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Ricardo Schmalbach R

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Ricardo Schmalbach tiene como vocación el cuidado del ambiente, buscando siempre soluciones creativas e innovadoras, comprometidas con una ambiente sano. Es un Biólogo Marino con 24 años de experiencia en el control de erosión en costas y riberas. Preocupado por motivar a la acción para preservar el ambiente informa en esta página sobre los estudios y preocupaciones de los asociados a IECAIberoamerica

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Hidroituango en Colombia, presión y normas

Publicado en Noticias

REFLEXION SOBRE HIDROITUANGO, SPACE, CHIRAJARA Y VELEZ

autor : Jaime Suarez

Los problemas que se están presentando en las obras de ingeniería ocurren por alguna

causa. En ocasiones no detectamos la anomalía hasta después de que ocurre la falla, y a

veces vemos el problema y no le damos importancia.

En Space aprendimos que había irregularidades y falta de control en los cálculos

estructurales y nació la ley Anti‐Space, con buenas intenciones pero incompleta. Por

ejemplo: Quien revisa que el estudio geotécnico es el correcto?

En presas y otras obras hidráulicas no hay reglamentación de la parte técnica en Colombia

y el diseñador o el desarrollador imponen sus propios criterios. Quién revisa la parte técnica

de estos proyectos? El Anla?. Realmente nadie los revisa y los proyectos se construyen con

los errores incluidos y es la naturaleza misma, la encargada de indicarnos que estábamos

mal, cuando ya es tarde para corregir. Adicionalmente algunas empresas son

“técnicamente prepotentes” y si algún profesional hace una observación de que algo no

está correcto se vienen lanza en ristre contra quien tuvo el valor de conceptuar. Conozco

el caso de un proyecto hidroeléctrico en el cual el geólogo del proyecto indicó que había

una falla geológica activa junto a la presa y el resultado fue que este profesional fue retirado

del proyecto, con el argumento de que no podían tener enemigos adentro del proyecto.

Hoy después de varios años de construida la presa observamos que esta falla sí existía y le

corresponde a Dios protegernos para que no ocurra nada grave.

Las interventorías de los diseños (cuando existe interventoría técnica del diseño) en muchos

casos no revisan o no tienen el poder para revisar y modificar la parte técnica. Todo

proyecto y en especial los proyectos de alto riesgo deberían tener revisores técnicos que

sean co‐responsables con los diseñadores. Por ejemplo, en Chile los revisores deben

responder por la calidad técnica de los proyectos.

La geología y la geotecnia del relieve Colombiano son muy complejas y muchas veces

construimos sin tener la información completa, o conocemos los riesgos y nos le medimos

a “que no va a pasar nada”.

En el caso de Hidro‐ituango los efectos de la falla de Romeral y los deslizamientos, los cuales

habían sido alertados por reconocidos geotecnistas, se tuvieron en cuenta para el diseño y

construcción de los túneles?. Por qué en Medellín se permitió construir el edificio Space

sobre una quebrada?. En Velez construimos una presa sobre unas cavernas de grandes

proporciones y nadie sabía. En Chirajara, se insiste en recimentar la pilona que falló sobre

un mono‐caisson anclado a un coluvión inestable.

Los ingenieros colombianos debemos aprovechar estas catástrofes para reflexionar y

corregir el rumbo. Debemos aprender de nuestros errores.

Ingeniero Jaime Suárez Díaz

EL SALVADOR

Autor: Oscar Alfredo Rivas Cerna

 

RESUMEN DEL TRABAJO

Metapán es un municipio de Santa Ana, El Salvador, ubicado al occidente del país. Es conocido como “La Ciudad Blanca” debido a que es el municipio del país en el cual se encuentra el mayor banco de caliza y otras rocas sedimentarias, motivo por el cual en él se encuentran las canteras de las cuales se extrae la materia prima para la producción en dos diferentes plantas, del cemento comercializado en todo el país.

La topografía de la zona se clasifica como terreno montañoso, presentando pendientes del terreno natural superiores al 70%. En la cantera El Colorado, como medida de protección de las vías por las que circulan los camiones que transportan el material extraído y, principalmente, de la integridad de las personas que se conducen a bordo de estos, se propuso un sistema contra la caída de rocas y control superficial de la erosión de los taludes.

El sistema instalado se compone fundamentalmente de una matriz de anclajes primarios y secundarios que sirven para sujetar una malla de doble torsión de Alta Resistencia a la tracción. La malla hexagonal de doble torsión se colocó directamente sobre el terreno en taludes, para contrarrestar la caída de rocas y/o para la regularización de la superficie. Con este sistema se espera darle estabilidad superficial al talud y que la caída de los bloques de piedra sea controlada y que estos no lleguen a la vía, y, al mismo tiempo, contribuir contra la erosión del talud.

 

PALABRAS CLAVE: CONTROL DE CAÍDA DE ROCAS, CONTROL DE EROSION EN TALUDES ROCOSOS.

1. INTRODUCCIÓN

Para el diseño de las obras de control de la erosión en un talud debe realizarse un análisis muy completo de las condiciones geológicas, geotécnicas, hidrológicas y ambientales que permitan tener un conocimiento completo del comportamiento del talud después de construido.

A diferencia de los suelos, la estructura que presentan las rocas es complicada, ya que bajo su apariencia sólida y homogénea se esconden asintropías originadas por grietas, planos de fractura o estratificación, diaclasas o plegamientos que hacen que su comportamiento mecánico no sea el esperado a primera vista.

Los taludes naturales o los excavados en roca están sujetos de forma permanente a procesos de inestabilidad, provocados por agentes erosivos.

Una de las principales causas de los problemas en los taludes es la presencia del agua de la lluvia, la escorrentía y el agua subterránea, por lo tanto el manejo de las aguas es muy importante desde el inicio de la construcción. Pare evitar estos problemas, en ocasiones se requieren obras con materiales no orgánicos para complementar la protección con vegetación.

A continuación se presenta el caso de la cantera El Colorado, ubicada en el cantón Tecomapa del municipio de Metapán. Esta cantera es una de las cuales se extrae caliza y otras rocas sedimentarias para la producción del cemento que se distribuye en todo El Salvador. La materia extraída desde las canteras es transportada hacia la planta El Ronco; ahí es procesada y se produce el cemento. Esta es una gran fuente de empleo para la zona y para todo el territorio nacional. Para proteger la integridad de la circulación de las personas que transportan el material extraído se propuso un sistema contra la erosión y desprendimiento de rocas en taludes rocosos.

2. GENERALIDADES DEL PROYECTO

Actualmente Metapán es una ciudad con alto desarrollo comercial, debido a sus minas de piedra caliza utilizadas para producir cemento, a su límite con la frontera guatemalteca y a ser una de las ciudades con alto componente industrial.

La obra se localiza en la Cantera El Colorado, cantón Tecomapa, desvío La Joya. Esta cantera es una de las que alimenta a la planta El Ronco, en la cual se producen 1.7 millones de toneladas de cemento al año.

Debido a la topografía montañosa de la zona, a lo largo de las vías por las que se conducen los vehículos pesados encargado del transporte del material extraído, se encuentran taludes en corte que presentan pendientes elevadas y material rocoso susceptible a caída o desprendimientos superficiales de fragmentos rocosos que se hallan en equilibrio inestable. El detonante de estos desprendimientos tiene origen muy variado, y va desde la erosión del material rocoso hasta pequeñas perturbaciones sísmicas (que pueden ser generadas por el paso de vehículos pesados).

3. SOLUCIÓN ESCOGIDA

 

En parte de la vialidad el problema de estabilidad se presenta en los taludes naturales en cortes existentes (ver fig.1), y que son afectados en mayor o menor grado por el proyecto. Consecuentemente surge la importancia de alcanzar un adecuado conocimiento de la naturaleza y características de las formaciones geológicas, las propiedades de resistencia al corte de los macizos y de los mecanismos que eventualmente pueden conducir al fenómeno de inestabilidad de taludes y que permita definir el tipo de obras de estabilización necesarias, con base en los respectivos análisis de estabilidad.

Los taludes existentes, identificados a lo largo de toda la vialidad están conformado por roca basáltica y roca del tipo ignimbrita con grado de intemperismo variable entre W1 a W3. La otra formación geológica observada en la ruta son rocas ignimbritas ácidas con alteración hidrotermal poco meteorizadas.

Para los tramos de taludes donde se interceptan rocas basálticas, se detectó un estrato superficial de suelo residual del tipo SC, CL, SM y MH de un espesor variable entre 1.0 a 3.0 metros. Subyacente a este estrato se localiza el manto rocoso. Dada la altura de los cortes proyectados, la incidencia de esta capa en la estabilidad global del talud es despreciable.

A lo largo de toda la ruta, se detectaron macizos rocosos con un considerable grado de fracturas (Ver figura 2), los cuales dejan expuesto un plano potencial de susceptible a desprendimientos de roca, por lo que deberían ser protegidos.

 

Las mallas de doble torsión se utilizaron para controlar los desprendimientos superficiales en los taludes, y se fijan mediante anclajes de 1m en la superficie y en la cabecera del talud y permiten una gran resistencia a la rotura.

 

La malla tendida, es una solución que conduce la caída de material, más que detenerla. Las piedras se deslizan de forma controlada entre el talud y la malla, permaneciendo, de este modo, depositadas en la cuneta sin llegar a la calzada o a la vía.

Los trabajos de instalación de cualquier tipo de malla metálica se llevan a cabo bajo las medidas de seguridad más estrictas y siempre por parte de equipos de operarios especializados en trabajos verticales.

 

 

 

 

4. DESCRIPCIÓN DE LOS TRABAJOS

El sistema propuesto consiste de una malla de alta resistencia para la estabilización superficial de capas de suelo o roca, combinada con anclaje, que sustituye la colocación de concreto lanzado.

Las perforaciones para los anclajes se realizaron con martillos neumáticos, equipados con brocas de 1.0m de longitud y un diámetro de 2”, las cuales se rellenaron con una lechada de arena-cemento colocando una barra de acero de 1” de diámetro.

Adicionalmente la malla doble torsión sobre los taludes, se ancló mediante un sistema de fijación “placa y tuercas” a los anclajes. Las siguientes figuras continuación se muestran los detalles representativos correspondientes al diseño final de la protección.

 

La malla con anclaje adapta perfectamente a la topografía del terreno y permite su vegetación natural o artificial, para que visualmente no cause un gran impacto. La malla es peso reducido (175 kg por cada 105 m2), resistente a la corrosión (cuatro veces más que el galvanizado), permite el drenaje natural del talud, y es de fácil instalación. La idea es obtener un sistema moderno que sobresalga de los sistemas de mallas convencionales y del concreto lanzado.

La malla de alta resistencia se fabricada con alambres de 2.7 mm de diámetro, entrelazados entre sí (doble torsión), para formar rombos de 80 por 100 mm con un diámetro libre interior en cada rombo de 80 mm.

5. MATERIALES

A. Cable de acero perimetral

Es cable galvanizado 16 mm de diámetro que se utiliza para reforzar todo el perímetro del área donde fue colocada la malla de alta resistencia. Cable con revestimiento de zinc( UNI EN 10264-2, DIN 3060, UNI ISO 2408), Tipo 6x19(DIN 3060, UNI ISO 2408),Tensión nominal de rotura a la tracción1770.0 N/mm2, Carga mínima de rotura del cable de 40.3 kN

B. Alambre

 Malla hexagonal de doble torsión tipo 8x10

 B.2. Resistencia a la tracción: Todo el alambre utilizado en la fabricación de la red de alta resistencia y en las operaciones de amarre durante su instalación, debe ser de acero dulce recocido de acuerdo con las especificaciones NBR 8964, ASTM A641M-98 y NB 709-00,esto es, el alambre deberá tener una tensión de ruptura media de 380.0 a 480.0 N/mm².

 B.3. Revestimiento del alambre: Todo el alambre utilizado en la fabricación de la red de alta resistencia y en las operaciones de amarre durante su instalación, debe ser revestido con aleación zinc- 5% aluminio (Zn 5 Al 95 MM) de acuerdo con las especificaciones de la ASTM A856M-03, clase 80, esto es: la cantidad mínima de revestimiento Galfan en la superficie de los alambres es de 244.0 g/m².

 Elongación: La elongación no deberá ser menor que 12%, de acuerdo con las especificaciones de la NBR 8964 y de la ASTM A641M-98. Los ensayos deben ser hechos antes de la fabricación de la red, sobre una muestra de alambre de 30 cm de largo.

 Adherencia del revestimiento: El revestimiento Galfan® debe adherir al alambre de tal forma que, después del alambre haber sido enrollado 15 veces por minuto alrededor de un mandril, cuyo diámetro sea igual a 3 veces el del alambre, no pueda ser escamado o quebrado o removido con el pasar del dedo, de acuerdo con la especificación de la ASTM A641M-98. Los ensayos deben ser hechos antes de la fabricación de la red.

 Diámetro: El diámetro del alambre a ser utilizado en la fabricación de la malla debe ser de 3.0 mm y de 3.9 mm para el borde superior, que debe ser enrollado mecánicamente.

 Tolerancia: Se admite una tolerancia en el diámetro del alambre de ± 2,5%.

C. Placas de anclaje

Son de forma cuadrada con acero laminado, y con barreno central de 40 mm de diámetro. Son fabricadas especialmente para ser instaladas con la malla de alta resistencia. Las placas deberán tener unas dimensiones mínimas de 130x130 mm y un espesor de 7 mm

D. Ganchos de sujeción

Son elementos metálicos que se utilizan para la unión vertical y horizontal entre paneles de malla, y para la unión del cable perimetral con la malla. Son galvanizados en caliente, y tienen un diámetro de 6 mm. Alternativamente podrá utilizarse alambre galvanizado de un diámetro de 2.2 mm según lo indican los planos.

E. Clips de de sujeción

Elementos metálicos que se utilizan para el amarre en los dobleces de los cables perimetrales de refuerzo.

 

6. EQUIPO Y HERRAMIENTAS

A. Máquina perforadora autopropulsada (normalmente son máquinas propulsadas con aire a presión), el diámetro de la perforación deberá ser al menos 1,5 veces el diámetro de el ancla cuando no se requiera de protección anticorrosivo del ancla. Cuando sea requerido instalar el ancla con protección anticorrosivo, está será mediante manguera corrugada, por lo cual, el barreno normalmente es de 4‖ de diámetro.

B. Bomba de inyección de mortero.

C. Cizallas para cortar los alambres de la malla.

D. Caja de herramientas con juego de llaves

E. Llave de torque de 350 libras-pie con dado del tamaño de las tuercas de las anclas.

F. Pinzas graduables para apretar los ganchos de sujeción de paneles de malla.

G. Tráctel, para tensar el cable perimetral.

H. Herramientas complementarias para el funcionamiento de las mencionadas anteriormente.

 

 

 

7. CONSTRUCCIÓN DE PROTECCIÓN

A. Preparación del terreno

El terreno debe ser debidamente preparado antes de colocar la malla en su lugar para lo cual se necesitó:

a. Limpieza del talud

b. Nivelación del talud

c. Recorte del talud

B. Replanteo

En esta parte deben marcarse los elementos listados a continuación con pintura o estacas, dependiendo del terreno y de las actividades de construcción.

a. Limites perimetrales

b. Esquinas

c. Anclajes, numerados

Durante el replanteo deben considerarse la distancia entre anclas que figuran en el proyecto y tratar de no superarla en lo posible.

 

D. Colocación de anclajes

Luego de la perforación se procedió a la colocación de las varias roscadas en cada agujero, a continuación los pasos:

a. Preparación de el ancla para ser colocada dentro del barrero (colocar centradores, mangueras de inyección, y posiblemente su protección contra la corrosión, etc).

b. Inyección de las anclas con mortero proporción 1:3.     

c. Asegurase de que quede suficiente juego de la rosca del ancla para tensar la malla.

d. Una vez que el mortero haya fraguado, podrán realizarse las pruebas de tensión de las anclas.

E. Colocación de la malla

Antes de colocar la malla se debe cortar las anclas que puedan obstaculizar la instalación.

Para la colocación de la malla debe de seguirse el siguiente proceso:

a. Colocar la malla de alta resistencia.

b. Conectar los paneles de malla con los ganchos de unión.

c. Colocar las placas y tuercas de las anclas temporalmente.

d. Fijar los cables perimetrales de refuerzo con los ganchos de unión y tensarlos hasta que no quede catearía alguna.

e. Una vez cubierta el área de estabilización, apretar las tuercas de las anclas hasta el torque indicado en el proyecto, normalmente el torque debe de ser de 200 a 250 pie-libra, para alcanzar una tensión del ancla ante 70 y 100 kN, esto, para anclas de 38 mm de diámetro.

 

 

F. Otras recomendaciones

a. Dependiendo el diámetro de las anclas será el torque aplicado.

b. En caso de requerir obras de drenaje sobre el área a cubrir con malla, es necesario ejecutarlas antes de colocar la malla de alta resistencia (por ejemplo, drenes).

c. La malla siempre debe colocarse en sentido longitudinal (desenrollarse en contrapendiente del talud, nunca debe instalarse a lo largo).

d. Los empalmes verticales entre paños de malla serán de 10 cm mínimo.

e. En las uniones horizontales entre mallas no es necesario considerar empalme, quedan a tope.

8. Obras finalizadas

Se colocaron sobre los taludes la malla doble torsión en un área de 11,800 m2 para lo que se requirió un aproximado de 2,900 perforaciones de 1.00mts de profundidad. La obra se ejecutó en un periodo de 3 meses.

 

 

 

9. CONCLUSIÓN

El tipo de solución para controlar la erosión superficial en un talud, depende principalmente del tipo de suelo y de la pendiente del talud. En el caso de que tengamos una combinación de Suelo con Roca es indispensable colocar un material que promueva el crecimiento natural de la vegetación en el suelo y que garantice una resistencia suficiente para que las rocas no se proyecten a la vía afectando la seguridad de la misma. Esta solución para el control de la erosión supone que los suelos a proteger serán Geotécnicamente estables.

10. BIBLIOGRAFÍA

 

 Maccaferri do Brasil Ltda. (2005). “Sistemas contra caídas de rocas”, Brasil

Autor: ING. CHRISTIAN SILVA       Hunt LNG Operating Company      PERU

 

1.- Presentación.

El gasoducto PERULNG, es un componente del proyecto de exportación de LNG del Perú que comprende una planta de licuefacción de gas natural, un puerto de embarque de LNG (gas natural liquidado) y un gasoducto que tiene una longitud de 408 Km y un diámetro de 34”; inicia su recorrido en Ayacucho, pasando por Huancavelica, Ica y finalmente Lima (en la planta de licuefacción de “Melchorita”)

Dicho gasoducto atraviesa una geografía impresiónate, nace en la ceja de selva del Perú, pasa por la cordillera de los Andes Sudamericanos y recorrer una franja costera, en esta franja costera el gasoducto pasa por un sector de DUNAS, las cuales son monitoreadas constantemente, dicho monitoreo arroja variaciones importantes que indican grandes volúmenes de arena en movimiento y por consiguiente pérdida de cobertura sobre el gasoducto. Debido a esto PERULNG ejecuta trabajos de control de erosión sobre el sector de Dunas (recuperación de cobertura sobre el gasoducto).

 

 

 

2. Objetivos.

2.1 Preservar las coberturas mínimas sobre el eje de la tubería de 34” de PERULNG.

Según el ASME 31.8 (norma para trasporte de Gas Natural) indica que la cobertura mínima para la clase 1 en el tramo que atraviesa las Dunas es de 610 mm

 

 

2.2 Evitar la exposición del ducto y el Cable de Fibra Óptica (FOC) de comunicaciones mediante trabajos de recuperación de cobertura sobre el gasoducto (Control de Erosión Eólica)

 

3. Marco Teórico.

 

3.1 Criterio de diseño.

Durante la ingeniería básica del diseño del gasoducto, se realizaron estudios de riesgo geotécnico, dicho estudio índico (entre otros riesgos) que en un tramo de la traza del gasoducto atraviesa un sector de DUNAS y que esto podría generar erosión eólica sobre el DDV y por consiguiente podría descubrir o destapar el gasoducto. Debido a esta condición, se determina instalar un sistema de monitoreo a lo largo de todo el sector de DUNAS, llamada “Sand Markers”.

 

3.2 Metodología

La metodología para el monitoreo del sector de dunas se basa en la instrumentación de dicho sector, en un programa de lecturas de la instrumentación en campo, análisis de las lecturas de campo, trabajos de recuperación de cobertura (si es requerido) y nuevamente lecturas de instrumentación en campo.

  

4. Antecedentes

Durante la epata constructiva del gasoducto se realiza un levantamiento topográfico más detallado del sector DUNAS y se determina instalar 61 Sand Markers a lo largo de 13 Km (KP 325 al KP 338) ver Anexo 1: Plano “3087-L-DT-100060 REV_0”

Es importante mencionar que el estudio de riesgo arrogo 5.2 km de Dunas de manera puntual, sin embargo durante el estudio definido se decidió instrumentar todo el tramo de manera continua es decir 13 Km.

El diseño de los Sand Markers se muestra a continuación.

 

 

5. Aspectos Metodológicos

 

5.1 Lecturas de Sand Markers

Durante la epata de operación del gasoducto se tiene un programa de monitoreo del sector de las Dunas atravesó de las lecturas de los Sand Markers, dichas lecturas se llevan a cabo dos (2) al año

 

5.2 Análisis de instrumentación

Una vez obtenida las lecturas de la instrumentación en campo, se procede al análisis y toma de decisión sobre si se requiere o no intervenir el sector de las dunas, para esto usamos dos herramientas:

5.2.1 Gráficos Comparativos

Se realizan gráficos comparativos tomando como base el año de inicio de operaciones del gasoducto (2010) y se superponen las lecturas anuales.

En el figura 7 se observa un decremento de coberturas en febrero de 2012 con respecto al año 2010 (tramo KP 325 al KP 331); debido a esto se programaron trabajos de incremento de coberturas (agosto 2012) lo cual se refleja en la misma figura.

 

5.2.2 Inspecciones In Situ

Durante la toma de datos de la instrumentación en campo, se realiza un recorrido sobre todo el sector de DUNAS y se realiza un registro detallado de las ocurrencias sobre el DDV, por ejemplo en marzo del 2011 en el KP 328+685 se registró la tubería de 34” de PERULNG expuesta por erosión eólica.

 

 

Estas dos herramientas son usadas en la toma de decisiones.

 

5.3 Recuperación de cobertura.

Una vez determina la necesidad de recuperar o incrementar la cobertura de suelo sobre en gasoducto se programan trabajos de recuperación de coberturas, en el PERU se conocen como “tapadas”. Durante los 6 años de operación del gasoducto se han realizado 4 intervenciones o compañas de incremento de coberturas.

El incremento de la cobertura se realiza mediante la creación de dunas artificiales sobre el eje del ducto, para lo cual se utiliza con un excavador de oruga.

 

5.3.1 Primera Campaña (Julio 2011): se incrementó la cobertura del gasoducto en 5 puntos, movilizando 6 030 m3 de arena sobre le DDV.

 

 

 

5.3.2 Segundo periodo (Agosto 2012): se incrementó la cobertura del gasoducto en 12 puntos, movilizando 18 687 m3 de arena sobre le DDV.

 

 

5.3.3 Tercer periodo (agosto - septiembre 2014): se incrementó la cobertura del gasoducto de manera preventiva de manera lineal, en gran parte del tramo, movilizando 3 169 m3 de arena sobre el DDV.

 5.3.4 Cuarto periodo (noviembre 2015): se incrementó la cobertura del gasoducto de maner preventiva de manera líneal, en gran parte del tramo, movilizando 2 458 m3 de arena sobre le DDV.                                                   

 

 

 

5.3.5 Ratios de remediación de erosión eólica:

A continuación se muestra los volúmenes de arena desplazado sobre el derecho de vía (DDV) de PERULNG, para la recuperación de las coberturas, así como los metros lineales remediados o intervenidos:

 

 

 

De la figura 16 se observa que los mayores volúmenes de arena pertenecen a los años en que la intervención al DDV fue correctiva (se intervino puntalmente el DDV) y los menores volúmenes de área pertenecen a dos últimos años en la que la intervención fue preventiva.

En forma inversa, cuando se realizan intervenciones correctivas los metros lineales del DDV son mucho menores a cuando se realizan intervenciones preventivas.

 

6. Bibliografía.

 Procedimiento: “COLP-PLO-MNT-PRC-00041_Mantenimineto de tapada en campo abierto”

 Estudio de riesgo geotécnico elaborado por BGC año 2006.

 ASME 31.8

7. Aporte de la investigación en la toma de decisiones.

 Es necesario el monitoreo de los DDV de los pipelines (Oil &Gas) cuando estos estén instalados en sectores de dunas, como ya hemos visto la erosión eólica es capaz de descubrir las tuberías y sus accesorios.

 Para decir la intervención en el sector de las Dunas, no solo basta las lecturas de los Sand Markres sino que se debe hacer una inspección detallada del tramo, se sugiere realizar dos (2) veces por año la lectura de la instrumentación y una vez por año la inspección detallada del tramo.

 

 Del punto 5.3.5 claramente se observa que la intervención preventiva conlleva a intervenir mayores metros lineales y poco volumen de arena, este escenario es el más eficiente ya que implica menores costos en los trabajos de remediación.

 

Autores: Ricardo Schiava - Edgardo Ávila

Universidad Nacional de Santiago del Estero; Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías; República Argentina

 

 

1.            UBICACIÓN.

El Sistema Hídrico Figueroa está ubicado en el Dpto. Figueroa, en la Provincia de Santiago del Estero, integrante de la región Noroeste de la República Argentina

 

2.            RESEÑA HISTÓRICA.

 El Sistema de Riego “Figueroa" tiene sus orígenes alrededor de 1940 como consecuencia del estímulo que se dio a las actividades agropecuarias sustentadas en la economía denominada de “bañados” que surge del aprovechamiento hídrico de los derrames del río Salado sobre áreas deprimidas aledañas a su cauce. Precisamente es el “Bañado Figueroa” el que da el nombre al Sistema. Fue desarrollado para optimizar el manejo de las áreas afectadas obteniendo beneficios importantes a partir de los fenómenos de inundaciones resultantes del irregular comportamiento hidrológico y de las condiciones hidrográficas del río Salado en esa zona.

                Las obras hidráulicas más importantes en el sistema son

         1)       El “Embalse denominado “km Cero”, para 7 hm3 de almacenamiento.

2)       El Canal Encauzador “Ingeniero Gini” (encauzaba el Bañado Figueroa), de 40 kilómetros de longitud, diseñado con una capacidad de conducción de 25 m3/seg.

3)       A partir del año 1957, comenzó la construcción del Dique Embalse “Figueroa”, de 55 hm3 de capacidad, con dominio para 10.000 has ubicadas en el Departamento homónimo y para otra ubicada en la zona Sur de la Provincia, con dos riegos asegurados al año.

                El auge de las actividades productivas se manifestó hasta el año 1982. Posteriormente, el grave deterioro de la infraestructura de abastecimiento de agua para riego y otros usos provocó el éxodo poblacional y la substancial reducción de la economía de producción de la región de influencia del río Salado aguas abajo del Embalse “Figueroa”, quedando postergado por más de 20 años el progreso de esa zona.

 3. SECUENCIA DE LOS FENÓMENOS DE DEGRADACION DEL SUBSISTEMA DE RIEGO “FIGUEROA”

         El franco deterioro del sistema de abastecimiento para regadío comenzó en la década del 80 del siglo anterior, con la activación de profundas cárcavas iniciadas por actividad antrópica, afectando de manera severa las conducciones, al punto de interrumpir la provisión normal de agua y de degradar el propio Sistema de Riego. La degradación se inició aproximadamente a los 63° 31´56” de Longitud Oeste y 27° 35´13” de Latitud Sur, llegando en la actualidad a los 63° 34´24” de Longitud Oeste y 27° 09´16” de Latitud Sur, comprendiendo unos 50 kilómetros de longitud de avance de los procesos erosivos en los últimos 33 años.

                                La secuencia cronológica de los fenómenos es la siguiente:

Año 1982:           El frente erosivo se manifiesta en el tramo comprendido entre las obras de arte ubicadas entre el km 34 y la obra de restitución al Río Salado ubicada en el km 40. La actividad del fenómeno se presentó con preponderancia en la dirección Norte encaminándose claramente hacia la Ruta Provincial N° 5 siguiendo las antiguas canalizaciones que se ejecutaron al inicio de la operación del Sistema de riego.

                Año 1983: Las cárcavas afectaron a la Ruta Provincial N° 5. El fenómeno afecta de manera substancial las dos alcantarillas de la Ruta Provincial N° 5 produciéndoles erosiones al pie del orden de los 7,00 m de profundidad.

                Años 1984-1985: En esos años se produjo el colapso de una de las alcantarillas y la Ruta Provincial N° 5 queda cortada. Al entrar la cárcava al “bañado”, se acelera nuevamente la erosión siguiendo rumbo Norte hasta interceptar el Canal Vecinal Margen Izquierda produciendo su captura y profundización de cauce, dejando fuera de servicio las 10.000 ha dominadas por él desde el lugar denominado “la Dársena”.  Comenzó a desactivarse el área de “bañados”.

 Años 1990 - 1994: Se hacen intentos de dotar de agua para distintos usos, mediante la ejecución de ataguías de cierre a los efectos de elevar el nivel de agua y reconectar el Canal Vecinal Margen Izquierda. Estas ataguías son destruidas año tras año al ser sobrepasados por la corriente evacuadas por el vertedero que en ese momento estaba fuera de servicio. Se pierde el control sobre el proceso erosivo; este se acentuó y agravó la situación. Los cauces se profundizan y los frentes erosivos avanzaron de manera sostenida.

                Años 1995 y 2004: A pesar de la continuidad de los procesos erosivos no se realizan obras correctivas para controlarlos.

                Años 2005-2008: Se estudia, proyecta y construye un puente canal para restablecer el riego a través del canal margen Izquierda. Este atraviesa la cárcava de 10,00 (diez) m de profundidad y de 50,00 (cincuenta) m de ancho de boca.

  

                Años 2008-2012: Las cárcavas no se encuentran fijas ni estacionarias, con continuo avance; presentan una forma dendrítica y convergente a un solo frente hacia aguas abajo.

Años 2012-2015: Se ejecutan obras de control de erosión consistente en terraplenes laterales y un salto hidráulico para frenar el avance de la erosión.

 Año tras año se produce un avance importantísimo de las mismas. El tipo de escurrimiento en manto, sumado a la dispersividad y colapso del suelo loessico, hacen que el material sea removido con velocidades máximas cercanas a los 0,60 m/seg.

 

4. PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LOS SUELOS

A los efectos de determinar las causas por las que se producen los fenómenos de carcavamiento en la zona, se detalla a continuación un resumen de los resultados de los estudios realizados a tal fin.

 

4.1. Caracterización de la zona.

Toda el área presenta un mismo ambiente geomorfológico, con una superficie con escasos desniveles topográficos y zonas con bajos anegables.  Esto determina la presencia de sedimentos en superficie muy homogéneos.

 

Textura: Los suelos superficiales son de textura fina, arcillas limosas, típicos loess de la planicie de Santiago, que corresponden a los grupos CL, CL-ML y ML con escasa presencia del tipo CH.

Contenido salino: El carbonato de calcio en los suelos en áreas deprimidas adquiere las mayores concentraciones, con valores hasta 3,5 %, producto del movimiento ascensional por capilaridad o descendente de las aguas superficiales, con la conformación del horizonte de acumulación o precipitación por fenómenos fisicoquímicos. El contenido salino expresado en porcentaje de sales totales, varia entre 0,50 % a 1,40 %.

Humedad: Los suelos presentan un amplio rango de humedades naturales, variando las mismas entre 15 % y 35 % como valores extremos mínimo y máximo.

Densidades: La densidad natural del suelo seco es muy baja varía entre 1,190 gr/cm3 y 1,364 gr/cm3.

Permeabilidad: Los ensayos de permeabilidad llevados a cabo en estos sedimentos porosos arrojaron valores comprendidos entres 1x10-4 y 1x10-6 cm/seg, correspondiendo estos valores a limo y arcillas estratificadas con contenido de arenas muy finas.

Parámetros físicos: La fracción que pasa tamiz 200 varía entre 77% a 86%, con límites líquidos entre 27 % y 42% e índice de plasticidad de 4,6 a 18. El ángulo de fricción interna Øuo y la cohesión Cu (Kg/cm2), del suelo superficial en estado de humedad natural

Colapsabilidad: ensayos doble edométricos sobre muestras inalteradas de calicatas se ejecutaron en condiciones de humedad natural y saturada. De la comparación del comportamiento deformacional y de sus respectivas presiones de fluencia, surge que presentan una alta susceptibilidad al colapso por lo que se califican de verdaderamente colapsables. En general son suelos macro porosos de baja densidad natural y elevada porosidad. Sus partículas son ligadas fisicoquímicamente por efecto de tensiones capilares, material cohesivo inter partícula y agentes cementantes como calcáreos y yeso. Cuando el suelo se humedece por encima de su humedad crítica los vínculos inter granulares desaparecen por disolución de sales y la estructura macroporosa colapsa con gran reducción de volumen (SCHIAVA et al., 2010).

 

4.2. CONSIDERACIONES FISICO QUIMICAS:

SHERARD et al. (1976) indican que algunas arcillas naturales se dispersan ante la presencia de agua relativamente pura, como la originada por precipitaciones. El fenómeno se genera debido a que el agua presente en los poros del suelo tiene una mayor concentración de cationes que el agua pura de lluvia. Cuando ésta última ingresa al suelo produce básicamente dos efectos:

Por un lado tiende a tomar cationes del agua de poro para reducir la diferencia de concentración, lo que genera un desequilibrio entre el complejo de adsorción de la partícula de arcilla y el agua de poro, produciéndose una transferencia de cationes desde la partícula hacia el agua de poro. El resultado es una descompensación eléctrica de la estructura química de la arcilla, aumentando la repulsión electrostática entre partículas.

Al mismo tiempo, los cationes que permanecen adheridos a la partícula de arcilla tienden a aumentar su esfera de solvatación por la disminución de la concentración de cationes en la solución. Esto aumenta la distancia entre partículas con la consecuente reducción de las fuerzas de atracción.

Ambos efectos producen la dispersión de las partículas de arcilla, tendiéndola al estado coloidal. En estas condiciones un gradiente hidráulico mínimo puede provocar erosiones considerables. La interacción química del agua que se almacena y/o percola a través del sedimento poroso permeable, produce fenómenos de defloculación, los cuales son causantes de la erosión acelerada. En el caso en estudio, la relación entre la concentración total de cationes  (Na+, K+, Ca+ Mg++) en el estrato de saturación y el porcentaje de sodio soluble (SHERARD et al,1975), la mayoría de los suelos en superficie son susceptibles a la erosión coloidal hasta una profundidad de 7,00 m. Es decir al contener sodio soluble en porcentajes mayores al 60 %, estos suelos al humectarse son dispersivos.       

Por otro lado, según la relación entre el Índice de Plasticidad y la fracción de arcilla en el suelo más fino que 0,002 mm (SKEMPTON, 1953), permite calificar a estos suelos como dispersivos en un gran porcentaje y con limos erosionables en porcentaje menor.

 

 

4.3. PERFIL GEOTECNICO

 

Geológicamente los suelos están compuestos por limos arcillosos y arcillas limosas de características colapsables, desde la superficie hasta aproximadamente los 7,00 metros de profundidad, a partir del cual se encuentran estratos de arcillas de mediana plasticidad, con la aparición de mantos de arenas finas limosas entre los 12,00 y 15,00 m y de los 18,00 a los 22,00 m. A partir de esa profundidad y hasta los 38,00 m se desarrollan arcillas de mediana plasticidad muy compactas. El nivel freático oscila entre los 8,00 y los 10 m de profundidad. (SCHIAVA et al, 2006)

 

En resumen, debido a acciones antrópicas ya sea por laboreo intensivo de la tierra con desmontes y por la construcción de infraestructura de canales y caminos, se ha removido la capa superior de suelo impermeable de la antigua zona de bañados del río Salado que evitaba la infiltración del agua hacia mantos subyacentes y mantenía el sistema en equilibrio. Por la posterior infiltración de agua de precipitación pluvial o bien de riego por inundación, hasta profundidades que afectan los estratos de suelos subyacentes de características loessicascolapsables, se produce inicialmente la falla y la posterior evolución como erosión retrógrada.

 

 5. ACCIÓN IMPLEMENTADA PARA LA RECUPERACIÓN DEL SISTEMA PRODUCTIVO Y PROVISIÓN DE AGUA PARA DISTINTOS USOS.

             

Ante el reclamo de la población rural afectada, se decide ejecutar una obra que permita disponer de los caudales suficientes para el abastecimiento de agua atravesando una cárcava de 50,00 m de ancho por 10,00 m de profundidad. De esta manera se diseña y ejecuta una obra trascendental dentro del Sistema Hídrico Figueroa, como es la construcción de un puente canal de 80,00 m de longitud, cimentado con pilotes a 24,00 m de profundidad. También fue construido un canal revestido en hormigón simple de 10 cm de espesor, de 8 km de extensión, previa   pre saturación del suelo y posterior compactación del mismo.

                           

6.  ACCIÓN IMPLEMENTADA PARA LA FIJACION DE LAS CARCAVAS

 

Al ejecutarse la obra de la restauración del Dique Figueroa, con la construcción de un nuevo vertedero de excedencias a un nivel de fundación tal que podría llegar a ser afectado por las erosiones retrocedentes se diseño y ejecuto una obra de control de erosiones en la cabecera de las cárcavas que tiene un ancho y cauce definido, a los efectos de “ahogar” (inundar) las mismas y evitar de esa manera su propagación y/o avance hacia aguas arriba. Completa el sistema de fijación terraplenes laterales y frontales para conformar una superficie anegada y evitar de esa manera la formación de saltos con agua proveniente del nuevo vertedero de crecientes del remodelado Dique Figueroa, en el que se unifican los diques “El Cero” y “Figueroa” respectivamente, conformando un solo dique de almacenamiento y control de crecientes.

 

 La obra de control se ubico a 14 km del vertedero y consistió en un salto escalonado materializado con geotubos rellenos mediante refulado cubierto por una arena seca y sobre ella una geomanta cubierta de bloques de hormigón, asegurado cada uno   mediante cuatro pines. Esta obra se destruyó a pocas horas de su puesta en funcionamiento (Octubre de 2012), posiblemente debido al gradiente existente entre el nivel de entrada y salida que erosiono la base de los geotubos, produciendo el colapso del suelo y descalce, descenso de los geotubos con el desgarramiento de los mismos y de la geomanta con bloques, inutilizando completamente esta obra.

 

 

 Posteriormente se decide la ejecución de otra obra de control materializando el salto con tablestacas metálicas con el fin de lograr su implante a mayor profundidad de 8,50 m y muros laterales de gaviones caja, asentados sobre un geotextil a los efectos de evitar el arrastre de los suelos.

Ante las crecientes del año 2014 se hace la prueba hidráulica y se observa el descenso de los muros laterales de gaviones y el arrastre de las tablestacas conjuntamente con el cabezal de unión entre ellas. Esto fue debido a que el agua tomo contacto con el suelo detrás de los gaviones, produciendo un escurrimiento preferencial, arrastrando el suelo y descalzando los muros de gaviones caja. Este fenómeno se produjo solamente en los laterales de la obra.

 

Se procede a la reparación de esta obra mediante la ejecución de muros laterales de hormigón armado a los efectos de evitar el contacto del agua con el suelo, la demolición y posterior ejecución del cabezal de las tablestacas. Ante los caudales erogados a través del vertedero del Dique Figueroa en marzo de 2015, no se observó problema alguno luego de su puesta en funcionamiento.

 

 

7.            CONCLUSIONES:

1)          Los hechos ocurridos, relacionados con la degradación del Sistema Figueroa, muestra cuan activos son los fenómenos erosivos propios de las cárcavas.

2)          La forma en que se presentaron dejó escaso margen para las acciones correctivas destinadas a la preservación de los asentamientos humanos y las áreas productivas.

3)          Los análisis y ensayos efectuados en los suelos loessicos, determinan su peligrosidad por producción de fenómenos de dispersividad de tipo fisicoquímico y colapso con el consiguiente progreso del fenómeno de erosión retrograda afectando a todo el manto de loess por el arrastre de las partículas al generarse cascadas durante el escurrimiento, hasta su asiento en el estrato arenoso. El fenómeno de erosión retrocedente en estudio avanza de manera errática e impredecible formando cárcavas con un ancho variable de 50,00 a 70,00 m y una profundidad máxima aproximada de 10 m a 12 m.

4)          No queda duda que la reactivación de la zona requirió la intervención oficial para ordenar el Sistema a partir de la aplicación de un programa que involucró la participación de técnicos, economistas, ambientalistas y juristas, bajo una clara orientación técnico, económica, ambiental y política hacia el bien común tendiente a revertir la situación y restablecer la producción de la zona afectada.

5)          Con el paso del tiempo se verificará si las hipótesis adoptadas en los proyectos para la ejecución de las obras de control de erosiones han sido las correctas.

 

8.            BIBLIOGRAFÍA:

 

  1. LUCIO T.E.; SCHIAVA R, GUIMARD F. “Estudio de Suelos para canal derivador en Km 21”. Recursos Hídricos Santiago del Estero. 2006.
  2. PROYECTO DE PUENTE CANAL, Jefatura de Estudios y Proyectos de la Administración Provincial de Recursos Hídricos, Provincia de Santiago del Estero. 2006.
  3. ROLDAN A. A. Proyecto de Reconstrucción Integral del Sistema Figueroa. C.F.I. Consejo Federal de Inversiones de la República Argentina. 2007
  4. Schiava, R., Lucio T.E., Schiava R.A. “Loess colapsables del noroeste de Argentina. Correlación entre el módulo de deformación y valores del ensayo SPT”. XX Congreso Argentino de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. 537-544. 2010.
  5. SCHIAVA R, LUCIO T.E., GUIMARD F. “Estudio de Suelos en Puente Canal”. Recursos Hídricos Santiago del Estero. 2006
  6. SHERARD, J.L; DUNNINGAN, L.P.; DECKER, R.S; STEELE, E. “Pinhole Test for Identifying Dispersive Soils. Proceedings”.  American Society for Civil Engineers, Vol. 102. N° GT8, Aug. 1975.
  7. SKEMPTON, A W, “The colloidal activity of clays”. III Congr. Int. Mec. Suelos. Zurich, 1,369-377. 1953

 

 

 

 

 

 

 

1 INTRODUCCIÓN

Debido a acuerdos realizados entre la Alcaldía Municipal de Porto Alegre y la empresa WMS Supermercados do Brasil, esta última tendría la responsabilidad de realizar obras de mejoramiento al entorno de su establecimiento, situado en la Avenida Sertório, 6600, barrio Sarandi, Porto Alegre - RS. Para tal efecto, fue contratada la empresa Pedraccon – Mineração e Pavimentação para la ejecución de las obras y, específicamente para el segmento en mención, la empresa EAT – Engenharia e Consultoria Ltda fue contratada para realizar el proyecto de canalización del arroyo Passo da Mangueira.

Algunos desafíos de esta obra fueron, garantizar la estabilidad geotécnica de las márgenes del canal y estabilizar hidráulicamente parte del perímetro mojado de la sección frente a los esfuerzos de arrastre oriundos de la escorrentía. Con base en los desafíos presentados, se realizaron estudios geotécnicos de las márgenes que permitieron definir colchões Reno® con revestimiento en mortero en la base y parte inferior del talud, y Geomantas MacMat 16.1 (Maccaferri de Brasil) en el trecho superior del talud  

1.1 Caracterización del lugar de la intervención

 

A lo largo del trecho donde fue realizada la intervención, fue posible observar que el suelo local era heterogéneo y compuesto, de modo general, por una capa de relleno areno-limoso y una capa de arcilla arenosa subyacente (Figura 2).


La capa de arcilla presentaba grietas de desecación e inestabilidad localizada. Por otro lado, el talud de la camada de relleno sufría un proceso erosivo en su base, hecho que podría dar inicio a una ruptura global  

1.2 Análisis de estabilidad geotécnica

El primer paso fue la verificación de la estabilidad geotécnica de los taludes con el objetivo de evaluar si la solicitud de SMAM sería viable. Para eso, los parámetros de los suelos fueron adoptados a través de una correlación realizada con ensayos de sondeo a percusión ejecutados en el lugar.

 

El factor de seguridad adoptado para una sección sometida a la acción del nivel freático fue de 1,3 y para una sección libre de la acción del nivel freático fue de 1,5. Después, el modelamiento de la sección del canal fue realizado con un análisis de los taludes por medio del software de ingeniería geotécnica SLIDE 6 – Rocscience (Figura 4).

 

1.2 Determinación del revestimiento

A partir de la hipótesis que el talud del canal a ser ejecutado se encontraba geotécnicamente estable, fue necesario realizar las verificaciones hidráulicas del mismo.

La sección del canal adoptado fue la trapezoidal, con base de 7 metros y taludes 1:1,25 estabilizados. Los parámetros para proyecto fueron obtenidos a partir del PDDrU - Plan Director de Drenaje Urbano, cuenca de los arroios Passo das Pedras y Mangueira, de 2002, desarrollado por el IPH para la Alcaldía de Porto Alegre.

 

Los criterios de dimensionamiento y selección de la solución más adecuada consideran, en general, los parámetros velocidad y esfuerzo de arrastre.

Siendo que el suelo predominante posee una velocidad admisible de 0,50 m/s y la velocidad actuante es de 2,38 m/s, se pone en evidencia la necesidad de protegerlo superficialmente contra la acción de la escorrentía.

2 DESCRIPCIÓN

En la parte inferior (1/3 de la altura del canal) y base del talud (Figura 1), fueron utilizados colchones Reno® con cara revestida en mortero, solución que protegería parte del lecho contra los esfuerzos de arrastre de la escorrentía y también facilitaría el mantenimiento del canal.

Para el resto del talud (2/3 superior) fue adoptado el uso de una geomanta para el control de la erosión, con posterior aplicación de vegetación tipo gramínea de raíz primaria, asociada con leguminosas de raíz primaria de altura entre 50 mm y 150 mm.

Los motivos principales que determinaron la utilización de la geomanta como revestimiento de los 2/3 superiores de los taludes del canal fueron: el bajo costo del material y su buena productividad ejecutiva. Por tratarse de un material con 90% de vacíos, la geomanta se torna un revestimiento totalmente permeable, hecho que da algunas ventajas adicionales a la solución, pues con una alta cantidad de vacíos se puede obtener una óptima integración con el medio ambiente, permitiendo así el crecimiento de la vegetación local dentro de la manta y devolviendo a la margen natural casi todas sus características ambientales después de la ejecución de la obra. De esta forma, se atiende a cabalidad la solicitud realizada por la SMAM. Otros puntos importantes para canales de drenaje revestidos con geomantas permeables son: permitir que parte de la escorrentía sea absorbida por el suelo de la base y de las márgenes en los periodos de sequía, y también, con un contra flujo aliviar los niveles freáticos del área paralela al canal.

Cuando la escorrentía alcanza un nivel de agua elevado en un canal trapezoidal, se puede concluir que el nivel freático presente en el suelo acompaña en altura la escorrentía. Sin embargo, durante el rebajamiento de la lámina de agua, se tiene una situación crítica si es observada desde el punto de vista geotécnico, porque cuando la escorrentía es totalmente rebajada, el nivel freático del suelo también sufre un rebajamiento, aunque a una velocidad inferior pues el agua necesita percolar entre las partículas sólidas para concluir el proceso.

 

Durante el periodo de sequía, el nivel freático se mantiene bajo em relación a los periodos lluviosos, pues con la llegada de un nuevo caudal sobre el canal en estas situaciones, una parte del volumen de agua puede ser absorbida por el propio suelo de las márgenes revestidas con geomantas, disipando así el volumen total de agua a ser drenado. Esto solo es posible pues la cara del revestimiento con geomanta no crea obstáculos significativos en la interfaz del suelo con el agua.

Considerando la composición mencionada anteriormente, fue posible crear un sistema para soportar la velocidad crítica estimada para el trecho de revestimiento de 2.04 m/s, desde que la duración del llenado sea inferior a 5 horas.

En total fueron instalados 7.150,00 m² de geomanta tridimensional de polipropileno de 16 mm, suministrados por la empresa. La obra inició el 5 de abril de 2013 y se concluyó el día 9 de octubre del mismo año. En total se consideraron apenas 23 días de trabajo para la instalación de la geomanta, representando una productividad media de 310,00 m²/día para un equipo de cinco hombres, es decir, 62,00 m²/hombre.día.

A continuación se nombran las principales ventajas de la utilización de la geomanta:

 Estructura de revestimiento flexible;

 Velocidad admisible de hasta 2,04 m/s;

 Permeabilidad;

 Practicidad ejecutiva;

 Alta productividad (62 m²/hombre.día)

 Bajo impacto ambiental;

 Bajo costo, fijado al costo de 25% destinado a la obra.

3 METODOLOGÍA DE EJECUCIÓN

 

El primer paso para la instalación de la geomanta fue realizar la limpieza del talud a través de la remoción de troncos, gravas o cualquier obstáculo que pudiera interponerse en la extensión del geosintético. Esa limpieza fue realizada con la ayuda de equipos pesados y con posterior refinamiento manual. De esa manera, en la Figura 6 es posible verificar el talud regularizado y el inicio de la ejecución del revestimento con colchón Reno® en la base del canal.

 

 

Previamente a la instalación de la geomanta, fue ejecutada una canaleta espaciada al menos 1,0 m de la parte alta del talud, con la función principal de anclar la geomanta en el mismo y además ser responsable por el drenaje superior

La canaleta fue ejecutada antes del desarrollo de la geomanta sobre el talud, con altura y profundidad de 0,30 m, teniendo la misma extensión longitudinal del trecho a ser protegido. La extremidad superior de la geomanta fue dispuesta dentro de la canaleta y fijada con ganchos. Después de la primera fijación del geosintético, la canaleta fue rellenada con el propio suelo que fue retirado de la misma y compactada manualmente.

Después de anclada, la geomanta es desenrrollada de arriba para abajo, con traslapos de 30 cm en los extremos de los rollos (Figura 8).

 

Para mantener la geomanta en contacto directo con el talud, fueron aplicados ganchos de anclaje a lo largo de la margen, en una razón de 3,25 ganchos/m², espaciados de acuerdo a la

Los ganchos de fijación garantizaron una mejor uniformidad y contacto del geosintético con el talud. Por ese criterio se evalúa que aunque el talud estando libre de irregularidades,fue realizada una inspección visual en el lugar después de la aplicación de la geomanta sobre el mismo, verificando la necesidad de instalación adicional de ganchos en los puntos que no presentaban una fijación adecuada.

 

Para el correcto desarrollo de la vegetación sobre la geomanta, se hace necesaria la realización de una siembra sobre el material. En este caso se optó por la hidro-siembra, a través del lanzado de las semillas en la cantidad, fertilización e hidratación correcta, evitando así el uso de suelo sobre la misma. Tal procedimiento fue escogido por ser más rápido que el proceso de siembra tradicional, siendo su aplicación más indicada en grandes áreas a ser revegetalizadas.

 

CONCLUSIÓN: 

La obra fue concluida dentro del plazo estimado por el cliente, presentando una alta productividad debido a la innecesidad de mano de obra especializada y equipos especiales. Aunque en los trechos con presencia de lámina de agua de hasta 30 cm, la ejecución fue realizada por el mismo método descrito anteriormente. Además de los beneficios ejecutivos, la solución con geomanta fue la propuesta más viable económicamente para la protección de las márgenes, cuadrando la obra en el 25% del presupuesto destinado a la inversión. Debido al proceso de hidro-siembra, el revestimiento presentó una óptima integracióncon el medio ambiente, facilitando el desarrollo de vegetación en el talud del canal. Adicionalmente, con las raíces reforzadas por la presencia del geosintético, se aumentó la resistência de la manta a la escorrentía y se devolvió a la margen características ambientales similares a las presentadas antes de la realización de la obra. Se puede concluir también que la permeabilidad del revestimiento adoptado permitió un alivio de las corrientes presentes en el nivel freático hacia la parte interior del canal, ayudando de esta forma en la estabilidad geotécnica de la margen.

El canal está en pleno funcionamento, cumpliendo la propuesta inicial de proteger las márgenes y el fondo contra procesos erosivos oriundos de la escorrentía y de las intemperies.

 

AGRADECIMIENTOS

Nos gustaría agradecer a SMAM (Secretaría Municipal del Medio Ambiente), que apoyó la elaboración de un proyecto con revestimiento de bajo impacto ambiental.

Adicionalmente, agradecemos a la Alcaldía Municipal de Porto Alegre y a la empresa WMS Supermercados do Brasil. Otras empresas que merecen nuestros agradecimientos son Pedraccon – Mineração e Pavimentação que ejecutó las obras, y la empresa EAT – Engenharia e Consultoria Ltda que fue contratada para realizar el proyecto de canalización del arroyo Passo da Mangueira.

REFERENCIAS

MACCAFERRI DO BRASIL. Revestimentos de Canais e Cursos de Água (2009). São Paulo, p. 21-63. MACCAFERRI DO BRASIL. Comics de instalação (2010). São Paulo.MACCAFERRI. Double Twist Wire Mesh Products for The Restoration of Fluvial Environments. Itália.

 

 

MEJORES PRACTICAS DE CAMINOS RURALES

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Autor: Gordon Keller, PE, GE

GENESEE GEOTECHNICAL

 

Los caminos son clave para el desarrollo económico y social de los países ya que facilitan la conexión entre personas y el intercambio de productos y mercancías, para mejorar salud y educación, etc. Para atender las necesidades tanto de las personas y la integridad de los ecosistemas del región, los caminos que se construyan en las áreas rurales deben de ser buenos, que la ingeniería de caminos sea bien hecha, las normas para su construcción ¨bajas y rurales¨ que tengan un buen drenaje y que reciban el mantenimiento adecuado, haciendo que la obra cumpla con los conceptos de “Mejores Prácticas de Caminos”.

Las Mejores Prácticas de Caminos son técnicas o diseños prácticos que cuando se aplican adecuadamente previenen o reducen la erosión, mantienen la calidad del agua y minimizan los impactos ambientales adversos del camino. Se basan en un buen diseño en todos los aspectos del camino, incluyendo su construcción, rehabilitación, y mantenimiento. Consideran los pasos para el cruce de la vida silvestre, los pasos para especias acuáticas y medidas para prevenir el ingreso de especias invasoras.

 

UNOS PUNTOS CLAVE

Aplicar la Ingeniería Básica y Mejores Prácticas.

·         Utilizar Tecnología Apropiada y Costo-Efectivo.

·         Implementar Medidas de Mitigación Ambiental Práctico.

·         Proteger Caminos Contra Tormentas.

 

·         Gente son como Oro- Precioso! Conseguirlos y Capacitarlos!

 

 

 El Camino Óptimo con Impactos Mínimos

·         Planificación

·         Localización

·         Diseño

·         Construcción

·         Mantenimiento

·         Cierre o Eliminación

 

 

 NORMAS DE DISEÑO DE CAMINOS

 

 

 

 

 

 BUENA PLANIFICACION + BUENA INGENIERIA con consciencia = BUEN MITIGACION AMBIENTAL

Que son los Impactos de Caminos?

Impactos Positivos

·         Mejorar Calidad de la Vida

·         Mejor Acceso a los Parques/Reservas

·         Facilitar Manejo de Áreas

·         Promover Desarrollo en Áreas Rurales

·         Transito más Rápido a Lugares

·         Más Lucrativo los Productos

·         Menos Costos de Operación

Impactos Negativos

·         Degradación de Calidad de Agua

·         Mortalidad de Animales/Fragmentación

·         Barreras Contra Movimiento de Pez -AOP

·         Promoviendo Especias Invasoras

·         Perdida de Terrenos

·         Cambios de Uso de Terrenos/Deforestación

·         Presión contra Reservas y Áreas Sensibles

·         Promoción de Derrumbes/Cambios de Cauces de Agua

·         Danos a Áreas Riberianos/Manglares

·         Alto Costo de Mantenimiento y Reparación/

·         Uso de Fondos/Recursos Limitados

·         Deforestación y Cazando Ilegal

·         Polución y Basura

·         Seguridad Vial y Accidentes

Impactos Sobre Calidad de Agua

 

 ¿COMO PREVENIMOS MALEZAS?

CON MEJORES PRÁCTICAS

·         Productos Sin Malezas    (semillas, grava, suelo, etc.)

·         Utilizar Suelo Local

·         Lavar Equipo

·         Control Durante Construcción

·         Educación Publico y de Obreros

·         Quemas Controladas

·         Método Biológico

·         Químicos

 

 

 

 

        CAMBIOS EN USO DE LOS TERRENOS

HERRAMIENTAS DE DISENO

         Hidrológica

        Método Racional

         Hidráulicos

        Formula de Manning

         Diseño con Zampeado

         Conceptos Sobre Filtros

         Uso y Función de Geotextiles

 

 

 

 

 

ESTABILIZACION DE TALUDES

1-EVITAR   2-PREVENIR    3-ESTABELECER

·         Cortes

·         Rellenos

·         Métodos de Estabilización

o   Uso de Vegetación

o   Sub Drenaje

o   Remover Material

o   Cambia de Plataforma

o   Modificación del Talud

o   Estructuras-Muros y Rellenos Reforzados

     

MATERIALES

·         Propiedades de Agregados

·         Estabilización de Suelos

·         Canteras y Bancos de Préstamo

·         Cambio en Volumen

·         Compactación

·         Clasificación de Suelos

·         Pruebas y Ensayos

  

     

CONTROL DE EROSIÓN

·         Métodos Físicos

·         Métodos Vegetativos

·         Medidas Biotecnológicas

·         Control de Cárcavas

 

 

 

 

 

 

 

Autor: Emanuel Molina Campos

PRESENTACIÓN

La cuenca del río Jesús María cuenta con valiosos recursos naturales para fortalecer las economías locales agropecuarias de esta región. Sin embargo, un porcentaje considerable de esta cuenca, posee terrenos con pendientes pronunciadas y alto riesgo de erosión, situación que se ha venido agravando en los últimos años. En el proceso erosivo de laderas, el horizonte fértil del suelo es removido gradualmente, perdiéndose nutrimentos del suelo y materia orgánica, además de que disminuye la profundidad efectiva para el crecimiento de las raíces (Barboza 2013). Para los agricultores de café, esto se traduce en rendimientos más bajos y en aumento de costos por compra de fertilizantes. Evidencia de esto han sido la formación de cárcavas en estos terrenos y la erosión en surcos de los cafetales, además de la acumulación de sedimentos en la parte baja de la cuenca. La erosión también tiene otras repercusiones aparte de la agrícola, según el La Sociedad Portuaria y Granelera de Caldera (Herrera 2013), en dos años se han acumulado en el muelle 550.000 m³ de sedimentos, lo que corresponden a una inversión de $ 25 000 para la contratación de una draga para la extracción de los mismos. Las prácticas y obras de conservación de suelo integradas con manejos de la plantación, son formas de mitigar este proceso erosivo. Sin embargo, la problemática que ha enfrentado la utilización de estas estrategias es la visión cortoplacista en cuanto a la obtención de resultados.

OBJETIVOS

Objetivo General

Cuantificar la tasa de erosión laminar en cinco áreas cafetaleras con distintas pendientes, manejos y prácticas de conservación de suelo ubicadas en la cuenca del río Jesús María por el método de microparcelas de erosión con el geotextil “Silt Fence” T2100 en un período de evaluación de 22 semanas.

Objetivos Específicos

 Cuantificar la tasa de erosión laminar en cinco áreas cafetaleras con distinta pendiente, manejo y prácticas de conservación de suelo, utilizando microparcelas de erosión que retengan sedimentos (geotextil “Silt Fence”).

 Clasificar taxonómicamente a nivel de Subgrupo las fincas donde se delimiten las áreas de muestreo a evaluar.

 Clasificar las cinco áreas de muestreo a evaluar con base en la metodología oficial en Costa Rica de clasificación de capacidad de uso de tierras.

MARCO TEÓRICO

La erosión es un proceso que está afectando muchas regiones del mundo, amenazando con la supervivencia de muchos pueblos. En Costa Rica, este tema es de gran consideración ya que la topografía general del país y el clima variable provoca un alto riesgo de erosión en zonas como Cartago, La Zona de los Santos y la vertiente Central del Pacífico. Según De Alba et al. (2011), en general, la erosión máxima tolerable no debe sobrepasar los 11,2 t/ha/año para un suelo profundo, donde en Costa Rica se ha encontrado que la tasa de erosión reportada es de 13,2 t/ha/año (Hartshorn et al. 1982). Así mismo, se encontró que un 24% del territorio de nacional presenta de ligera a moderada erosión, un 14% presenta erosión severa y un 3% se encuentra en condición no apta para la agricultura por esta misma razón (CADETI 2004).

Brady y Weil (2008) mencionan un valor T que se refiere al valor máximo de erosión anual que puede permitir un suelo sin que este pierda productividad, según estos autores este valor en los Estados Unidos es de 5-11 t/ha/año, el cual depende en gran medida de la profundidad del suelo, contenido de materia orgánica y uso de prácticas de control de escorrentía.

Estos valores T citados por De Alba et al. (2011) y Brady y Weil (2008) son muy similares a los encontrados por Jeffery et al. (1994) citado por Núñez (2001). Este último establece categorías de tasas de erosión para zonas tropicales, donde el valor de pérdida de suelo tolerable (Clase 1) es por debajo de 10 t/ha/año:

 Tolerable (Clase 1): Los índices de erosión abarcan valores de 0-10 t/ha/año.

 Moderada (Clase 2): Los valores erosivos se sitúan entre 10 y 50 t/ha/año.

 Severa (Clase 3): Los índices erosivos se encuentran en un ámbito de 51 y 200 t/ha año.

 Muy severa (Clase 4): Los valores erosivos exceden 200 t/ha/año.

La topografía irregular y las altas intensidades de lluvia que provocan más erosión en Costa Rica podrían hacer que estos valores de tolerancia (T) lleguen a disminuir, ya que en estas circunstancias es más propenso el suelo a perder productividad.

La cuenca del río Jesús María tiene un área de 375,5 km2 y se encuentra políticamente situada en las provincias de Alajuela y Puntarenas, abarcando los cantones de San Ramón, Esparza, Palmares, Atenas, San Mateo, Orotina y Garabito. Esta es una zona dedicada casi exclusivamente a la agricultura y la ganadería, con productos como melón, caña de azúcar, mango, caña india y café, dándose en esta cuenca una producción de aproximadamente 2350 toneladas métricas/año de este último cultivo (SEPSA 2012). La mayoría de la cuenca posee un declive relativamente plano, pero la zona noreste, donde están ubicados los cafetales en estudio, posee terrenos de ladera, a aproximadamente 1200 m.s.n.m. (Rojas 2011). En esta, existe una preocupación por parte de las autoridades extensionistas de la región del progresivo desgaste del suelo que se ha venido dando en estos cafetales. Condición que, entre muchos otros factores, es originada por el uso indebido de suelo, el clima y el manejo que se le ha dado a los cafetales sin utilización de sombra y con una nula o casi nula cobertura vegetal (Barboza 2013). Según CADETI (2004) el 30% de la vertiente del pacífico se encuentra de ligeramente a moderadamente erosionada y otro 30% extremadamente erosionada, así mismo Vásquez (1985), en un mapa publicado sobre la erosión en Costa Rica, muestra que esta cuenca posee zonas variables en donde se pierden de 10-200 t/ha/año. Por otro lado, parte de las cuencas del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) tienen una escasa cobertura boscosa (10-60%), lo que provoca un aumento en la pérdida de suelo y una acumulación de sedimentos en el embalse hidroeléctrico de estas (GFA Consulting Group S.A. 2009).

Parcelas de erosión y el geotextil “Silt Fence”

El geotextil “Silt Fence” es una herramienta comúnmente utilizada en la ingeniería civil para evitar la pérdida de suelo en sitios de construcción. Esta consiste en una barrera de polietileno tejido permeable que retrasa la velocidad de escorrentía y al mismo tiempo retiene las partículas de suelo. Robichaud y Brown (2002) mencionan que para medir erosión, es una metodología sencilla de aplicar y de fácil acceso, económica y superior en efectividad comparada con otras prácticas de conservación como barreras muertas. Sin embargo, advierten que no se debe utilizar en áreas donde el flujo de agua se concentre (erosión por surcos). Además mencionan los autores que sus principales limitaciones se dan cuando la instalación se realiza de forma errónea debida a que se complica su reinstalación, y requiere de constante mantenimiento.

La metodología con el geotextil de “Silt Fence”, es una modificación a las parcelas de escorrentía, donde la estructura de recolección es un compartimento hecho a base de este material a diferencia de las parcelas más antiguas que solían tener un estañón o cubetas de plástico para recolectar el sedimento. Además de la estructura de recolección, en el pasado, los bordes de las parcelas se delimitaban con tierra, paredes de ladrillo y láminas de madera o de zinc (Nuñez 2001 y Hudson 1997). Por esta razón Prado y Aguilar (2007) fomentaron la utilización de este material para la construcción de parcelas experimentales, ya que al garantizar una adecuada recolección de sedimento y dar un valor directo de peso de suelo perdido de la microparcela, resulta ser una forma útil, sencilla y económica para determinar ciertos procesos de erosivos.

Antecedentes

Debido a que las microparcelas de erosión con geotextil son una tecnología relativamente nueva en Costa Rica, se tienen pocos estudios de los mismos, la investigación que se ha realizado en este tema en el mayor de los casos ha sido mediante el uso de modelos de predicción. El Cuadro 1 resume los antecedentes más recientes en cuanto a la medición de las tasas de erosión con distintas metodologías.

ASPECTOS METODOLÓGICOS

Determinación de las áreas de muestreo

Las cinco áreas de muestreo a evaluar en las tres plantaciones de café (Coffea arabica) seleccionadas se ubicaron en el caserío de Llano Brenes del distrito de San Rafael en el cantón de San Ramón de Alajuela. Para determinar un área de muestreo se utilizaron los criterios de: condición agronómica, pendiente (%) y manejo de erosión

Clasificación Taxonómica y de Capacidad de Uso de Tierras de las áreas de muestreo

En cada una de las fincas donde se encontraban las áreas de muestreo se realizó una descripción del pedón modal del suelo por medio del libro de campo para la descripción y muestreo de suelos (Schoeneberger et al. 2002) y se clasificaron taxonomicamente a nivel de subgrupo (Soil Survey Staff 2010). Los análisis físicos y químicos de suelo se realizaron en el Centro de Investigaciones Agronómicas (CIA) de la Universidad de Costa Rica y en el Laboratorio de Suelos del Instituto Nacional de Innovación y Transferencia en Tecnología Agropecuaria (INTA), respectivamente. Así mismo, las cinco áreas de muestreo se clasificaron según su capacidad de uso de tierra mediante el manual de Metodología para la determinación de la capacidad de uso de las tierras en Costa Rica por Bolaños et al. (1991).

Dimensiones y delimitación de las microparcelas de erosión

El diseño de la microparcela de 21 m2 se muestra en la Figura 1, las cuales se instalaron siguiendo la metodología de Robichaud y Brown (2002) y modificado por Parado y Aguilar (2007) y Castillo (2012). Se colocaron tres repeticiones por área de muestreo para un total de 15 microparcelas de erosión. En la Figura 2 se observa una fotografía de una de las microparcelas.

 

 

Figura 1. Diagrama en de una microparcela de erosión. Los rombos representan estacas a las cuales está sujetado el geotextil por medio de grapas. La distancia entre estacas en el geotextil de recolección es de 80 cm, mientras que en el geotextil de protección están separadas por 1 m de distancia.

 

Periodo Experimental y tasa de erosión

Al final de cada semana, a partir del 19 de julio del 2013 y hasta el 13 de diciembre del mismo año, se procedió a visitar las 15 microparcelas, pesar el sedimento acumulado en el geotextil de recolección y tomar una muestra para determinar la humedad gravimétrica. Esta fue ingresada ese mismo día al Laboratorio de Recursos Naturales del Centro de Investigaciones Agronómicas de la Universidad de Costa Rica para determinar el peso seco del sedimento. Una vez concluido el período experimental, se calculó la tasa de erosión laminar semanal acumulada y total (t/ha).

Medición de precipitación

Se seleccionó la estación meteorológica Nagatac (N° 80005), manejada por el Centro de Servicios de Estudios Básicos de Ingeniería e Hidrología del Instituto Costarricense de Electricidad, ya que era la más cercana al sitio de estudio. Con ella se determinó la cantidad de lluvia acumulada semanal (mm) comprendida entre el 12 de julio hasta el 13 de diciembre del 2013.

RESULTADOS Y APORTES

Descripción de las áreas de muestreo

Todas las fincas donde se ubicaron las áreas de muestreo se clasificaron en el orden de los Entisoles, caracterizados por su baja profundidad, alta pedregosidad y desgaste. La finca Parte de Alta se clasificó en el subgrupo taxonómico de los Typic Ustothents, la finca Parte Media como un Lithic Ustorthents y la finca Parte Baja como Vitrandic Ustorthents. Todas las áreas de muestreo se clasificaron como tierras clase VII. Según el Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica (Bolaños et. al 1991) esta clase posee grandes limitaciones para la producción agropecuaria y sólo pueden utilizarse para el manejo forestal en forma de cobertura boscosa. Dentro de las limitaciones más evidentes que poseen estas tierras están las altas pendientes, la erosión severa, la baja profundidad del suelo, la alta pedregosidad y la baja fertilidad.

Cuantificación de erosión laminar por medio del geotextil “Silt Fence” T2100

El sedigrama e hidrograma en la Figura 3 muestra que la máxima tasa de erosión laminar semanal fue de 2,3 t/ha en el área de muestreo CMS-60+A, en la transición agosto-setiembre, periodo que también coincide con el máxima precipitación (342 mm). Así mismo, se puede observar que en las demás áreas de muestreo, los picos de erosión coincidieron con los picos de precipitación. De esta forma, se explica como la precipitación es la variable más ligada a la tasa de erosión hídrica.

Figura

Otra de las variables que más afecta la erosión hídrica laminar es la magnitud de la pendiente, donde se observa en la Figura 4, que las áreas de muestreo que presentan mayor erosión son las que poseen 60% de pendiente, independientemente de la sombra y las obras de conservación. Por otro lado, la Figura 4 también expone una diferencia en las tasas de erosión entre las fincas que poseen gavetas de recolección y las que no. En las primeras, como las áreas de muestreo CSS-30+AG, CSS-60+AG y CLS-30+AG, las tasas de erosión no superan una t/ha, esto se debe en gran parte a que las obras de conservación disminuyen la velocidad de escorrentía provocando un menor arrastre de sedimento y por lo tanto una menor erosión laminar.

La Figura 5 muestra cómo las obras de conservación en esta área de muestreo colapsaron de tal forma que el agua de escorrentía sobrepasó el nivel de la acequia de ladera, lo que lleva a considerar un rediseño de estas obras, mediante el aumento de su cauce e incluyendo gavetas de recolección y barreras de vivas.

Figura 5. Fotografía de la acequia de ladera colapsada en el área de muestreo CMS-60+A, tomada en setiembre del 2013.

La mayor tasa total de erosión laminar es de 7 t/ha (Figura 4), y al no superar las 10 t/ha/año se clasificó como tolerable según la clasificación de Jeffery et al. (1994) citado por Núñez (2001). Teóricamente estos valores T máximo pueden disminuir si se calibran para zonas donde la erosión tiende a ser mayor, como el trópico. Brady y Weil (2008) mencionan que para suelos infértiles, impermeables y rocosos, estos valores T deben de ser menores (5 t/ha/año o menos dependiendo del nivel de degradación), ya que naturalmente son suelos degradados en donde un

 

Área de muestreo

leve proceso erosivo puede ser catastrófico para la productividad del suelo y es difícilmente recuperado con una enmienda química. Además de este desgaste en productividad, los suelos que gradualmente se erosionan, pierden poco a poco el horizonte A, dejando expuesto el horizonte C o la roca, que son horizontes más impermeables y favorecen la escorrentía y el escaso almacenaje de agua (Ramírez 2009). Cuando un suelo pierde esta facultad, el acceso al agua por parte de la vegetación puede limitarse, si esta no crece, provoca un efecto de bola de nieve donde al suelo al estar desnudo e impermeable, sigue favoreciendo la escorrentía y la carencia de vegetación, proceso que podría desertificar la zona.

La figura 5 muestra una mayor tasa de erosión en el área de muestro con mayor concurrencia de sombra (CMS-60+A), comparada con el área continua (CLS-60+A), la cual fue un área con menor concurrencia de sombra. Brady y Weil (2008) mencionan que en las condiciones de bosque, es la cobertura rastrera la que protege al suelo de la erosión y no el dosel de los árboles o las raíces de los mismos. Árboles con doseles muy elevados incrementan la velocidad terminal de la gota y si estas poseen mucha masa pueden llegar a golpear el suelo con mayor energía que inclusive las lluvias más intensas. Esto contrasta con lo mencionado por Ramírez (2009), quien da importancia especial a los sistemas de caficultura forestal, los cuales amarran el suelo por medio de sus grandes raíces pivotantes de los regulando los drenajes internos y previniendo derrumbes y deslizamientos.

CONCLUSIONES

 La actividad cafetalera en la parte alta de la cuenca no es la única responsable de la erosión en la zona pero no contribuye a mitigar el desgaste de la misma.

 Según la metodología oficial para la clasificación de tierras en Costa Rica, estas no son aptas para la actividad cafetalera y solo lo son para actividades de reforestación.

 Las variables que más incrementaron el proceso de erosión laminar fueron: la precipitación, la alta magnitud de pendiente y el diseño de obras de conservación insuficientes para contrarrestar la velocidad de escorrentía.

 La erosión hídrica laminar en todas las áreas de muestreo se clasificó como tolerable-moderada.

RECOMENDACIONES

 Se recomienda tanto al señor José Joaquín Jiménez Alfaro como al señor Omar Pérez Rodríguez implementar módulos de “bancos de barreras vivas” con especies como vetiver (Andropogon muricatus o Vetiveria zizanoides), zacate limón (Andropogon citratus), itabo (Yucca elephantipes), pasto King Grass (Pennisetum purpureum), caña de azúcar (Saccharum oficinarum), Dracaena spp. u otras plantas perennes de crecimiento lento y con raíz fibrosa. Establecerlas en las áreas de alta pendiente (60%), sembradas al tres bolillo (doble fila), separadas entre plantas por 15 cm y entre filas 20-30 cm, preferiblemente en los inicios de la época lluviosa (abril o mayo), a 20 o 30 cm por encima de la acequia de ladera y a 15 cm de profundidad.

 Se recomienda tanto al señor José Joaquín Jiménez Alfaro como al señor Omar Pérez Rodríguez una racionalización de la aplicación de herbicidas en los meses más erosivos del año, aproximadamente desde principios del mes de agosto hasta mediados del mes de octubre.

 Se recomienda al señor Omar Pérez Rodríguez rediseñar sus obras de conservación, aumentando la profundidad de las acequias de ladera, procurando que esta tenga cobertura vegetal como pasto, canutillo o kudzú tropical (Pueraria phaseoloides), una gradiente de 0,2-0.8% y cada 100 metros una gaveta de recolección colocada al final de la acequia.

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DETERMINACIÓN DE LAS FRANJAS FORESTALES Y ESTABLECER LAS MEDIDAS DE INTERVENCIÓN Y MANEJO PARA LA QUEBRADA MANIZALES

Autores

 Arturo Gómez Tobón1

 Jorge Alonso Aristizabal Arias 2

 1 Ingeniero Civil Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, Especializado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos Facultad de Minas Medellín. Especializado en Ingeniería Ambiental con Énfasis en Sanitaria Universidad Nacional de Colombia. Profesor catedrático Universidad Nacional sede Manizales.

 2 Ingeniero Civil Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, Especializado en Geotecnia, Vías y Transporte Universidad Nacional sede Manizales, Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos Facultad de Minas Medellín. Estudiante de Maestría Gestión del Riesgo y Desarrollo ESING Bogotá. Profesor catedrático Universidad Nacional sede Manizales.

 PRESENTACIÓN

La ciudad de Manizales centra la gestión del riesgo de desastres en dos amenazas principalmente como lo son los deslizamientos y las avenidas torrenciales. Los días 21 de Marzo y 23 de Abril se presentaron avenidas torrenciales en la cuenca de la quebrada Manizales asociadas al fenómeno de la Niña que se desarrollaba por esa época, este evento generó afectaciones severas a una serie de casas, fábricas tan importantes como Colombit y Sicolsa y la vía panamericana ya que todas estas estructura se encuentran ubicadas muy cerca a la orilla. A su vez durante estas crecientes se generaron alrededor de 44 fenómenos de inestabilidad sobre las orillas y 3 eventos de gran magnitud hacia la parte alta de la cuenca. Debido a esto Corpocaldas contrato un estudio sobre esta línea de drenaje y su cuenca en el cual se hizo la caracterización geológica, hidrológica e hidráulica a lo largo de sus 7.5 km de longitud y 3.400 Ha , así mismo se hizo la evaluación de amenaza por inundación de los flujos hiperconcentrados empleando el software FLO-2D (flujo no Newtoniano), la cual sirvió para la determinaron las franjas de protección forestal, y adicionalmente se hicieron recomendaciones de uso del suelo y se diseñaron entre otras obras tres grandes diques de retención de escombros y empalizadas de altura promedio 10 m con el fin de mitigar los efectos aguas abajo. Estos diques fueron construidos parcialmente y meses después se presentó una nueva avenida torrencial la cual puso a prueba estos sistemas de retención cuyo funcionamiento fue satisfactorio.

 OBJETIVO GENERAL

 • Demarcar la faja protectora de la corriente, utilizando la metodología sugerida por CORPOCALDAS mediante Resolución 053 de 2011.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 • Caracterización Geológica, Geotécnica de la Cuenca de la Quebrada Manizales

 • Caracterización Hidrológica e Hidráulica de la cuenca de la Quebrada Manizales.

 • Modelar el flujo hiperconcentrado con el software FLO-2D

 • Establecer el mapa de amenazas por inundación.

 • Plantear recomendaciones de uso de suelo, obras y acciones que permitan una consolidación o recuperación de la faja protectora.

 • Modelar nuevamente el flujo con las obras propuestas con el fin de evaluar su efectividad ante nuevos eventos

 MARCO TEÓRICO

 Localización El área de estudio se encuentra localizada en el municipio de Manizales área comprendida en la cuenca de la Quebrada Manizales, el cual se ubica en la región central del occidente colombiano, entre las coordenadas planas referidas a Choco:

 X: 1`046000 m       X: 1`053000 m E

 Y: 844000 m N     Y: 856000 m N

 X: 1`053000 m E   X: 1`046000 m E

 Y: 856000 m N      Y: 844000 m N

 

 Geología

1.1  Formaciones Geológicas.

 Las formaciones geológicas que se destacan de la quebrada son: En la parte superior aflora el Stock Manizales cuerpo ígneo intrusivo de composición predominantemente tonalítica, constituyendo un cuerpo de forma irregular, en gran parte cubierto por depósitos piroclásticos procedentes de la actividad volcánica reciente. Intruye rocas metamórficas del Complejo Cajamarca con una aureola de contacto bien definida. (González, 1990). En la parte media y baja surge el Abanico aluvial de Maltería que corresponde a un depósito cuaternario constituido por depósitos de piedemonte interestratificado con depósitos de lluvia piroclástica, también se observan en la parte media y baja los depósitos de caída piroclástica que representan las últimas manifestaciones de actividad volcánica del complejo volcánico Ruiz-Tolima. Están compuestos por fragmentos rotos de pómez y escorias de composición dacítica, así como de rocas de diferente tamaño que forman niveles de cenizas y lapilli

 1.2 Formaciones superficiales.

 La formación superficial más destacada a lo largo de la cuenca de la Quebrada Manizales, son los depósitos fluviales y fluvio volcánicos que están constituidos por depósitos de flujos de escombros de piedemonte, interestratificados con depósitos de lluvia piroclástica y se encuentra disectado en su totalidad por la quebrada Manizales. Mapa de formaciones superficiales de la Quebrada Manizales.

1.3 Geomorfología

En la parte media y baja de la zona se presentan unidades de origen fluvio-glacial y fluvio-volcánico erosionables restringidas al valle principal del sector de Maltería y la Enea. Son zonas fácilmente erosionables dadas sus características geológicas y que se ven gravemente afectadas por la actividad antrópica. La parte alta responde a unidades de origen denudacional con topografía abrupta coincidente con imponentes cuerpos ígneos principalmente flujos de lava. Mapa geomorfológico de la cuenca de la Quebrada Manizales.

1.4 Morfometría

 En la cuenca media y baja predominan las pendientes menores de 15 grados. En la cuenca alta se presentan pendientes promedio entre 15 grados y 45 grados.

2      Geotecnia Se realizó la prospección geotécnica a lo largo de la línea de drenaje, con la respectiva toma de muestras en cada uno de los 17 apiques realizados, de las cuales se obtuvieron los parámetros mostrados a continuación:

 

 

3      Hidrología e Hidráulica: Características de la Cuenca La cuenca de la Quebrada Manizales se divide en 27 subcuencas, las cuales se identifican en la siguiente Figura.

 

 

Sobre estas microcuencas se evaluaron los parámetros morfométricos y fisiográficos y para la cuenca en general los resultados obtenidos para la cuenca se muestran en la siguiente Tabla 2

 

 

3.1 Tiempo de concentración Se estimó el tiempo de concentración por varios métodos esto se sustenta en la alta variabilidad de este parámetro. Finalmente, se recomienda utilizar el valor medio de varias ecuaciones eliminando los valores extremos, el valor promedio obtenido fue de 1.014 horas.

3.2 Caudales máximos estimados para diferentes periodos de retorno Una vez caracterizada la cuenca, evaluados los registros de lluvia se procedió a calcular el caudal por diferentes metodologías y para diferentes periodos de retorno los valores obtenidos se presentan en la siguiente tabla 3:

Como caudales de diseño se tomó la media armónica de los caudales calculados en la tabla anterior, para el periodo de retorno de 100 años se tomó un caudal de 1141 m3/s y para el periodo de retorno de 200 años 1360 m3/s

 ANTECEDENTES

 En la Quebrada Manizales se han reconocido importantes procesos de movimientos en masa activos como deslizamientos, caídas de rocas, flujos de lodo, así como también erosión de fondo y orillas, adicionalmente el mal ordenamiento territorial sobre sus orillas hacen que durante las fuertes lluvias típicas en la zona se afecten los terrenos circundantes generando daños severos en viviendas, fábricas y potreros debido a la gran cantidad de material detrítico que fluye por la quebrada, lo que condiciona la ocurrencia de flujos de lodo. Durante el Fenómeno de la Niña del año 2011 se presentaron 2 eventos de crecientes extraordinarias en la Quebrada Manizales los días 21 de marzo y 13 de abril dejando un saldo total de 11 viviendas destruidas, 11 viviendas averiadas, 32 familias afectadas (Unidad Nacional de Gestión del Riesgo, 2011), además de daños severos en fábricas muy importantes como lo son Colombit, Progel, Industria licorera de Caldas y daños en fábricas menores ubicadas cerca al puente de la libertad, adicionalmente cierres totales de la vía Manizales – Bogotá.

MODELACIÓN CON EL SOFTWARE FLO-2D La estimación de la descarga de los flujos de lodo de la cuenca de la Quebrada Manizales, fue simulada usando el Software FLO-2D. Un modelo de elevación digital – MED preparado para este propósito fue empleado como parte del modelo. El producto del modelo, asume los valores de precipitación de 24 horas, para un período de retorno determinado como evento detonador, se realizó la modelación para la Quebrada en las condiciones iniciales y con las obras propuestas. El modelo bidimensional de diferencias finitas FLO-2D (O’Brien) simula flujo de fluidos no newtonianos, como flujos de lodos y aludes torrenciales en ríos y quebradas, y en conos de deyección. El modelo permite simular flujo en topografías complejas, tales como planicies de inundación y áreas urbanizadas, así como el intercambio de fluido entre ríos y la planicie de inundación. Puede modelarse flujo de agua, flujo hiperconcentrado de sedimentos, flujo de lodos y alud torrencial (flujo de barro). Como datos de entrada se requiere la topografía digital del terreno, la geometría del río, valores estimados de la rugosidad del río y de la planicie de inundación, hidrogramas de entrada (líquido y sólido), precipitación y propiedades reológicas de la mezcla aguasedimento.

 Parámetros de entrada del modelo

 Propiedades de los materiales del flujo de lodos según O`brien y Julien (1988). Limite Plástico= 29.68%, Limite Liquido= 38.21% y Pasante tamiz 200=43.89%.

Los valores de cedencia y viscosidad tomados de la tabla para la Matriz Aspen Pit1 son los siguientes:

 Para  τ =  aeBc Cv      α=0.18 y β=25.7

 Para  n aeBc Cv  α=0.0360 y β=22.1

Parámetros para la resistencia del flujo laminar (K) K= 2480 (vegetación escasa).

Concentración de sedimento Cv: En volumen= 0.30-0.35 y En peso= 0.54-059. Gravedad específica de los sólidos Gs=2.689 (valor mínimo encontrado). Hidrograma de entrada y salida Los hidrogramas de líquidos y sólidos de entrada y el hidrograma de salida combinado se observan en las gráficas siguientes.

RESULTADOS

 Una vez modelada la creciente se obtuvieron mapas de altura de lámina de del flujo de lodos, dirección del flujo, velocidad y amenaza por deslizamiento en las figuras siguientes se ,muestra un tramo de la quebrada modelado con y sin obras de mitigación donde se aprecia la zonificación por amenaza de inundación donde el color rojo representa la amenaza alta (alturas de lámina de agua superiores a 1.5 metros), el color naranja amenaza media (alturas de lámina de agua entre 0.5 y 1.5 metros) y el color amarillo amenaza baja (alturas de lámina de agua menores a 0.5 metros) y la franja de inundación disminuye notablemente con las estructuras de retención de sólidos .

 

Obras y Recomendaciones: Diques de retención de solidos gruesos

Obras de bioingeniería:

Con el propósito de mejorar las condiciones de estabilidad y regulación hidrológica de la microcuenca de la quebrada Manizales por medio de las coberturas vegetales se recomienda realizar plantaciones forestales en las riberas de la quebrada, en una franja con la mayor continuidad posible, que tenga una ancho promedio de veinte (20) metros, desde el borde de cauce normal, en ambas márgenes de la quebrada, utilizando especies como el urapán, el laurel de cera, el eucalipto grandis, el gavilán, el surrumbo, arrayán de Manizales, drago, sauce y el aguacatillo.

 APORTES DE LA INVESTIGACIÓN A LA TOMA DE DECISIONES

 Se decidió por parte de la Alcaldía, Corpocaldas y la Unidad Nacional para la Gestion del riesgo construir parcialmente los diques de retención de solidos hacia la parte alta de la cuenca con el fin de mitigar los efectos de inundación aguas abajo y retener los bloques de gran tamaño que causan los mayores daños. Se determinaron las franjas de protección forestal a todo lo largo de los 7.2 km de la quebrada.

 

Se utiliza como fuente de consulta permanente de las Curadurías Urbanas para la evaluación de las licencias de construcción a lo largo de la quebrada. Es un documento de consulta para la formulación del POT del municipio que se adelanta en la actualidad.

APORTES DE LA INVESTIGACIÓN A LOS TEMAS DE LA REGIÓN

Sirvió para disminuir la vulnerabilidad de la conducción de agua de la ciudad, reubicando las tuberías de 28 y 30’’ en el sector de SICOLSA por encima de la cota máxima de inundación esperada. Ha sido un insumo determinante en el proyecto de rehabilitación vial de la vía Manizales – Bogotá entre el sector del Puente de la Libertad – Potro Rojo.

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Akira Miyawaki científico ambiental japonés quien  considera que diseñar bosques como barreras de protección por la elevación del nivel del mar y  tsunamis es la respuesta del hombre a la situación mundial de cambio climático y desastres como los tsunamis

Se le considera el gran protector de las costas de Japón, costas  que cubren 35 mil kilómetros, más o menos el 40% del territorio japonés.

Miyawaki, quien dirige el Centro Japonés de Estudios Internacionales de Ecología, busca árboles  nativos para construir estas barreras, sus árboles deben tener raíces profundas y recoge los deshechos no tóxicos para construir los montículos donde plantará los árboles. Promueve además esta práctica. El objetivo, dice, es que los bosques protectores permitan sobrevivir los próximos 9.000 años,  ante la próxima edad de hielo.

 Shubhendu Sharma después de es de escuchar  a Miyawaqui decidió aprender y dedicarse a plantar bosques. Promueve el método Miyawaqui  para acelerar el proceso de hacer bosques creando  minibosques que pueden crecer diez veces más rápido de lo pensado. El método sigue  un proceso de evaluación del sector, elección de los árboles,  irrigación, cultivo y plantación. Su trabajo de promoción en empresa Afforestt,  Creó un instructivo que liberó en Internet para que cualquier persona, desde el lugar en que se encuentre, sepa cómo crear su propio minibosque, qué plantas usar y cuáles puede conseguir en su área.     

La metodología es en resumen así:

Paso 1.Trabajar el suelo:

Determinar la textura del suelo y la cuantificación de la biomasa

 La textura del suelo es la composición del suelo en relación con la arena, el limo y la arcilla, siendo la arena la fracción más gruesa y la arcilla la más fina

La textura del suelo nos ayudará a determinar las siguientes propiedades del suelo:

Capacidad de retención de agua

Infiltración de agua

Capacidad de perforación de la raíz

Retención de nutrientes

Erodabilidad

 

Paso 2. Evaluar vegetación

Método Releve para la encuesta de vegetación natural

Jacques Braun-Blanquest estableció el método para clasificar la diversidad de especies en la cobertura vegetal en áreas más extensas.

Variables a considerar

        Altitud: altitud de la tierra desde el nivel del mar

        Ubicación geográfica: anotando las coordenadas y la ubicación de la tierra bajo estudio

        Zona: tipo de zona climática en la que cae

        Aspecto: dirección de la pendiente de la tierra

        Terreno: Observando el terreno (Rocky, grava, arena, etc.)

Categoría de vegetación: calcular el tipo de bosque nativo (árido, tropical, caducifolio, etc.)

 Se elige un sitio de encuesta sobre la base de su similitud en el nivel medible mencionado anteriormente con el sitio para cultivar el bosque. El tamaño y la forma relevantes del área releve están determinados por el área más pequeña en la que la composición de las especies de los árboles está adecuadamente representada. Para esto, es necesario tener una visión general del sitio de la encuesta potencial y ver si contiene un máximo de no. de especies encontradas en esa área.

Característica de las áreas de muestra releve debe tener en cuenta al elegirla:

• Debe tener un dosel de vegetación homogéneo.

• Debe tener un tipo de suelo homogéneo, un régimen de humedad y no debe contener bordes (agua / tierra, roca / agua, etc.)

• Suficientemente grande para contener todas las especies y gremios de plantas, es decir, una sola unidad reconocible del patrón repetitivo.

 

Paso 3. Crear el Plan.

Se diseña un plan  para planificar la repoblación

Los requisitos esenciales son:

Idealmente, el bosque debe tener al menos 4 metros de ancho para una impermeabilidad máxima.

El ancho mínimo necesario para el método de repoblación forestal Miyawaki es de 3 metros.

Se diseña un plan de riego

Se debe diseñar una línea principal basada en el requerimiento diario de agua para toda el área, respaldada por pozos perforados y tanques elevados.

Los requisitos esenciales son

El diseño de la instalación de riego debe hacerse con una línea principal con salidas de riego para las mangueras, que pueden llegar a toda el área del bosque.

La capacidad de la línea principal debe ser 'W X A', donde A es el área de forestación en mtrs cuadrados y W es el requisito de riego en litros por m 2 cuadrados por día.

Con pasarelas de mantenimiento

de 1 metro de anchas para que las personas puedan caminar.

 

Diseñe los siguientes espacios en AutoCAD en el archivo del plan maestro:

 

1) Área de almacenamiento de materiales- Tiene que ser el 10% del área total de forestación. Se requiere un área de almacenamiento de materiales por cada 4,000 metros cuadrados de área de forestación. Debe estar cerca del sitio. El camino de aproximación desde el área de almacenamiento al área de forestación es esencial.

 

2) Área de almacenamiento de plantones- Tiene que ser el 5% del área total de forestación. Se requiere un área de almacenamiento de árboles jóvenes por cada 4,000 metros cuadrados de área de forestación. Debe estar cerca del sitio. El camino de aproximación desde el área de almacenamiento al área de forestación es esencial.

 

3) Oficina local- Debe tener fácil acceso a toda el área de forestación. Debe tener conectividad por carretera a la entrada de la propiedad.

 

4) Área de descanso para el trabajo- Área cubierta con instalaciones de agua potable y área de descanso para las comidas. Debería tener área de lavado e inodoros.

 

5) Área de almacenamiento de herramientas y equipos. Protegido de la lluvia y el viento.

Acceso solo al personal designado.

 

Nota debe estar cerca a las vías de acceso al área de forestación para acceder al movimiento de tierras.Al área de almacenamiento de material y al área de almacenamiento de arbolitos con acceso a camiones.

 

 Shubhendu Sharma estará en nuestro congreso IX CICES y II ISI con una charla magistral. 

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