capítulo 8 erosión y obras de control

SECRETARIA DE ESTADO DE OBRAS PUBLICAS Y COMUNICACIONES REPUBLICA DOMINICANA

Página VIII-1 Erosión y Obras de control

Guía Geotécnica y Ambiental

CAPITULO VIII EROSION Y OBRAS DE CONTROL

VIII.1 CONSIDERACIONES GENERALES

La erosión puede ser definida como la remoción de suelos por agentes tales como el viento, agua y/o hielo. El proceso comprende el desprendimiento, transporte y posterior depósito de materiales de suelo o roca, por acción de la fuerza de un fluido en movimiento. La erosión de suelos se inicia por arrastre, impacto o fuerzas tractivas que actúan en las partículas individuales de los suelos, e involucra un proceso de separación de partículas y el transporte de las mismas por dichos agentes. Para fines de consulta general sobre procesos de erosión y su control, se recomienda la lectura del reciente libro del Ing. Jaime Suárez (2001) "Control de Erosión en Zonas Tropicales", la Guía Práctica para Control de Erosión (Biotechnical and Soil Bioengineering) de Gray & Sotir (1996), y las notas del curso de McCullah (2001). Estas referencias y diferentes manuales de fabricantes (Pavco, Tensar, Tenax y otros) han servido de base para la elaboración del presente Capítulo. En forma general existen dos clases de erosión. La erosión natural en la cual ocurre una pérdida de la superficie del suelo sin la intervención del hombre, y la erosión antrópica originada por el mal manejo que el hombre hace de la tierra, por ejemplo la construcción inadecuada de carreteras, edificaciones, presas, etc., la tala de los bosques, el sobrepastoreo del ganado y la siembra de cultivos anuales o perennes sin ninguna protección del suelo. En términos generales, la erosión depende de cuatro variables fundamentales (Aires, 1960):

• Cantidad e intensidad de lluvia

• Pendiente y topografía del terreno

• Propiedades físicas y químicas del suelo

• Características de la cobertura vegetal Considerando que para prevenir la erosión es necesario el entendimiento del mecanismo de los procesos asociados a la misma, en las tablas de las Figuras VIII-1 y VIII-2 se resumen los tipos de erosión, las características generales, el mecanismo y las obras de estabilización comúnmente utilizadas. Las Figuras VIII-3 y VIII-4 muestran fotografías con ejemplos de zonas afectadas por erosión, y la Figura VIII-5 muestra un efecto indirecto de la erosión al producirse derramamiento del estrato granular superior a lo largo de los canales resultantes de los procesos erosivos. En algunos materiales la erosión genera cárcavas profundas, cuyo progreso puede afectar severamente los caminos vecinales adyacentes. La Figura VIII-6 muestra el desarrollo de cárcavas de erosión que han comenzado a afectar la calzada de un camino vecinal.




Tipo de erosión Características

Por el viento El movimiento del viento ejerce fuerzas de arrastre y levantamiento sobre las partículas del suelo, desprendiéndolas, transportándolas y depositándolas.

Por gotas de lluvia Cuando las gotas de agua impactan el suelo sin vegetación, pueden soltar y mover las partículas a distancias realmente sorprendentes.

Laminar

Las corrientes superficiales de agua pueden producir el desprendimiento de las capas más superficiales de suelo en un sistema de erosión por capas que se van profundizando.

En surcos

La concentración del flujo en pequeños canales o rugosidades, hace que se profundicen dichos canales, formando una serie de surcos generalmente semi-paralelos.

Por afloramiento de agua

El agua subterránea al salir a la superficie puede desprender partículas de suelos sub-superficiales, formando cárcavas o cavernas.

Interna El flujo de agua a través del suelo puede transportar partículas, formando cavernas internas dentro del subsuelo.

En cárcavas

Los surcos pueden aumentar en dimensiones formando canales profundos, o la concentración en un sitio determinado de una corriente de agua importante puede generar canales largos y profundos denominados cárcavas.

En cauces de agua (erosión lateral y profundización)

La fuerza de arrastre del agua en las corrientes y ríos, produce ampliación lateral y profundización de los cauces.

Por oleaje La fuerza generada por las olas al ascender y descender por una superficie de suelo, produce el desprendimiento y transporte de partículas.

En masa El término erosión o remoción en masa, se relaciona a movimientos de masas de suelos, conocidos con el nombre genérico de deslizamientos.

Figura VIII-1 Tipos de erosión y características (Modificada de Suárez, 2001)




Elemento

erosionante Forma Mecanismo Obras de estabilización

Gotas de lluvia

Semilaminar. Golpeo, desprendi-miento y esparci-miento.

Cobertura vegetal de altura media y baja, reves-timientos, tratamiento quí-mico, impermeabilización.

Semilaminar (difusa).

Transporte de suelos desprendidos por la lluvia y arrastre de materiales sueltos.

Cobertura vegetal, canales, recubrimiento con suelos resistentes.

Escorrentía

En surcos. Desprendimiento y transporte a lo largo de canales intermi-tentes con avance hacia arriba.

Recubrimientos diversos, cobertura vegetal, barreras, canaletas.

En cárcavas. Desprendimiento, tur-bulencia en canales intermitentes con avance hacia arriba.

Recubrimientos diversos, trinchos, muros, barreras, canaletas, lavaderos, bio-ingeniería y biotecnología.

Agua quieta o en movimiento

Disolución. Disolución de los componentes quími-cos solubles en agua.

Impermeabilización.

Dispersión. Desmoronamiento o

separación de las partículas al saturarse.

Impermeabilización, geotex-tiles, recubrimientos.

Flujo tangencial Profundización y/o ampliación del cauce.

Corrasión en el perímetro mojado del cauce.

Recubrimientos, muros, en-rocados, espigones, retar-dadores, biotecnología.

Flujo curvilíneo

Avance lateral de la ribera.

Erosión por velocidad del agua y aportes por falla lateral de riberas verticales.

Recubrimientos, muros, en-rocados, espigones, retar-dadores, biotecnología.

Flujo alrededor de obstáculos

Erosión loca-lizada por tur-bulencias.

Socavación alrededor del obstáculo, pila de puente, etc. por cambio en la dirección del flujo.

Recubrimiento del fondo. Hexápodos, enrocados.

Figura VIII-2. Formas y mecanismos de erosión y obras de estabilización. (Suárez, 2001).




Elemento

erosionante Forma Mecanismo Obras de estabilización

Construcción de represas

Profundización por eliminación de sedimentos.

Al no aparecer sedi-mentos para reposición de erosión, el cauce se profundiza.

Recubrimiento, estructuras de fondo de cauce, bio-tecnología.

Cambios artifi-ciales del cauce

Profundización y/o sedimenta-ción.

Todo cambio en el régimen del río, produce erosión y la socavación.

Recubrimentos, estructuras de fondo, biotecnología.

Afloramiento de agua

Cárcavas en talu-des.

El gradiente hidráulico del afloramiento despren-de el suelo en cáscaras o flujo.

Drenes de pantalla, sub-drenes de penetración, biotecnología.

Movimiento de aguas

subterráneas

Erosión interna. Desprendimiento y trans-porte interno del suelo por velocidades altas del agua subterránea.

Impermeabilización, barre-ras enterradas, subdrenes.

Tubificación a lo largo de contac-tos.

Gradientes hidráulicos superiores a la capa-cidad de tracción del suelo.

Barreras enterradas, geo-textiles, subdrenes de penetración.

Oleaje

Erosión y movi-miento litoral en playas.

Erosión y transporte de sedimentos hacia arriba, abajo y lateralmente en la orilla del mar.

Espigones, rompeolas, muros.

Cavernas en talu-des de presas.

Desprendimientos y des-cascaramiento por la acción de olas repetidas.

Enrocados, recubrimientos, rompeolas.

Gravedad y pre-sión de poros

Deslizamientos. Disminución de la resis-tencia al corte y falla por movimientos en masa.

Muros, pantallas ancladas, subdrenes, abatimientos, bermas, bioingeniería, bio-tecnología.

Flujo de suelo o roca. Erosión en masa.

Los materiales se comportan como un fluido viscoso y fluyen talud abajo.

Estructuras de fondo, muros, recubrimientos, bio-ingeniería, biotecnología.

Figura VIII-2 (continuación). Formas y mecanismos de erosión y obras de estabilización (Suárez, 2001).




Figura VIII-3. Diferentes modelados de erosión.




Figura VIII-4. Diferentes modelados de erosión.




Figura VIII-5. Canales de erosión en el estrato inferior que permiten la caída del suelo granular que constituye el estrato superior.

Figura VIII-6. Desarrollo de cárcavas de erosión, cuyo progreso está afectando la calzada de un camino vecinal.




VIII.2 CONTROL DE LA EROSION

Existen múltiples materiales utilizados para el control de erosión, los cuales han sido listados por Suárez (2001), de la siguiente manera:

• Los geosintéticos: geomembranas, geotextiles tejidos y no tejidos, geomallas, geogrillas y geocompuestos.

• Los mantos sintéticos: Mantos de fibra de vidrio, esterillas tridimensionales.

• Matrices de fibras sintéticas: Hilos continuos o fibras independientes.

• Los tejidos orgánicos: de yute, fique, fibra de coco, fibra de madera, Excelsior.

• Las fajinas: de paja, fibra de coco.

• Las barreras para sedimentos: bolsas de arena, barreras de geotextil, barreras prefabricadas.

• Los geomoldes: colchonetas para rellenar con concreto, tubos de geotextil, bolsacreto, colchones celulares.

• Los prefabricados de concreto: muros de elementos prefabricados, bloques unidos por cables, bloques individuales.

• Los filtros granulares: gravas y arenas

• Los enrocados: rip-rap, grandes bloques de roca.

• El Mulching: fibra de madera, paja, mulching hidráulico.

• Los pegantes: emulsiones asfálticas, resinas sintéticas, yeso.

• Controladores de polvo fugitivo: cloruro de calcio, cloruro de sodio, silicatos, emulsiones de acrílico, aceites de petróleo, residuos de aceites vegetales, lignosulfonatos.

• Los gaviones: muros y revestimientos.

• La vegetación: Pastos, hierbas y árboles.

• Los suelos orgánicos, abonos naturales y sintéticos. A continuación se describen brevemente la mayoría de estos métodos de control de erosión, incluyendo gráficos y fotos que permiten su mejor visualización.

VIII.2.1 Geosintéticos Bajo el término geosintético se incluyen todos aquellos productos fabricados con polímeros como el polipropileno, el poliéster, el nylon y el polietileno. La mayor parte de los fabricantes producen estos elementos en rollos, lo que permite extenderlos fácilmente sobre una superficie. Entre los geosintéticos se pueden mencionar los geotextiles tejidos y no tejidos, las geomembranas, las geomallas o geogrillas, los geocompuestos, los mantos sintéticos, las esterillas tridimensionales, y las fibras sintéticas. La definición y descripción breve de cada uno de estos geosintéticos, es la siguiente:




VIII.2.1.1 Geotextiles Se trata de materiales textiles permeables (natural o sintético), manufacturados en forma de lienzo, que se utilizan en aplicaciones de ingeniería geotécnica, ambiental, hidráulica y de transporte. Los geotextiles no tejidos se construyen generalmente de filamentos de polímeros colocados en forma aleatoria o con una dirección específica, unidos por procesos mecánicos (punzados con alfileres), térmicos (calor) o químicos (resinas). Los geotextiles tejidos se producen mediante el entrelazado, por lo general en ángulo recto, de dos o más juegos de fibras, filamentos, cintas u otros elementos. Se subdividen según la sección de las fibras, en geotextiles del tipo mono filamento, multifilamento, y de cintas achatadas. La Figura VIII-7 muestra en microfotografías, las características de los geotextiles tejidos y no tejidos.

Figura VIII-7. Texturas de geotextiles tejidos (a y b) y no tejidos (c). (Maccaferri).

(a) (b)

(c)




Tal como se comentó en el Capítulo V, los geotextiles que se utilicen como filtros deben cumplir con dos requisitos en cierta forma contradictorios: la permeabilidad debe ser alta para facilitar el paso del agua y al mismo tiempo sus aberturas deben ser tales que tengan la capacidad de retener partículas de suelo. Los criterios de filtro fueron discutidos en dicho Capítulo.

VIII.2.1.2 Geomembranas Se denominan así los materiales esencialmente impermeables formados por capas de caucho o materiales plásticos. Existen diferentes tipos de membranas sintéticas, membranas de bentonita y de productos a base de arcilla. Véase Figura VIII-8.

Figura VIII-8. Membranas impermeables, las cuales pueden ser plastómeros y elastómeros(sintéticos) o bituminosas. (Cortesía de Maccaferri).




En la Figura VIII-9 se muestran ejemplos del uso de geomembranas, las cuales tienen como objetivo evitar la infiltración de aguas y la contaminación de subsuelo y los acuíferos existentes.

VIII.2.1.3 Geomallas y geogrillas Son estructuras de polimero uni-direccional o bi-direccional, que consisten en un sistema de elementos conectados integralmente por medio de extrusión, amarres o entrelazados, cuyas aberturas son más grandes que los elementos que la forman. Las geomallas o geogrillas se utilizan generalmente como refuerzo de suelos, como separadores entre capas, como canastas para gaviones o para mejorar las propiedades de otros geosintéticos. Ejemplos de geomallas y geogrillas utilizadas como refuerzo, se indican en el Capítulo VII, Estructuras de Contención.

VIII.2.1.4 Geocompuestos Se trata de combinaciones de dos o más geosintéticos, para aprovechar sus diferentes características, dando como resultado un sistema multi-funcional. Las fotos de las Figuras VIII-10 a VIII-12 muestran ejemplos de algunos geocompuestos patentados por diferentes empresas. La geomanta intermedia, mostrada en la Figura VIII-10, es una marca registrada (Enkamat), formada por un colchón tridimensional fabricado con filamentos de poliamida, unidos térmicamente entre sí en los puntos de contacto. Además de su uso en el geocompuesto mostrado en dicha figura, la geomanta Enkamat se utiliza para garantizar un sistema de enraizamiento con refuerzo permanente, favoreciendo el control de la erosión. Su estructura reduce la velocidad del viento y del agua en contacto con la superficie natural, evitando la erosión y favoreciendo la sedimentación. Entre otras de

Figura VIII-9. Ejemplo de uso de geomembranas. (Cortesía de PAVCO).




sus características, mantiene en su lugar la tierra fértil y las semillas, evitando que estas sean cargadas por el agua de lluvias, y fomenta el crecimiento vigoroso de plantas.

Figura VIII-10. Geocompuesto constituido por una cara de geomembrana impermeable y una carade geotextil permeable, separadas por una geomanta formada por filamentos de poliamida, quesirve como cámara de drenaje. (Enkadrain CKL20 de la empresa Akzo Nobel-Maccaferri).

Figura VIII-11. Geocompuestos con refuerzo entre dos capas de geotextil permeable, facilitando el drenaje planar. A la izquierda un geocompuesto de la empresa Tensar. A la derecha una muestra de Colbondrain de la empresa Akzo Nobel.




VIII.2.1.5 Mantos sintéticos Se trata de textiles fabricados con fibras y filamentos sintéticos estabilizados contra la acción de los rayos ultravioleta. Los tejidos y el material de protección de la vegetación (muclhing) son cosidos para garantizar la integridad de las mantas. Generalmente se coloca primero la semilla por un proceso de hidrosembrado y luego esta se cubre con el manto sintético. Una vez que germina la semilla, la vegetación emerge a través de los vacíos del geomanto.

VIII.2.1.6 Esterillas tridimensionales Son esterillas de alta resistencia, flexibles, con una matriz tridimensional de nylon, polietileno, polipropileno o PVC, a las cuales se les agrega estabilizadores de rayos ultravioleta (UV) para garantizar su durabilidad y facilitar el establecimiento permanente de vegetación. También se les denomina geoesteras tridimensionales. Las esterillas se colocan sobre el talud debidamente conformado, y se anclan al suelo utilizando ganchos, generalmente metálicos, y enterrando los bordes en zanjas de aproximadamente 30 cm de profundidad. La Figura VIII-13 ilustra en forma esquemática, las esterillas tridimensionales. La Figura VIII-14 muestra un diagrama del procedimiento de instalación general de telas y esterillas para control de erosión y las Figuras VIII-15 al VIII-17, muestran ejemplos de productos manufacturados por diferentes empresas especialistas en el ramo.

Figura VIII-12. Geomalla de refuerzo combinada con geotextil permeable que permite el drenaje planar hacia un tubo perforado (PAVCO).




Figura VIII-13. Ilustración esquemática del establecimiento de vegetación, utilizando una esterilla tridimensional (Suárez, 2001).

Figura VIII-14. Procedimiento de instalación de telas y esterillas para control de erosión (McCullah, 1996).




Figura VIII-15. Muestra de manta de fibra de coco y entretejido para el control de erosión y refuerzo de césped, manufac-turados por la empresa North American Green.

Figura VIII-16. Mantas para control de erosión en pendientes 1.5H:1V y en pendientes de 0.75H:1V. (American Excelsior Company-Pavco-Trical).




VIII.2.2 Textiles orgánicos Son textiles fabricados con fibras orgánicas de alta resistencia como Yute, Fique o Fibra de coco. Los tejidos de yute son fibras gruesas con un 65% aproximadamente de área abierta y una capacidad de absorción de agua muy alta, lo cual es su principal ventaja. Se pueden utilizar solo para proteger semillas y facilitar el establecimiento de la vegetación, o se pueden colocar sobre una capa de mulching. El fique es una fibra natural de origen tropical, de alta resistencia a la tensión y gran capacidad de absorción de agua, con la cual se fabrican tejidos y sogas. De acuerdo a Suárez (2002), según la experiencia colombiana se acostumbra colocar debajo del manto de fique, un lodo fertilizado compuesto por tierra orgánica, tierra arcillosa, estolones picados de gramíneas, semillas de gramíneas, fertilizantes químicos y un hidroretenedor de agua. Una vez colocado el lodo fertilizado sobre el talud, en un espesor aproximado de 1 cm, se procede a colocar el biomanto de fique, el cual se fija al talud mediante ganchos de alambre galvanizado. Generalmente se colocan hasta seis ganchos por metro cuadrado de protección en taludes de alta pendiente. La fibra de coco es de alta resistencia a la tensión y posee una buena durabilidad. La resistencia a la tensión de las fibras de coco varía entre 18 y 26 kN/m. Las telas de coco tienen una vida útil entre 5 y 10 años, dependiendo de las condiciones de humedad. En la Figura VIII-15, previamente mencionada, se pueden observar muestras de fibra de coco, y en la Figura VIII-18 se muestra el uso de mantas de fique en una obra. Dentro de los tejidos orgánicos también se pueden mencionar los mantos orgánicos los cuales son fabricados con máquina, utilizando compuestos orgánicos biodegradables como paja, biruta de madera, fibra de coco, fique o una combinación de ellos.

Figura VIII-17. Mantos de fibras fabricados por Synthetic Industries (Compañía de Empaques S.A.)




Figura VIII-18. Vista general y detalle de trabajo de revegetalización de taludes con agrotextiles de Fique (Compañía de Empaques S.A.).




Especificaciones para la colocación de tejidos y mantos Las siguientes especificaciones tomadas de Suárez (2001), pueden servir de base para la construcción de tejidos y mantos, orgánicos e inorgánicos. 1. Preparación del sitio

• Conforme el área del talud.

• Remueva todas las rocas salientes y otras obstrucciones para que los mantos tengan un contacto directo con el suelo.

• Prepare el suelo por debajo del manto, escarificando los 50-70 mm superiores de suelo.

• Incorpore al suelo los productos que se requieran tales como: cal, fertilizantes, de acuerdo a los ensayos del suelo y al plan de revegetalización.

2. Colocación de semillas

• Siempre coloque las semillas antes de instalar el manto.

• Sobre las semillas coloque el suelo orgánico especificado. 3. Anclaje

Se deben utilizar ganchos en forma de U o estacas triangulares. Los alambres para los ganchos deben ser de calibre mínimo BWG 11 y deben tener una longitud mínima de 50 cm.

4. Instalación sobre taludes

• Inicie en la parte alta del talud, anclando el manto en una excavación de 20 cm de profundidad y 20 cm de ancho. Rellene nuevamente la zanja compactando firmemente.

• Desenrolle el manto hacia abajo del talud, en la dirección del flujo de agua.

• Las uniones laterales entre rollos paralelos adyacentes, deben traslaparse mínimo 150 mm y deben anclarse con ganchos cada 90 cm.

• Coloque los mantos sueltos en tal forma que mantengan contacto directo con el suelo. No estire los mantos.

• Los mantos deben anclarse con suficientes ganchos como para mantener contacto con el suelo. En taludes 1:1 a 2H:1V, se requiere un mínimo de 3 ganchos por metro cuadrado. En taludes de menor pendiente, se requieren 1 a 2 ganchos por metro cuadrado.

VIII.2.3 Fajinas prefabricadas Entre las fajinas prefabricadas, se pueden mencionar los rollos de paja y los rollos de fibra de coco. Los rollos de paja son fabricados con paja empacada en redes de tejidos plásticos, formando un tubo muy similar a las fajinas. Tienen unos 200 mm de diámetro y 8 a 9 m de largo, y se colocan por medio de estacas a lo largo de las líneas de nivel de los taludes. Su propósito es capturar y mantener los sedimentos sobre el talud y son útiles para la estabilización temporal, reduciendo la erosión laminar y en surcos, mientras la vegetación puede ser plenamente establecida. Los rollos de paja absorben una gran cantidad de humedad y se descomponen totalmente en uno o dos años. La Figura VIII-19 muestra el proceso de instalación de rollos de paja.




Los rollos de fibras de coco, se utilizan para controlar la erosión en riberas de corrientes, para controlar la erosión en surcos y cárcavas en taludes. También son utilizados para la formación de raíces en obras de bioingeniería. Generalmente se fabrican en diámetros de 12”, 18” y 24” y longitudes hasta de 6 m. Las fibras son muy porosas y acumulan grandes cantidades de agua, siendo además muy resistentes. Su alta resistencia permite utilizarlos, en algunos casos, para reemplazar los enrocados. La Figura VIII-20 muestra un esquema de los rollos de fibras de coco.

Figura VIII-19. Procedimiento de instalación de rollos de paja en taludes (McCullah, 1996).




Entre los productos que han sido utilizados para control de riberas, se puede mencionar la Bermalonga que es un marca registrada por la empresa Deflor Bioengenharia. Las bermalongas son fibras vegetales deshidratadas, sometidas a presión, que forman un cilindro flexible y muy resistente. Los rollos son fabricados con diámetros de 20, 30, 40 y 50 cm. Las fibras vegetales retienen sedimentos, permiten el paso del agua pero no se colmatan. En este sentido han sido también

Figura VIII-20. Esquema de los rollos de fibra de coco (McCullah, 1996).




utilizadas como drenes profundos. La foto de la Figura VIII-21 muestra el uso de la Bermalonga para el control de márgenes de un río. Las fotos de la Figura VIII-22 muestran los productos de la empresa Deflor, entre los cuales está incluida la denominada Bermalonga. Las Figuras VIII-23 y VIII-24 muestran taludes donde se han utilizado combinación de productos para la protección de taludes contra la erosión, y la Figura VIII-25 muestra el esquema de instalación. La Figura VIII-26 muestra una secuencia fotográfica que permite visualizar el estado inicial de un talud y los resultados de su tratamiento. La revegetalización también está siendo utilizada en obras de concreto armado tanto para evitar la concentración de calor en esas áreas, como para mejorar la estética y el paisajismo. En la Figura VIII-27 se muestra un caso de una pantalla de concreto lanzado que fue recubierta con un sandwich de dos mantos y 15 cm de suelo.

Figura VIII-21. Uso de rollos de fibras (Bermalonga) para el control de márgenes. (Cortesía del Ing. Luiz Lucena, Deflor Bioengenharia).




(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)

Figura VIII-22. (a) Tela vegetal. (b) Bermalonga. (c) Colchón biotextil. (d) Tela Fibrax. (e) Manta Fibrax. (f) Tela biotextil. (g) Tela georeforzadora. (h) Manta biotextil. (Deflor Bioengenharia).




Figura VIII-23. Uso de tela fibrax para el revestimiento de taludes (Deflor Bioengenharia).

Figura VIII-24. Uso de tela georeforzadora para la protección de un talud (Deflor Bioengenharia).




Figura VIII-25. Combinación de uso de manta biotextil y bermalonga para la protección de un talud (Deflor Bioengenharia).

BERMALONGA

MANTA BIOTEXTIL

GEOTEXTIL

GRAPA

CANALETA REVESTIDA CON MANTA

HIERBA




Figura VIII-26. Técnicas de bioingeniería utilizadas para la recuperación de un talud, mediante el uso de bermalongas, telas y mantas biodegradables (Deflor Bioengenharia).




Figura VIII-27. Uso de la biotecnología para la revegetalización de obras de concreto. (Cortesía del Ing. Luiz Lucena).




VIII.2.4 Barreras de sedimentos Entre las barreras de sedimentos más utilizadas se pueden mencionar las bolsas de arena y las barreras de geotextil. Las primeras son bolsas de geotextil rellenas de arena que se utilizan como barreras provisionales para la contención de agua o el control de sedimentos. Las barreras de geotextil se construyen con telas permeables, las cuales se colocan interceptando flujos efímeros de agua y su propósito es constituir una barrera temporal para sedimentos. Además de este tipo de barreras, existen empresas que elaboran barreras prefabricadas de diferentes tipos.

VIII.2.5 Geomoldes Los geomoldes son colchones fabricados con telas geotextil que se rellenan de concreto. En general se recomienda el uso de telas fabricadas con hilo que permiten la salida del agua en exceso de la mezcla de concreto. La mezcla debe ser lo suficientemente fluida para que fluya dentro de la “bolsa” y la infle hasta el espesor de diseño. Se recomienda que el concreto sea fino y con una resistencia a la compresión mayor de 150 kg/cm2, a los 28 días. Como geomoldes se han utilizado colchones de geotextil rellenos de arena y de concreto. El geomolde más conocido es el denominado “bolsacreto”. Las bolsas de polipropileno rellenas de concreto se colocan una sobre obra, formando un conjunto resistente. Cada bolsa debe tener una válvula autosellante para colocar la manguera por la cual se inyecta la mezcla de concreto. Durante el llenado, debe prestarse especial atención para que no se formen cavidades de aire dentro de la bolsa. Las Figuras VIII-28 y VIII-29 muestran ejemplos de obras de protección a la erosión, donde se utilizó bolsacreto.

Figura VIII-28. Utilización del sistema de bolsacreto para la protección de márgenes. (Cortesía de PAVCO).




En algunas obras se han construido localmente sistemas de protección con sacos de suelo-cemento, tal como puede verse en la foto de la Figura VIII-30.

Figura VIII-29. Revestimiento de taludes con el sistema bolsacreto. (Cortesía de PAVCO).

Figura VIII-30. Uso de sacos rellenos con suelo-cemento para control de erosión.




VIII.2.6 Prefabricados de concreto Entre los prefabricados de concreto los más conocidos son los tetrápodos y hexápodos que son elementos de concreto armado, el primero de ellos con cuatro salientes que forman 120º entre sí, y el segundo con seis salientes o brazos que forman 90º entre sí. Estos bloques se colocan unos sobre otros para conformar una estructura similar a los enrocados. Otros elementos de concreto utilizados para protección contra la erosión son los dolos, los cuales son relativamente delgados y tienen una viga central que une dos puntas alargadas, rotadas entre sí 90º. Las Figuras VIII-31 al VIII-33 muestran diferentes elementos de concreto prefabricado, utilizados para el control de erosión.

Figura VIII-31. Elementos prefabricados de concreto utilizados en el Canal de Panamá. (Cortesía del Ing. Luis Fernández, Autoridad del Canal de Panamá).




Figura VIII-32. Elementos de concreto prefabricados denominados A-jacks, utili-zados como protección contra la erosión en el Canal de Panamá. (Cortesía del Ing. Luis Fernández).

Figura VIII-33. Elementos deno-minados “dolos” utilizados para el control erosión en las obras del Canal de Panamá. (Cortesía del Ing. Luis Fernández).




VIII.2.7 Enrocados Los enrocados constituyen uno de los sistemas más antiguos para el control de erosión y protección de márgenes. El peso de grandes rocas permite soportar fuerzas tractivas altas y su costo cuando se encuentran cercanas a las obras, puede ser muy inferior al de los elementos de concreto. Los en-rocados se utilizan para protección de taludes, de las siguientes formas: (a) colocando generalmente la capa de enrocado sobre un geosintético, (b) como espigones que se construyen a lo largo de la orilla de ríos, (c) como diques de retención y control de fondo de cauces, y (d) como rompeolas que son estructuras paralelas a la orilla cuya función es disminuir la energía de las olas y facilitar la sedi-mentación de arenas. Los aspectos relativos al diseño de enrocados se tratan en el Capítulo X. La foto de la Figura VIII-34 muestra un tramo de un talud inferior a una vía, protegido contra la erosión con un enrocado.

VIII.2.8 Mulching y protectores de la vegetación El “mulching” es un material o capa de paja u otro material, utilizado para proteger las semillas o la vegetación durante el proceso de germinación. El objetivo del mulching es impedir el efecto negativo de la lluvia, el viento, rayos del sol y de los depredadores. Tal como lo resume Suárez (2001), en suelos arenosos muy susceptibles a la erosión, en pendientes superiores a 2.5H:1V, o en áreas muy lluviosas, el mulching y los procesos de hidrosembrado no resultan ser muy eficientes. En términos generales los sistemas de mulching permiten mucha más erosión que los mantos, sin embargo, en bajas pendientes y en zonas de baja precipitación, el comportamiento del mulching es similar al de los mantos enrollables. Los mulching se fabrican de fibra de madera virgen, con paja, tamo de arroz, tallos de caña de azúcar, pulpa de madera o cualquier otro residuo vegetal o productos de reciclaje como papel periódico. También existe el mulching hidráulico el cual se coloca conjuntamente con las semillas en los procesos de hidrosembrado, que se tratará más adelante. Este tipo de mulching se coloca con un equipo a presión en forma similar al sistema de hidrosembrado. La experiencia recomienda que el espesor de la capa de mulching no debería ser mayor de 5 cm, y que no se coloquen más de 5 toneladas de mulching de paja por hectárea.

Figura VIII-34. Tramo de talud protegido contra la erosión con un enrocado.




VIII.2.9 Gaviones Las características de los gaviones y los aspectos asociados a su construcción fueron explicados en el Capítulo VII, donde se consideraron los gaviones como muros de contención. Para fines de control de erosión y socavación, los gaviones pueden ser utilizados como revestimientos para protección de márgenes, protección de paredes de canales y como espigones. La foto de la Figura VIII-35 muestra un sitio típico que está siendo afectado por erosión de márgenes con riesgo futuro para la vialidad adyacente y la vivienda mostrada en dicha foto. Los revestimientos con gaviones consisten en un colchón dentro del agua y de una serie de gaviones de poco espesor colocados sobre la ribera, los cuales deben llegar como mínimo hasta el nivel de aguas máximas. Debajo del gavión es práctica común colocar una capa de filtro de transición o un geotextil no tejido, permeable, de polipropleno, cuya función es evitar la erosión de los materiales debajo del gavión. El revestimiento de taludes con pendientes menores de 2H:1V se realiza normalmente con espesores de 30 cm, siempre que no haya condiciones de afloramientos de agua en el talud. Si la pendiente es mayor de 2H:1V, se deben utilizar gaviones de 0.50 m de espesor hasta taludes 1:1, y hasta de 1 m para taludes superiores a 1:1. En la Figura VIII-36 se muestran secciones típicas de protección de taludes. El espesor del revestimiento es función del gradiente y la velocidad de la corriente, y puede estimarse de acuerdo a la tabla de la Figura VIII-37.

Figura VIII-35. Sitio que está siendo afectado por erosión en la margen derecha de un río, cuyo progreso pondría en alto riesgo la vialidad adyacente y la vivienda que se observa en el centro de la foto.




Figura VIII-36. Secciones típicas de protección con gaviones de taludes cercanos a cursos de agua.




Velocidad (m/seg) Espesor en metros

0.9 – 1.8 0.15

1.8 – 3.6 0.15 – 0.25

3.6 – 4.5 0.25 – 0.30

4.5 – 5.4 0.30 – 0.50

Figura VIII-37. Espesor de revestimiento de canales en gaviones La Figura VIII-38 muestra un ejemplo de diseño de protección de un canal con gaviones y la Figura VIII-39 muestra una fotografía de un canal protegido con el sistema de gaviones.

Figura VIII-38. Ejemplo de diseño de protección de un canal con gaviones (Suárez, 2001).




La mayoría de los gaviones se construyen en un recipiente generalmente paralelepípedo de alambre galvanizado con resistencia a la tensión entre 30 y 50 kg/mm2. Cuando se esperan problemas de abrasión, los gaviones se pueden revestir con concreto tal como se muestra en la foto de la Figura VIII-40. La Figura VIII-41 muestra secciones típicas y fotografía de elementos denominados geocolchones, constituidos por geomallas químicamente inertes rellenas de rocas, utilizados para el control de erosión. La Figura VIII-42, presenta un ejemplo de gaviones construidos con cestas metálicas, reforzando las cestas con tirantes horizontales.

Figura VIII-39. Ejemplo de revestimiento de paredes de un canal con gaviones. (Cortesía de Productos Lemac, Interandina de Gaviones).

Figura VIII-40. Reves-timiento de gaviones conconcreto para evitarproblemas de abrasión.(Cortesía del Ing. G.Cobos, Corporación parala Defensa de la Mesetade Bucaramanga).




Figura VIII-41. Seccio-nes típicas mostrando detalle de parte superior e inferior de la solución propuesta, y fotografía de rocas colocadas en cestas elaboradas con geomalla químicamente inerte y resistente a rayos ultravioleta, deno-minadas geocolchones. (Cortesía del Ing. L. Fernández, Autoridad del Canal de Panamá).




Ejemplos del uso de gaviones como espigones para el control de erosión de márgenes, pueden observarse en la Figura VIII-43. Asimismo, en la Figura VIII-44 se muestran diferentes formas de espigones, identificadas como de asta simple, martillo y bayoneta. Además de su uso como protección para caída de rocas, lo cual fue tratado en el Capítulo VII, Estructuras de Contención, las mallas de gaviones también han sido utilizadas como diques para el control de cauces (Figura VIII-45), como estructuras de vertedero (Figuras VIII-46 y VIII-47) y como protección de pilas de puentes (Figura VIII-48).

Figura VIII-42. Vista general y detalle de gaviones construidos con cestas metálicas. (Compañía de Empaques S.A.).




Figura VIII-43. Espigones construidos con gaviones para el control de erosión de márgenes de un río. Estos permiten corregir el radio de curvatura de un río, disminuyendo la formación de turbulencia. El material depositado entre los espigones, permite la recuperación progresiva de la margen a proteger.

Figura VIII-44. Espigones de asta simple, martillo y bayoneta. (Maccaferri).




Figura VIII-45. Utilización de diques de gaviones para el control de cauces (Interandina de gaviones).

Figura VIII-46. Vertederos construidos con estructuras de gaviones (Interandina de Gaviones).




Figura VIII-48. Gavionesutilizados para prote-cción de pila de unpuente (Interandina deGaviones).

Figura VIII-47. Vertedero y estructuras de control de cauces utilizando gaviones. (Cortesía del Ing. G. Cobos, Plan Maestro de Control de Erosión, Bucaramanga, Colombia).




VIII.2.10 Vegetación y abonos Esta metodología de control de erosión, se enmarca dentro del campo de la bioingeniería y comprende el uso de árboles, arbustos, hierbas y pastos como sistemas de protección contra la erosión. Si se desea utilizar vegetación como control de erosión en obras de ingeniería civil, se requiere conjugar el conocimiento de la ingeniería con el de especialistas en plantas. En este sentido, es necesario disponer de información relativa a las propiedades de las plantas tales como:

• Estructura, altura, grosor y rigidez de los tallos.

• Profundidad, densidad y distribución de raíces.

• Aptitud para el régimen climático del sitio.

• Interacción con el agua y con el suelo.

• Resistencia a la sumergencia, al pisoteo y a la quema.

• Resistencia a la tensión. La Figura VIII-49 muestra varias formas de estructuras de raíces, las cuales se identifican como raíces de extensión lateral, raíces de extensión radial y raíces pivotantes. De acuerdo a la experiencia, la mejor protección contra la erosión se logra con una malla densa de raíces finas que alcancen profundidades de al menos 50 cm. La profundidad de las raíces depende tanto de la especie vegetal como el tipo de suelo. Existe una tendencia a un mayor desarrollo de raíces profundas en suelos mixtos areno-arcillosos que en suelos cons-tituidos exclusivamente por arcilla y arena. En general, la profundidad de las raíces de los pastos varía entre 50 y 75 cm, mientras que las raíces de los árboles y arbustos están en el orden de los tres metros con mayor densidad en el primer metro. El efecto del refuerzo de raíces de árboles en la estabilidad de taludes ha sido extensamente estudiado por la Oficina de Control Geotécnico del Gobierno de Hong Kong. Estas investigaciones han sido publicadas por Greenway et al (1984), Greenway (1987), y Yin et al (1988). Los autores expresan que un suelo reforzado con raíces se comporta como un material compuesto. Los refuerzos tienen alta resistencia relativa a la tensión y el desarrollo de fuerzas de fricción entre el refuerzo y la matriz de suelo, es el fenómeno esencial que permite

Figura VIII-49. Formas generales de raíces (Suárez, 2001).




la movilización de resistencia adicional dentro del material compuesto. En otras palabras, los esfuerzos de corte en el suelo movilizan la resistencia a la tensión del refuerzo, el cual a su vez imparte mayor resistencia al suelo. El efecto del refuerzo en la relación esfuerzo-deformación de un suelo, está representado por un aumento en la resistencia al corte del suelo, y hace al suelo más dúctil y capaz de resistir deformación continua, sin pérdida significativa de resistencia. Yin et al (1988), concluyen con base en la investigación de tres casos en Hong Kong, que las raíces de árboles tuvieron un efecto significativo y proporcionaron una resistencia efectiva contra fallas relativamente superficiales. Con relación a la Figura VIII-50, Yin et al resumen la influencia de la vegetación en la tabla incluida en la Figura VIII-51. Cabe destacar que en nuestra práctica profesional, se han constatado casos en rocas metamórficas foliadas, donde las raíces han causado un efecto adverso o negativo a la estabilidad de taludes. Las raíces tienden a desarrollarse a lo largo de los planos de foliación de las rocas, abriendo esta discontinuidad y rompiendo los puentes de roca, además de facilitar el escurrimiento de agua en las aberturas producidas por ella. Otro aspecto importante de mencionar es que si el árbol muere, las raíces se pudren y pierden su resistencia por completo, dejando orificios por donde puede penetrar el agua y sustancias deletéreas.

Mecanismos hidrológicos Influencia

1. El follaje intercepta la lluvia, causando pérdidas por absorción y evaporación que reduce la infiltración de aguas. Beneficiosa

2. Las raíces y troncos aumentan la rugosidad de la superficie y la permeabilidad del suelo, aumentando la capacidad de infiltración. Adversa

3. Las raíces extraen humedad del suelo, la cual se pierde en la atmósfera por transpiración, conduciendo a menores presiones de poro.

Beneficiosa

4. Disminución de la humedad del suelo puede acentuar la desecación y agrietamiento del suelo, resultando en una mayor capacidad de infiltración.

Adversa

Figura VIII-51. Mecanismos hidrológicos y efectos mecánicos de las raíces y su influencia en la estabilidad de taludes. Véase Figura VIII-50. (Yin et al, 1988).

Figura VIII-50. Interacción ladera-vegetación, e influencia en la estabilidad (Yin et al, 1988).




Efectos mecánicos Influencia

5. Las raíces refuerzan el suelo, aumentando su resistencia al corte. Beneficiosa

6. Las raíces pueden anclar el suelo dentro de un estrato firme, suministrando soporte al manto de suelo a través de un efecto de berma y de arco.

Beneficiosa

7. El peso de los árboles sobrecarga el talud, aumentando las componentes normales y las fuerzas en el sentido de la ladera.

Adversa/ Beneficiosa

8. La vegetación expuesta al viento, transmite fuerzas dinámicas en la ladera. Adversa

9. Las raíces unen las partículas de suelo a la superficie del terreno, reduciendo su susceptibilidad a la erosión. Beneficiosa

Figura VIII-51 (continuación). Mecanismos hidrológicos y efectos mecánicos de las raíces y su influencia en la estabilidad de taludes. Véase Figura VIII-50. (Yin et al, 1988).

Criterios de diseño La selección del tipo de especie vegetal más apropiado para el control de erosión, debe responder a los siguientes factores (Suárez, 2001):

• Adaptación. Se recomienda utilizar plantas comunes de la región, que ya estén adaptadas al ambiente.

• Hábitos de crecimiento. Tolerancia al pisoteo, quemas, sequías y otros factores adversos.

• Rapidez de crecimiento. Involucra la germinación y crecimiento de la especie.

• Sistema de siembra. Se debe diseñar un sistema de siembra, abono y protección durante la germinación y crecimiento.

• Sistema de mantenimiento.

• Características de absorción. Cada especie vegetal posee una capacidad de absorción diferente.

• Características de las raíces. Tipo de raíz, longitud, densidad del sistema radicular, resistencia.

• Follaje. Volumen y peso del follaje, tamaño de las hojas, rugosidad, capacidad de retención de agua.

• Tipo de suelo. El pH del suelo y los nutrientes que se requieren para el crecimiento de cada especie.

• Disponibilidad de agua y humedad. Algunas plantas requieren determinadas características de humedad.

• Tipo de protección que se requiere. Si es solo para el control de erosión o se requiere estabilizar el talud.




Para fines de diseño es conveniente tener en mente los siguientes aspectos:

• Preferiblemente utilizar plantas locales, adaptadas al medio.

• Equilibrar la capacidad de absorción y humedad.

• Los árboles más altos generalmente tienen raíces más profundas, por lo tanto deben ser utilizados en aquellos casos donde existan problemas de estabilidad.

• Las hierbas y pastos poseen raíces más densas y son preferibles para el control de erosión superficial.

• Las cañas y bambúes se adaptan muy bien en las orillas de los ríos.

• Si se preve el acceso de personas, las especies deben ser resistentes al pisoteo.

• Si hay ganado en el área, se deben evitar especies apetitosas para los animales. En todo caso, es importante la construcción de cercas para impedir el paso de ganado.

• Las especies muy ávidas de agua invaden los alcantarillados y ductos de agua.

• Evitar el uso de especies indeseables, las cuales aunque pueden cumplir parcialmente con el objetivo de control de erosión, pueden producir efectos ecológicos negativos. Tal es el caso de las especies invasoras las cuales se extienden hacia las áreas vecinas destruyendo la bio-diversidad existente.

• Es recomendable el uso de varias especies en cada sitio, las cuales deben complementarse para lograr un equilibrio ecológico y un sistema capaz de generar una cobertura densa y resistente a los cambios climáticos (Moses, 1998, citado por Suárez, 2001).

En cuanto a las especies a utilizar, las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de especie vegetal, se presentan en la tabla de la Figura VIII-52.

Tipo de vegetación Ventajas Desventajas

Pastos

Versátiles y baratos, amplio rango de tolerancias, fáciles de establecer, y cobertura buena y densa de la superficie.

Raíces poco profundas, se requiere un mantenimiento regular en el tiempo.

Cañas y juncos Se establecen muy bien en riberas y ríos, crecen rápidamente.

Son difíciles de conseguir y se deben sembrar uno a uno con costos altos de mano de obra.

Hierbas Raíces profundas. Semillas difíciles de conseguir. Muchas veces son difíciles de establecer.

Figura VIII-52. Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de especie vegetal. (Suárez, J. y Lucena, L., 2002, comunicación personal).




Tipo de vegetación Ventajas Desventajas

Leguminosas Fáciles de establecer. Se mezclan muy bien con los pastos.

No toleran sitios difíciles.

Arbustos Plantas robustas relativamente fáciles de establecer. Raíces profundas. Bajo mantenimiento.

Costosos cuando no es posible establecerlos por estaca o semilla y algunas veces difíciles de establecer.

Arboles Muy buena raíz profunda. Requieren poco mantenimiento.

Crecen lentamente. Se requiere un tiempo largo para establecerlos. Generalmente son costosos.

Figura VIII-52 (continuación). Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de especie vegetal. (Suárez, J. y Lucena, L., 2002, comunicación personal).

En la Figura VIII-53 se indican, en forma tabulada, algunas de las especies vegetales más comunes con su nombre científico y nombre usual correspondiente.

Tipo de vegetación Especie

Pastos

Vetiveria Zizanioides (Vetiver), Braquiaria Decumbens Stapf, Melinis minutiflora (Chopín o Yavaguá), Pennisetum Clandestinum (Kikuyo), Hipasrhemia rufa stapf (Puntero o Yaragua Uribe), Disitaria Decumbens Stent (Pangola), Penniceteum purpurerum (Elefante), Stenotratum Secundatum (San Agustín), Cynodon dactylon (Bermuda), Panicum maximum (Guinea), Tripsacum laxum (Guatemalteco), Cymbopogum citratus (limonaria).

Hierbas y juncos Calliandriaa Calothusrsus (Calliandra), Pittosporum undulatum.

Arboles y arbustos Bambusa vulgaris (Bambú), Bambusa guadua (Guadua), Gliricida sepium (Mataratón), Albizia Lebbeck (Lengua de mujer), Hematoxlun campechanum, Citatexylum spinosum, Eucalyptus globulus (Eucalipto).

Figura VIII-53. Especies comunes agrupadas según el tipo de vegetación. De las especies indicadas en la Figura VIII-53 previamente mencionada, vale la pena destacar las características de algunas de ellas por su frecuente uso. Tal es el caso de la Vetiveria Zizanoides, la Panicum Maximum, la Pittosporum undulatum, la Bambusa Guadua y el Eucalyptus globulus. La Vetiveria Zizanoides es el pasto que probablemente se está utilizando mayormente en el mundo con fines de control de erosión. Crece desde el nivel del mar hasta 2000 msnm, en zonas con precipitación media anual desde 600 mm a 6000 mm, suelos con pH desde 4.5 a 10.5 y temperaturas desde 5ºC a 45ºC. Según las experiencias de Pawar, 1999, el vetiver se establece muy fácilmente en suelos húmedos y con perfil profundo pero presenta dificultades en suelos secos o perfiles rocosos. El Vetiver es una gramínea perenne de tupidos penachos, carentes de aristas y se propaga sembrando pedazos de tallo con raíces. Generalmente se siembran pequeños pedazos de tallo enraizados separados 10 a 15 cm del uno al otro, formando hileras semi-horizontales o diagonales sobre la superficie del talud. La planta crece en grandes macollas a partir de una masa radicular muy ramificada y esponjosa, y puede permanecer en el sitio hasta 60 años. Sus raíces son fibrosas y pueden llegar hasta profundidades de 2-3 m. Se le atribuyen propiedades de mayor




resistencia al fuego con respecto a otros tipos de plantas y por esta razón se han utilizado como barreras al pie de taludes para evitar el fuego que se puede originar por cigarrillos que lanzan los conductores en carreteras. La Figura VIII-54 muestra un esquema de una planta de pasto Vetiver y en de la Figura VIII-55 se pueden observar fotografías de dicha planta. Entre las características del Vetiver, se pueden citar:

• El sistema de raíces presenta gran resistencia a la tracción e impide la erosión al resistir velocidades muy altas de corrientes y grandes turbulencias.

• Soporta grandes seguías debido a que su raíz profunda penetra suelos que mantienen la humedad en temporadas secas.

• Tolera altos niveles de toxicidad del suelo por manganeso, aluminio y otros metales, y crece también en suelos sódicos y salinos.

• Tolera el fuego y germina nuevamente después del fuego.

• Repele ratas y roedores debido a que tiene un aceite fuertemente aromático que es desagradable para los animales, y sus hojas afiladas ahuyentan las serpientes.

• No permite el crecimiento de otras hierbas dentro del macetón.

• No produce estructuras reproductivas tales como rizomas ni estolones, lo que lo convierte en no invasor de áreas vecinas.

La especie Panicum maximum es un pasto que se reproduce por semilla o estolón. Se clasifica como invasora y coloniza los taludes de carreteras en forma muy rápida. Sus hojas alcanzan alturas hasta de un metro y su uso es muy común en las islas del Caribe. El pasto Tripsacum laxum, se adapta a climas cálidos y medios y crece desde el nivel del mar hasta 2000 msnm, y en regiones donde las precipitaciones varían entre 800 y 3000 mm anuales, con temperaturas entre 18ºC y 28ºC. Es muy resistente a la sequía y los tallos crecen erectos, alcanzando alturas entre 2 y 3 m con hojas anchas y alargadas. Su uso es también muy común en las islas del Caribe. Entre las hierbas y juncos, se pueden citar el Pittosporum undulatum que es una especie invasora muy rápida, que ha sido utilizada en las islas del Caribe para obras de bioingeniería. Algunos autores consideran que debido a su gran capacidad de invasión puede originar efectos ecológicos desastrosos, destruyendo especies nativas.

Figura VIII-54. Esquema de una planta de pasto Vetiver (Suárez, 2001),




(a) (b)

(c) (d)

Figura VIII-55. (a) Macolla de Vetiver. (b) Tallo de Vetiver. (c) Corte de la macolla para sembrarla. (d) planta madre. (Cortesía del Ing. R. Escobar y del Vivero Eco Sistema, Londono y Dávila, San Felipe, Venezuela).




La bambusa guadua es una especie de bambú con tallos de gran diámetro y de altura considerable (Véase Figura VIII-56). Esta especie requiere de precipitaciones superiores a 1000 mm al año y se desarrolla a altitudes entre 0 y 2000 msnm. La multiplicación vegetativa de la guadua se realiza por los rizomas, de donde emergen nuevos tallos. También se reproducen sexualmente o por semilla. La germinación ocurre a los 23 días de sembrada la semilla. Para el control de erosión la guadua ha sido utilizada para la protección de las riberas de corrientes, gracias a su densa red radicular y como material para la construcción de trinchos y estructuras para el establecimiento de vegetación. El Eucalyptus globulus es otra especie utilizada como estaca para trinchos y para enramados vivos. Se está utilizando para el control de erosión en algunos países de Sudamérica y en toda Centroamérica y las islas del Caribe. Tiene una raiz profunda pivotante tal como puede verse en el esquema de la Figura VIII-57 y una extraordinaria capacidad de evapotranspiración. En temporadas de sequía puede producir un secamiento excesivo del suelo, eliminando otras especies vegetales. Las especies típicas que se utilizan para la protección de taludes en República Dominicana, se resumen en la tabla de la Figura VIII-58.

Figura VIII-56. Esquema de una planta de Bambusa guadua. (Suárez, 2001).

Figura VIII-57. Esquema de una planta de Eucalyptus Globulus (Suárez, 2001).




Nombre científico Nombre vulgar Altitud msnm Raíces Siembra

por estaca Uso principal

Tetragastris balsamífera Amacey 10-1200 Profunda Protección nacimiento de aguas

Cederla odorata Cedro 50-1000 Profunda x Protección nacimiento de aguas

Zanthoxylum martirícense Pino de teta 50-700 Profunda Protección nacimiento de aguas

Caiba pentandra Ceiba 0-1300 Profunda Protección nacimiento de aguas

Calophullum calaba Mara 0-1000 Profunda Protección nacimiento de aguas

Catalpa longissima Roble 20-1000 Profunda Protección nacimiento de aguas

Guarea guidones Cabirma Santa 100-1200 Profunda Sombra

Inga vera Guama 10-1000 Profunda Protección nacimiento de aguas

Samanes saman Samán 10-500 Superficial lateral Sombra

Coccoloba pubescens Hoja ancha 10-800 Profunda Alimento de aves

Simarouba glauca Juan Primero 50-1000 Profunda Control de erosión

Switeria macrophilla Caoba Hondureña 50-500 Profunda Control de erosión

Guaiacum officinale Guayacán 5-500 Superficial Control de erosión

Acacia skleroxyla Candelón 0-800 Superficial Control de erosión

Caesalpiria coriariaa Guatapana 5-500 Superficial Control de erosión

Citharexylum fruticosum Penda 0-800 Superficial Control de erosión, Alimento aves

Phyllostylon rhamnoide Baitoa 0-800 Profunda Control de erosión

Acacia macracantha Cambrón 5-500 Superficial Control de erosión

Neoabbotia particulata Caguey 10-500 Superficial Control de erosión

Ziziphus rignori Saona 10-500 Superficial Control de erosión, Alimento fauna

Prosopis juliflora Baya honda 0-400 Superficial Control de erosión, Melífera

Haematoxylon campechianum Campeche 0-300 Superficial Control de erosión, Melífera

Ocotea coriacea Cigua blanca 10-1200 Profunda Control de erosión

Genipa americana Jagua 50-500 Profunda Sombra

Bambusa vulgaris Bambú 20-500 Superficial x Control de erosión

Colubrina arborescens Corazón de paloma 0-700 Profunda Control de erosión

Petitia domingensis Capaprieto 0-1000 Superficial Alimento aves

Bursera aimarouba Almacigo 0-1000 Superficial x Alimento aves

Figura VIII-58. Listado de especies típicas que se utilizan para reforestación de taludes, en República Dominicana. (Liogier, A. et al, 2000) (La Flora de la Española, 1982, 1983 y 1994). Información suministrada por la SEOPC.




Nombre científico Nombre vulgar Altitud msnm Raíces Siembra

por estaca Uso principal

Ficus spp Higos 10-1000 Profunda horizontal Control de erosión

Abarema glauca Caracoli 10-500 Superficial horizontal Sombra

Coccoloba uvifera Uva de playa 2-500 Superficial Control de erosión

Crhysophylum olivoforme Caimitillo 10-800 Profunda Alimento de aves

Carapa guianensis Cabirma de guinea 50-600 Profunda Protección nacimiento de aguas

Eugenia dominguesis Guazara 10-1000 Profunda Protección nacimiento de aguas

Bucida buceras Gri-gri 0-300 Profunda Protección nacimiento de aguas

Mammea smericana Mamey 10-300 Profunda Control de erosión

Sterculia apelata Anacaguita 10-800 Profunda Sombra, Melífera

Chuparía americana Guarano 0-800 Superficial Control de erosión

Spondia mombin Jobo 5-1000 Profunda Prot. nac. aguas, Alimento fauna

Pinnus occidentalis Pino 150-387 Profunda Control de erosión

Pinnus caribaea Pino 150-387 Profunda Control de erosión

Sideroxylon foetidissimun Caya amarilla 10-800 Profunda Control de erosión

Sideroxylon salicifolium Jaqui 5-800 Profunda Control de erosión

Walleria laurifolia Caimoní 10-700 Superficial Control de erosión

Bunchosia glandulosa Cabrita 5-600 Superficial Control de erosión

Inga fagifolia Guina criolla 10-300 Profunda Control de erosión

Zanthoxylum flavium Pirillo 5-500 Profunda Control de erosión

Roystonea hispaniolana Palma real 10-700 Superficial Control de erosión

Gynemium sagittatum Caña brava 1300-2600 Superficial x Protección nacimiento de ríos

Cassia grandis Caña fístula 10-600 Profunda Sombra

Cassuarina equisetifolia Pino Australia 0-2300 Profunda Control de erosión

Clorophora tinctoria Mora 0-1100 Profunda Control de erosión

Cordia alliodora Capaprieto 50-800 Profunda x Sombra

Gliricidia sepium Piñón 0-1500 Superficial Control de erosión

Gmelina arborea Melina 0-1000 Profunda x Sombra

Guazuma ulmifolia Guazuma 800 Profunda Sombra

Eritrina poeppigiana Amapola 20-500 Profunda x Protección nacimiento de aguas

Delorix regia Flamboyán 0-1000 Profunda Sombra

Figura VIII-58 (continuación). Listado de especies típicas que se utilizan para reforestación de taludes, en República Dominicana. (Liogier, A. et al, 2000) (La Flora de la Española, 1982, 1983 y 1994). Información suministrada por la SEOPC.




Otros productos importantes de mencionar cuando se trata de controlar la erosión con vegetación, son los nutrientes. El contenido de materia orgánica de un suelo es considerado uno de los factores de mayor relevancia para el establecimiento de la vegetación. Tal como lo expresa Suárez (2001), la materia orgánica cumple dos funciones básicas en el suelo. Una de ellas es mejorar la estructura del suelo para permitir una mejor aireación y movimiento de la humedad, y otra es como fuente de nutrientes para las plantas y micro-organismos. Entre los nutrientes naturales se pueden mencionar bacterias y hongos micorrizales que le permiten a las plantas sobrevivir a los esfuerzos de temperaturas extremas, sequías y baja fertilidad de los suelos. Dentro del tema de los nutrientes hay que mencionar los nematodos, protozoos, artrópodos, gusanos y otras criaturas. Los nematodos son pequeños gusanos redondos que no son visibles al ojo humano, que comen bacterias y sueltan nitrógeno y fósforo al suelo. Los protozoos son elementos vivos de una sola célula que mantienen en control las poblaciones de bacterias y hongos y ayudan a transformar el nitrógeno para que sea tomado por la planta. Los artrópodos son criaturas de tamaños variados que incluyen las hormigas y los ciempiés, los cuales funcionan abriendo espacios para airear el suelo. La utilización de suelo orgánico es considerada el sistema más efectivo para la colocación de nutrientes. De hecho en los proyectos de construcción vial se exige, por razones ambientales, guardar el suelo vegetal para recolocarlo nuevamente sobre los taludes. Este suelo permite el reestablecimiento de la actividad de bacterias y hongos micorrizales, los cuales facilitan el crecimiento de las plantas, tales como pastos nativos, hierbas y otras especies consideradas efectivas para el control de erosión de taludes. Entre otros nutrientes, vale la pena mencionar los fertilizantes inorgánicos, denominados macronutrientes, tales como el nitrógeno, el fósforo y el potasio. Otros micronutrientes requeridos en menor cantidad son el calcio, magnesio, sulfuro, manganeso, boro, zInc, molibdeno, cloro, cobre cobalto hierro.

VIII.3 BIOINGENIERIA Y BIOTECNOLOGIA

Conceptualmente la bioingeniería comprende el uso de la vegetación para la estabilización y protección de taludes para el control de la erosión. La biotecnología o ingeniería biotécnica se refiere a las técnicas donde la vegetación es combinada con estructuras de ingeniería tales como gaviones, muros jaula o muros criba, etc. Las soluciones incluidas en la ingeniería biotécnica sirven para resolver distintos problemas de erosión particularmente para el caso de caminos rurales. En tal sentido tales soluciones pueden estar orientadas a resolver problemas de erosión superficial, deslizamientos con superficies de falla poco profundas, protección de taludes de corte y terraplenes, estructuras de estabilización de canales y riberas y reparación de cárcavas. El lector interesado en profundizar en estas disciplinas puede consultar a Gray and Sotir (1995) y Suárez (2001). Dentro de las prácticas más utilizadas para la siembra de pastos y algunas especies de árboles, está el uso de semillas, las cuales están disponibles en los mercados internacionales. Las semillas se pueden colocar de las siguiente forma:

• Por extendido directo: Utilizando métodos manuales o mecánicos, extendiendo las semillas sobre el suelo.




• Por siembra individual: Se pueden sembrar excavando un orificio en el suelo en el cual se introducen una o varias semillas.

• Por Hidrosiembra: Es una técnica de colocación de semillas en un slurry o mezcla acuosa, utilizando equipos de bombeo a presión. La mezcla se rocía sobre la superficie del terreno formando una capa delgada, y las semillas se colocan conjuntamente con un pegante y nutrientes. Generalmente se utiliza un tanque de 5000 litros de capacidad, una bomba centrífuga y una boquilla con una manguera controlada por un operador (Véase Figura VIII-59). Las máquinas de hidrosiembra pueden alcanzar alturas hasta de 25 m, con presiones comprendidas entre 2 y 15 kg/cm2.

• Otra forma de siembra es mediante transplantes que consisten en sembrar la planta completa después de germinada. Las plantas pueden ser obtenidas de viveros especializados en plantas para el control de la erosión, o arrancarse de sitios donde crezcan en forma silvestre y donde su extracción no representa daños para el ambiente.

Dentro de las técnicas más utilizadas en bioingeniería, se pueden citar las estacas (diámetro 1/22 a 1 ½”, longitud 0.6 a 1 m), postes (diámetro 1” a 3.5”, longitud 2 a 3 m), y ramas (diámetro mayor o igual a 3/8”, longitud 1 a 3 m). En la práctica se han utilizado las siguientes técnicas:

• Estacas vivas. Comprende la siembra y el apisonamiento de trozos de tallos leñosos o semi-leñosos, los cuales si son preparados y correctamente colocados, arraigan y forman una planta nueva. El procedimiento es simple, económico y rápido.

Figura VIII-59. Procedimiento de hidrosiembra. (Cortesía del Ing. J. Suárez).




• Bultos o cilindros de rama. Están constituidos por fajos de longitudes entre 1 y 3 m de ramas cortas, las cuales se amarran en forma de un cilindro, enterrándolas posteriormente en forma somera en la superficie de un talud. Se conocen también como fajinas vivas y se aseguran al talud mediante estacas. Después de asegurar las fajinas con las estacas, la pequeña trinchera donde son colocadas, se rellena con suelo hasta un punto donde el cilindro de fajina quede expuesto. Se han utilizado mucho en taludes de corte y terraplenes y otras áreas donde existen problemas erosivos. Las filas de fajinas vivas crean una serie de pequeñas terrazas en el talud, disminuyendo la escorrentía y atrapando sedimentos.

• Capas de enramados. Es un sistema similar a los bultos de ramas, donde las ramas cortadas se insertan entre las capas de rellenos durante el proceso de ejecución. Se colocan generalmente en forma entrecruzada, en tal forma que las puntas sobresalgan a la superficie del terreno. El espaciamiento vertical entre capas de enramados varía entre 1 y 3 m, según la pendiente del talud, requiriéndose espaciamientos menores en la parte inferior del talud. Se pueden combinar con geomallas para ejercer una acción estabilizadora del talud. En taludes de corte también pueden colocarse en terrazas angostas (0.5 a 1.0 m), excavadas en la cara del talud. En este último caso son recomendables en taludes con pendientes menores de 2H:1V.

• Mateado o cespedón. La siembra con cespedones consiste en el corte y colocación de capas de pasto de gran tamaño, las cuales se arrancan con las ráices y el suelo. Este sistema ha sido criticado por los efectos ambientales que puede tener en áreas donde se cortan dichos cespedones, aunque hoy día existen técnicas que están produciendo cespedones en viveros, debidamente controlados.

• Muros criba con vegetación. Tal como se mencionó en el Capítulo VII, Estructuras de Contención, los muros-jaula o muros criba, consisten en elementos dispuestos de tal manera que generen espacios en forma de caja. Los elementos pueden ser prefabricados de concreto, trozos de madera sin tratamiento, o listones de madera. La estructura se rellena con suelo y ramas vivas, las cuales deben colocarse de tal forma que atraviesen totalmente el muro y puedan enraizar dentro del suelo detrás del muro.

• Vegetación sembrada entre rocas. El procedimiento consiste en insertar la siembra entre los espacios libres del enrocado, utilizando trozos de tallos leñosos o semi-leñosos y herbáceos, los cuales formarán nuevas plantas.

• Trinchos con vegetación. Son estacas vivas profundas hincadas, las cuales sostienen un sistema vertical de contención construido con madera, ramas de árboles, bambú o malla. Se colocan en aquellos taludes muy pronunciados donde es difícil colocar barreras sencillas de vegetación.

• Sistemas de celdas celulares. Se trata de celdas construidas con cintas de polietileno de alta densidad, soldadas a intervalos regulares en forma de panal de abeja o cualquier otra forma, que en la actualidad se están utilizando para protección de taludes. Las celdas se suministran comprimidas y pueden extenderse para ser rellenadas con material granular o con concreto. Su espesor es de aproximadamente 20 cm y los espacios entre celdas varían generalmente entre 20 y 25 cm. A este sistema se le pueden incorporar tendones de refuerzo y puede utilizarse para colocar una cobertura de vegetación o de concreto. También han sido utilizadas en bases de carreteras para aumentar la capacidad soporte de la subrasante.




Las siguientes Figuras (VIII-60 al VIII-70), muestran en esquemas y fotografías, algunas de las técnicas mencionadas las cuales son las más usadas en la bioingeniería de suelos. Los trinchos también han sido utilizados en el fondo de cárcavas de erosión con el objeto de reducir la escorrentía y retener los sedimentos que son arrastrados por el agua. Con el tiempo el suelo retenido en los trinchos forma pequeñas terrazas que reducen la longitud y la inclinación de la pendiente. Los trinchos más económicos son construidos con guadua pero deben ser limitados a alturas de 1.5 m. Para alturas mayores se requieren materiales de construcción más resistente que la guadua. Las dimensiones típicas de un trincho de guadua, se muestran en la Figura VIII-71. En las Figuras VIII-72 y VIII-73 se presentan esquemas de distribución de trinchos en el campo, y en la Figura VIII-74 se muestran fotos de dos trinchos construidos en un área.

ESTACAS VIVAS

Figura VIII-60. Diagrama esquemático de un sistema de estacas vivas en crecimiento (Gray & Sotir, 1996).




Nivel de agua

Area húmeda

Un metro enterrado

Preferir especies que fácilmente se puedan establecer por estaca

TECNICAS DE CONSTRUCCION

Espigones

Gaviones Estacados

Con riprap

Estacador mecánico

2m

2" a 6" de diámetro

Figura VIII-61. Siembra de postes vivos (McCullah, 2001).




Zona húmeda

Entierre el 80% de la estaca

(0.5m)min.

junto a la corrienteColocar riprap

Fajinas

2 a 5 rebrotes deben sobresalir

Punta en ángulo

20-75mm diametro

Corte las ramas secundarias

0.3-1mEspaciamiento típico

Corte a ras

Figura VIII-62. Control de erosión con estacas vivas (McCullah, 2001).




Figura VIII-63. Sistema con capas de ramas vivas en rellenos con terraplenes (Suárez, 2001).

Figura VIII-64. Siembra por mateado o cespedón. (EROS 9-14D) (Citado por Suárez, 2001).

Cuneta superior

Hileras de pasto

Zanjas

Capa de suelo orgánicoespesor min. 7 cms.

Hileras de pasto limonaria(cymbopogum citratus)espaciadas cada 2.50 mts.verticalmente (pasto alto)

0.35 mts.

Cuneta inferior

Cuneta superior

Cuneta inferior

Suelo orgánicoó arena con nutrientes

Bloques de cesped conraiz y tierra incorporada

Pendiente máxima1.5H : 1V

máxima1.5H : 1V

Pendiente

Utilice ramas vivas de 1/2" a 2" de diámetro

Rellenar en capas compactadasde 150 a 200 mm

6'-8' (2-2.5m)

a la superficieLas ramas debe sobresalir

Espesor75-200mm




GUADUA

DE DIAMETRO 0.05 a 0.07mò PINES DE ACERO

ESTOLONES Ò MACETASDE PASTOS CADA 0.20m

SUELO ORGANICO MINIMO

1

1.5

1

1.5

TRAVESAÑOSEN GUADUA

DETALLE 1

ESTACAS

PASTO ALTO

ESTOLONES ò MACETAS DE

BERMA INTERMEDIA

NOTA: TALUDES QUE SUPEREN LOS 7 METROS DE ALTURA, SE DEBE CONSTRUIR BERMA INTERMEDIA

DIAMETRO 0.07 a 0.12m

DIAMETRO 1/2" DE 0.40m(min) DE LONGITUDCADA 2.00m

PASTOS CADA 0.20m

.25

.10.05

.15

.30

.30

10% CONTENIDO DEMATERIA ORGANICAESTACAS EN MADERA

DE ANCHO ESPECIFICADASEGUN DISEÑO

4.00

Max

imo

4.00

Max

imo

Figura VIII-65. Siembra utilizando bambú (Suárez, 2001).




Figura VIII-66. Talud protegido contra la erosión, utilizando bambú. (Foto cortesía de J. Suárez, 2001).




Longitud de fajinas 2-10 m.

Ramas de 1/4" a 1 1/2" de diámetro

150-300mm diámetro

viva típicaEstaca

Colocar suelo

min0.5m

0.6-1m

Zanja preparada

Amarrar cada 300-400mm

Estacas de madera

Figura VIII-67. Esquema general de colocación de fajinas vivas (Suárez, 2001).




Figura VIII-68. Esquema de capas de enramado, utilizando geosintéticos solapados (McCullah 2001).




M ACETAS ò ESTOLONES DEHIERBA Y ARBUSTOS

ESTACA D IAM ETRO 0.05 a 0.07 m tUTILIZANDO ESPECIES QUE GERMINEN

GUADUAS, BAMBU ò

M ULCHING CON SEM ILLAS DEPASTO Y ESTO LONES DE M ALEZA

POR ESTACA CADA 1.00 a 2.00 m t.

TABLILLAS EN MADERA ROLLIZA

1.00

.50

.10

0.50

A 1

.00

Figura VIII-69. Siembra en escalera con estacas utilizando bambú, mulching y macetas de arbustos (Suárez, 2001).

Figura VIII-70. Siembra de trinchos en escalera. (Foto cortesía de J. Suárez).




Para distribuir los trinchos en el campo, es recomendable tener en cuenta los siguientes aspectos prácticos :

• En el sentido de la pendiente de la cárcava, la altura de la base del trincho (hb) debe coincidir con la altura de la parte superior del trincho inferior (hs). (Figura VIII-72). Esta condición no siempre es posible cumplirla, pero puede servir de referencia u orientación.

• Para que sean más efi-cientes, los trinchos deben localizarse en aquellos pun-tos donde convergen dos o más surcos. (Figura VIII-73). La Figura VIII-74 muestra ejemplos de construcción de trinchos.

Figura VIII-71. Dimensiones recomendadas para trinchos con guadua. (FIDAR, 2001). El vertedero debe tener una altura igual al 90% de la altura de la cortina (h). El trincho debe estar empotrado en el fondo de la cárcava y también en el talud 1/3 a 2/3 de la altura (h).

Figura VIII-72. Distribución de trinchos en el campo con alturas escalonadas (FIDAR, 2001).




Figura VIII-73. Distri-bución de trinchos en el campo, en puntos de convergencia (FIDAR, 2001).

Figura VIII-74. Ejemplos de construcción de trinchos con troncos de árboles. (Foto superior cortesía de Maccaferri y foto inferior tomada de FIDAR, 2001).




En las Figuras VIII-75 al VIII-81, se muestran otros esquemas y fotografías de técnicas de bioingeniería, descritas previamente.

Figura VIII-76. Ilustración esquemática de un muro criba con vegetación viva en crecimiento (Gray & Sotir, 1996).

Figura VIII-75. Esquema de un revestimiento con enrocado (riprap) y vegetación (Gray & Sotir, 1996).

TALUD

ENROCADO

ESTACAS VIVAS




Figura VIII-77. Revegetalización de gaviones utilizando ramas vivas (Adaptado de Gray & Sotir, 1996).




Figura VIII-79. Geoceldas rellenas de agregado en la foto de la izquierda, y de suelo vegetal en la foto de la derecha, utilizadas para el control de erosión de taludes.

DIAMETRO TIPICO 10 mm

PARED DE CELDA PERFORADA

AA FLUJO DE

AGUA Y NUTRIENTES

SECCION A-A

Figura VIII-78. Características típicas de geoceldas (geoweb) elaboradas por la empresa PAVCO.




Para el control de erosión en carreteras, la AASHTO (1999) recomienda los siguientes criterios:

• Colocar una cobertura definitiva para proteger las superficies expuestas de los taludes, dentro de los 15 días siguientes después de que se alcanzó la cota definitiva en cualquier sitio del talud.

• Los depósitos de material deben recubrirse con membranas para evitar su erosión. Alrededor de ellos deben colocarse trampas para prevenir el transporte de sedimentos.

• Colocar vegetación permanente en todas las áreas denudadas.

• Las áreas adyacentes a los sitios de obra, deben protegerse mediante barreras para sedimentos, las cuales deben construirse antes de iniciar los movimientos de tierra.

• Deben construirse ductos provisionales para llevar las aguas de las partes altas a las bajas. No debe permitirse el movimiento de flujos concentrados sobre los taludes no protegidos.

Figura VIII-80. Solución con geoceldas para resolver un problema de erosión superficial en un talud (Compañía Presto).




• Deben desviarse del sitio de obra, todos los drenajes de áreas superiores a 2 Ha, utilizando canales provisionales o permanentes.

• Si la zona intervenida cubre áreas muy grandes, se deberán construir diques para el control de sedimentos, debidamente diseñados.

• No debe permitirse el cruce de vehículos sobre quebradas o corrientes de agua. Se recomienda la colocación de puentes provisionales.

La tabla de la Figura VIII-82 resume las actividades, objetivos y características de las obras de control de erosión en construcciones civiles.

Figura VIII-81. Solución de protección de paredes de un canal con geoceldas rellenas de concreto (Compañía Presto).




Actividad de control Objetivos Características

Preserve la vegeta-ción existente.

Minimizar las áreas denudadas, expuestas a la lluvia.

Elabore un cronograma de intervención. No corte hasta el momento en que realmente es necesario hacerlo.

Corte dejando gradas y rugosidades.

Disminuir la longitud de los taludes.

Construya zanjas y gradas en zonas intermedias de los cortes. Construya terrazas provisionales de control. Maneje las huellas de los equipos de oruga paralelamente a las líneas de nivel.

Revegetalice y proteja a medida que avanza la obra.

Disminuir el área y el tiempo de exposición a la lluvia y escorrentía.

Utilice sistemas de mulching, biomantos o hidrosiembra. Vaya utilizando para resiembra el suelo vegetal y la hierba que debió salvar en el descapote. Utilice especies de rápida germinación y crecimiento y estacas vivas.

Proteja para que no se formen nubes de polvo.

Disminuir la erosión por acción del viento.

Utilice agua permanentemente para mantener húmedas las áreas expuestas. Utilice productos para controlar el polvo tales como cloruro de calcio, silicatos, sal, aceites vegetales, etc.

Piscinas lava-llantas en las porterías de acceso.

Evitar que las llantas de los vehículos lleven sedimentos hacia afue-ra de la obra.

Piscinas en forma de batea, colocadas sobre la vía de acceso. Las llantas de los vehículos al pasar se lavan depositando los sedimentos. Deben limpiarse las piscinas todos los días para retirar los sedimentos depositados.

Estabilización de las superficies de carreteo

Disminuir el polvo y evitar erosión por el tránsito.

Cubrir en forma permanente las zonas de carreteo, con material de sub-base y base granular para impedir que los vehículos recojan barro y sedimentos.

Drenajes temporales en los taludes.

Evitar la formación de cárcavas.

Utilizar mangueras flexibles o rígidas provisionales, las cuales se colocan en los sitios de concentración de flujos, para conducir las aguas de arriba hacia el pie de los taludes, antes de que se construyan los drenajes definitivos.

Barreras de geotextil. Atrapar sedimentos mediante cercas ente-rradas de geotextil.

En todos los sitios de salida de agua de escorrentía de la obra, se deben construir cercas de geotextil soportadas por estacas, las cuales filtran el agua y detienen un porcentaje importante de finos. (Véase Figura VIII-83).

Obras diversas de atrape de sedimentos.

Sedimentar o filtrar los sedimentos antes de que el agua salga de la obra.

Barreras de piedra, barreras de ramas, barreras de bolsas de polipropileno llenas de grava, y sistemas patentados para atrapar de sedimentos.

Figura VIII-82. Tabla resumen para el control de erosión en construcciones civiles (Modificada de Suárez, 2001).




Figura VIII-83. Barrera-filtro para sedimentos durante la construcción de una obra (McCullah, 2001).




En la Figura VIII-84 se presentan en forma tabulada, los objetivos y características de obras permanentes para el control de erosión en vías terrestres.

Tipo de obra Objetivos Características

Conformación de taludes en corte.

Disminuir la amenaza de des-lizamientos y de erosión.

Pendientes estables para movimientos en masa y para erosión en surcos y cárcavas. Debe complementarse con el control de aguas y la protección de la superficie de los taludes.

Conformación de terraplenes.

Disminuir la amenaza de hun-dimientos, falla por el contacto suelo-relleno y erosión.

Taludes estables según la calidad del suelo; contactos estables entre rellenos y el terreno de fundación; subdrenajes que garanticen estabilidad.

Bermas y gradas en los taludes.

Controlar la erosión en surcos y cárcavas y mejorar la estabilidad a deslizamiento, tanto en los cortes como en los terraplenes.

Construcción de gradas y bermas que garanticen velocidades aceptables de las aguas de escorrentía en el talud. Ancho y pendiente de bermas deben ser suficientes para captar y conducir el agua a un sitio seguro.

Desvío de aguas arriba de los ta-ludes.

Disminuir la escorrentía sobre el talud para evitar la formación de cárcavas y disminuir la infil-tración.

Zanjas revestidas con adecuada capacidad y pendiente, localizadas a una distancia arriba de la corona que garantice su propia estabilidad.

Control de aguas dentro de los ta-ludes.

Evitar la formación de surcos y cárcavas.

Cunetas, cortacorrientes, o estructuras para inter.-ceptar las aguas y/o disminuir la velocidad del flujo.

Cunetas en la vía Controlar las aguas en la vía y evitar la infiltración y erosión.

Cunetas revestidas de capacidad suficiente para captar y conducir las aguas de escorrentía prove-nientes del talud y de la vía.

Bordillos. Controlar la erosión. Estructuras junto a la cuneta o la vía para evitar que las aguas se escapen y fluyan sobre los taludes.

Lavaderos. Conducir las aguas recolectadas por las cunetas y evitar la erosión.

Estructuras en forma de canal en la dirección de la pendiente del talud, que conduzcan las aguas a estructuras de disipación de energía.

Estructuras de di-sipación de ener-gía.

Conducir las aguas recolectadas y disipar su energía.

Canales rugosos, graderías o cámaras de caída que disipen la energía del agua.

Control de la pendiente de los cauces.

Disminuir la erosión en los cauces o quebradas que atra-viesan la vía.

Trinchos o estructuras de control de fondo de los cauces que permitan garantizar una pendiente estable.

Figura VIII-84. Obras permanentes para el control de erosión en vías terrestres (Modificada de Suárez, 2001).




Tipo de obra Objetivos Características

Protección de la superficie de los taludes y vege-tación.

Controlar la erosión en surcos y cárcavas.

Revegetalización de la superficie de los taludes, surcos de vegetación o recubrimientos duros y blandos.

Estructuras co-lectoras y alcan-tarillas.

Recolectar las aguas contro-lando la erosión.

Estructuras hidráulicamente diseñadas y convenien-temente localizadas de tal forma que no se generen problemas graves de erosión.

Estructuras en el pie de las alcantarillas.

Evitar la formación de cárcavas en las entregas de las alcantarillas.

Revestimientos y estructuras de disipación aguas abajo de las alcantarillas, diseñadas de tal forma que se evite totalmente la formación de cárcavas de erosión.

Manejo de los sitios de puentes.

Construcción de puentes en tal forma que no se produzca erosión ni sedimentación.

Localización adecuada de los puentes, luz suficiente, contracción mínima del cauce y estructuras de manejo de las aguas que eviten la socavación y no produzcan daños irreparables en la morfología del río.

Compactación adecuada de re-llenos.

Control de la erosión y garantía de calidad de la calzada de la vía.

Compactación en capas sobre superficies planas con materiales de buena calidad que garantice el buen comportamiento del terraplén.

Subdrenes. Control de la erosión y garantía de calidad de la calzada de la vía.

Manejo de las aguas infiltradas y aguas subterráneas de tal forma de garantizar la estabilidad de la calzada, de los pavimentos y los taludes.

Figura VIII-84 (continuación). Obras permanentes para el control de erosión en vías terrestres (Modificada de Suárez, 2001).

Es conveniente resaltar que no todos los sistemas de protección contra la erosión son efectivos en todos los tipos de suelos y diferentes condiciones topográficas. En tal sentido la selección del sistema a emplear debe tomar en cuenta múltiples factores, además del económico, y si es posible realizar pruebas de campo para evaluar la eficiencia de los mismos. En todo caso el método de instalación debe cumplir estrictamente con las especificaciones para poder evaluar su comportamiento. Las fotos de la Figura VIII-85 muestran un talud donde el sistema de control de la erosión fue inefectivo, produciéndose nuevamente cárcavas. La Figura VIII-86 (a) muestra un talud de corte donde no fue efectivo el sistema seleccionado para la protección contra la erosión, mientras que el sistema con vegetación que puede observarse en la Figura VIII-86 (b), resultó ser el más adecuado para el mismo material.




Figura VIII-86. (a) Sistema de protección contra la erosión el cual resultó ser inefectivo. (b) Sistema de protección contra la erosión que resultó ser más adecuado para el mismo material.

(a) (b)

Figura VIII-85. Vista general y detalle de un sistema de control de erosión con bambú que resultó inefectivo y afectado nuevamente por procesos erosivos.




VIII.4 ASPECTOS AMBIENTALES

Es ampliamente conocido que la erosión es uno de los impactos más comunes relacionados con el proyecto de vías. La erosión progresiva puede producir problemas mayores de estabilidad de taludes, y el transporte de sedimentos erosionados produce la contaminación de los ríos y quebradas. También hay que mencionar que cuando se colocan materiales de desperdicio sobre laderas, simplemente volcados, estos son muy susceptibles a la erosión y a presentar problemas de estabilidad debido a su baja densidad y pendientes en equilibrio límite. Las obras de mitigación previamente discutidas deben ser realizadas en el menor tiempo posible durante el proceso constructivo, de forma tal de evitar el inicio de los procesos erosivos. La vegetación, además de su aspecto estético, tiene ciertas funciones ingenieriles tales como por ejemplo, proteger la superficie contra la erosión (hojas y raíces interceptan las gotas de lluvia), y refuerzo de suelos mediante la acción de las raíces. La protección de taludes requiere un diseño ingenieril adecuado, los cuales han sido cubiertos tanto en el presente Capítulo como en el Capítulo VII, Estructuras de contención. El diseño de cualquier protección puede combinar entre los diferentes productos y procedimientos descritos. En la Figura VIII-87, por ejemplo, se muestra un esquema de protección utilizado en la ribera de un río, donde se combinaron varios productos.

Figura VIII-87. Ejemplo de recubrimiento ribereño. (1) Colchón tipo Reno de Maccaferri, (2) Piedras. (3) Suelo enriquecido con semillas. (4). Biomanta. (5) Malla del colchón.




Para el diseño de ingeniería de las diferentes obras civiles para el control de la erosión, se debe, al igual que lo expresado en el caso de muros de contención, considerar su integración al paisaje, complementándolas con vegetación. La Figura VIII-88, muestran ejemplos de espigones diseñados tomando en cuenta el citado criterio.

Figura VIII-88. Fotografías antes y después de un sitio de socavación solucionado con espigones, complementando dicha obra con vegetación. (Maccaferri).




Para finalizar este Capítulo, en la tabla de la Figura VIII-89 se muestra una comparación entre efectividad y costos relativos, de diferentes medidas de mitigación contra la erosión.

Medidas Efectividad Costos comparativos

Pendientes escalonadas Alta

Aumenta sustancialmente el volu-men de movimiento de tierras, dependiendo de la distancia de los sitios de préstamos

Enrocados (riprap) Alta para protección de terraplenes -

Semillas de grama Solo efectivo en la superficie. Evita inicio de erosión

Barato

Arbustos

Alta, aún a profundidad después de varios años de crecimiento sola-mente

2 a 3 veces el costo de grama

Muros-jaula o muros criba Buena 25% del costo de un muro de

contención

Geotextiles Alta; buena resistencia mecánica y química

10 a 20 veces el costo de vegetación

Barreras de madera Medianamente buena 5 veces el costo de vegetación

Figura VIII-89. Comparación indicativa de costos de varias medidas de mitigación contra la erosión (World Bank, 1994).

Al igual que se ha enfatizado en Capítulos anteriores, para cualquier actividad relacionada con el control de erosión, es necesario la colocación del señalamiento adecuado y la utilización de los equipos de seguridad laboral. Estos aspectos también fueron tratados en el Capítulo III.

capítulo 8 erosión y obras de control

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