECIMIENTOS El presente trabajo se realizó en el marco del Convenio Específico Nº 4496, celebrado entre el Ministerio de Aguas, Servicios Públicos y Medio Ambiente de la Provincia de Santa Fe y la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura-UNR. REFERENCIAS Basile, P. A. 2004. Transporte de Sedimentos a Distintas Escalas Temporales. XXI Congreso Latinoamericano de Hidráulica. IAHR División Latinoamérica. San Pablo, Brasil, CD-Rom T1-T10. CUADERNOS del CURIHAM, Vol. 19, Año 2013 69 Chen, C. 1975. Design of Sediment Retention Basins. Proceedings, National Symposium on Urban Hydrology and Sediment Control. Julio, 1975, Lexington, KY, University of Kentucky, 285-298. Drago, E. y Depetris, P. J. 1974. Erosión en la Cuenca Imbrífera y Sedimentación en el Embalse de Río Tercero (Córdoba, Argentina). Revista de la Asociación Geológica Argentina. XXIX (4), pp. 470-478. FCEIA. 2012. Estudio de Prefactibilidad para el Aprovechamiento del Río Carcarañá como Ruta Fluvial Navegable. Informe final. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (FCEIA) - UNR. García, P. A. 1836. Memoria sobre la Navegación del Tercero y otros Ríos que Confluyen al Paraná. 1ª Ed., Bs. As., Imprenta del Estado. Huergo, L. A. 1890. Canal de Navegación de Córdoba al Río Paraná. Publicación Oficial. Imprenta Biedma, 201 p. Knight, S. K. 1999. Wave-Height Predictive Techniques for Commercial Tows on the Upper Mississippi River – Illinois Waterway System. ENV Report 15, U.S. Army Engineer Research and Development Center, Waterways Experiment Station, Vicksburg (MS). TAW. 1997. Erosion Resistance of Grassland as Dike Covering. Technical Advisory Committee for Flood Defense in the Netherlands, Delft, Version 26, November 1997. USACE. 1980. Layout and Design of Shallow-Draft Waterways. Engineer Manual 1110-2-1611. U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC. USACE. 1995a. Hydraulic Design of Navigation Locks. Engineer Manual 1110-2-1604. U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC. USACE. 1995b. Planning and Design of Navigation Dams. Engineer Manual 1110-2-2607. U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC 20314-1000. USACE. 1995c. Planning and Design of Navigation Locks. Engineer Manual 1110-2-2602. U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC 20314-1000. USACE. 2001. Dimensioning Protected Interior Channels. Unified Facilities Criteria (UFC), Military Harbors and Coastal Facilities, UFC 4-150-06. USACE. 2003. Navigation Projects. Chapter 5, Engineer Manual 1110-2-1100. U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC 20314-1000. USACE. 2006. Ship Squat Predictions for Ship/Tow Simulator. ERDC/CHL CHETN-I-72. U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC. Artículo recibido el 06/2013 y aprobado para su publicación el 09/2013.