i

Formación de capacitación: Evaluación ambiental y gestión de riesgos ambientales

Objetivo: Fortalecer el proceso de evaluación ambiental de las actividades, obras o proyectos públicos y privados, a través de reforzar el conocimiento de los prestadores de servicio que realizan evaluaciones

ambientales y de riesgo; a fin de contribuir a la actualización y estandarización de criterios técnicos relacionados con dichas temáticas, mejorar la calidad de los estudios de impacto ambiental, los tiempos de

respuesta del proceso de revisión y la vigilancia y control en la ejecución y funcionamiento de las mismas

06 de junio del 2012 03jll06

MANUAL DIDÁCTICO

Módulo VI

“MANEJO DE AGUAS DE LLUVIAS EN LADERAS Y

ESTABILIDAD DE LADERAS DESDE LA PERSPECTIVA

DE RIESGO”

ii

ANTECEDENTES

El Tratado de Libre Comercio Centroamérica - Estados Unidos - República Dominicana (CAFTA-DR)

en su Capítulo 17, hace énfasis en los aspectos vinculados a la aplicación y cumplimiento de la

legislación ambiental y la participación ciudadana. El Tratado reconoce el derecho de cada país de

establecer sus propios niveles de protección ambiental, sus políticas y prioridades de desarrollo

ambiental, así como de adoptar o modificar, consecuentemente, sus leyes y políticas ambientales.

Pero cada parte deberá garantizar que sus leyes y políticas proporcionen y estimulen altos niveles

de protección ambiental y deberán esforzarse en mejorar esas leyes y políticas.

Para facilitar a los países el cumplimiento de este compromiso, la Comisión Centroamericana de

Ambiente y Desarrollo (CCAD), suscribió con la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo

Internacional (USAID), un Acuerdo de Cooperación para apoyar a los países de la región en el

cumplimiento de los compromisos ambientales derivados del CAFTA-DR.

El Acuerdo de Cooperación CCAD/USAID implementa los siguientes componentes:

I. Sistemas de Gestión Ambiental en los países del CAFTA-DR.

II. Capacidades de las partes para cumplir con las obligaciones ambientales del CAFTA-DR.

III. Cumplimiento de los acuerdos multilaterales ambientales.

IV. Uso de las tecnologías de producción limpia.

V. Coordinación interministerial, construcción de capacidades y comunicación.

El primer componente se enfoca el mejoramiento de los procedimientos administrativos, política

regional de desechos sólidos y sus instrumentos, instrumentos de la regulación armonizada de

aguas residuales, red de calidad de aire, implementar la certificación de prestadores de servicios

ambientales, auditorias e inspectorias ambientales, determinar indicadores ambientales y en

capacitación orientada en la aplicación y cumplimiento ambiental; y desarrollo de un sistema de

manejo de contaminantes.

En ese sentido, la Dirección General de Ordenamiento, Evaluación y Cumplimiento del MARN, ha

planificado la ejecución de un curso de capacitación orientado a fortalecer las capacidades de

quienes están relacionado con el proceso de evaluación de impacto ambiental, con el objeto de

clarificar temas relativos a la evaluación ambiental y la gestión de riesgos ambientales, abonando

así a la consecución de los objetivos del primer componente del Plan de Trabajo del Acuerdo.

iii

CONTENIDO Pág.

1.1 SUELOS: CONCEPTOS .....................................................................................................................................1

1.1.1 SUELOS Y ROCAS: ORIGEN DEL SUELO Y TIPOS .......................................................................................1

1.1.2 CARACTERÍSTICAS DE SUELOS (ELEMENTOS BÁSICOS DE LA GEOTECNIA) .............................................5

1.2 ASPECTOS BÁSICOS SOBRE ESTABILIDAD (INESTABILIDAD) DE LADERAS Y/O TALUDES ............................. 15

1.2.1 GENERALIDADES DE INESTABILIDAD DE LADERAS Y/O TALUDES ........................................................ 15

1.2.2 DEFINICIÓN DE TALUD Y NOMENCLATURA DE LOS PROCESOS DE MOVIMIENTOS ........................... 15

2.1 GENERALIDADES DE LA PRECIPITACIÓN (LLUVIAS) ..................................................................................... 31

2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ................................................................................................. 31

2.1.2 AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA CON RELACIÓN A LA ESTABILIDAD DE TALUDES ....................... 33

2.1.3 MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ........................................................................................................ 35

2.1.3.1 CALCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA SOBRE UNA ZONA (SITIO) .................................................. 35

2.1.3.2 ESTUDIO DE UNA TORMENTA ........................................................................................................... 40

2.1.3.3 EL HIETOGRAMA Y LA CURVA DE MASA DE PRECIPITACIÓN ............................................................. 41

2.3 INFILTRACIÓN ......................................................................................................................................... 47

3.1 OBRAS PARA LA PREVENCIÓN DE LOS FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA .......................................... 50

3.3 OBRAS PARA LA PREVENCIÓN Y CONTROL DE LAS INUNDACIONES ....................................................... 56

3.4 OBRAS PARA EL CONTROL DE LAS AVENIDAS TORRENCIALES ................................................................ 57

3.5 REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL ............................................................................................................ 58

3.6 MEDIDAS PREVENTIVAS Y DE MITIGACIÓN............................................................................................. 59

4.1 LEYES, NORMAS Y REGLAMENTOS DE LA REPUBLICA DE EL SALVADOR ................................................. 60

iv

Presentación

El documento se ha elaborado con base en información secundaria, principalmente de páginas

web, e información brindada por colegas que trabajan en esta temática. Tiene como propósito

intercambiar con los participantes el conocimiento técnico de los factores relacionados con el

manejo del agua de lluvias en laderas y los problemas de estabilidad de laderas y/o taludes desde

la perspectiva de riesgo. Asimismo, examinar el marco legal relacionado con la temática.

La información presentada en este documento, tienen la intención exclusiva de ser un material de

apoyo a la capacitación, no se pretende ser un Manual ni una Guía, solo es para consulta de

algunos conceptos básicos de indicadores y/o criterios, que permitirá una visión de riesgo

ambiental de manera integral en la temática de “Manejo de aguas de lluvias en laderas y

estabilidad de laderas desde la perspectiva de riesgo”

El Salvador, 06 de junio del 2012

1

UUNNIIDDAADD II..

TTIIPPOOSS DDEE SSUUEELLOOSS YY AASSPPEECCTTOOSS BBÁÁSSIICCOOSS SSOOBBRREE EESSTTAABBIILLIIDDAADD DDEE LLAADDEERRAASS

1.1 SUELOS: CONCEPTOS

Concepto de suelos, aceptada por la Sociedad Americana de la Ciencia del Suelo:

“Es el material parental no consolidado sobre la superficie de la tierra, que sirve como medio natural para el crecimiento de las plantas… y que ha estado sujeto por factores genéticos y del medio ambiente que son; el material parental (roca), el clima, organismos y topografía, actuando dentro de un período de tiempo y originando un producto (suelo), que difiere del material al cual se deriva”.

Un concepto generalizado de suelos:

“Como un cuerpo natural, tridimensional, trifásico y dinámico, que ocupa un lugar en el espacio y que contiene características únicas, producto de la transformación del material parental (roca) a través de procesos meteorológicos, que finalmente se expresan en un perfil con horizontes o estratos”.

1.1.1 SUELOS Y ROCAS: ORIGEN DEL SUELO Y TIPOS

La mayoría de los suelos que cubren la corteza terrestre están conformados por la meteorización de las rocas. Los geólogos emplean el término meteorización de las rocas para describir todos los procesos externos, por medio de los cuales la roca experimenta descomposición química y desintegración física “proceso mediante el cual masas de roca se rompen en fragmentos pequeños”. En este proceso de fragmentación de la roca intervienen tres tipos de meteorización:

1. Meteorización mecánica: proceso en el cual las rocas se fracturan en piezas de menor tamaño bajo la acción de las fuerzas físicas, como la corriente de agua de los ríos, vientos, olas oceánicas, hielo glacial, acción de congelación, y por la expansión y contracción causadas por ganancias y pérdidas de calor.

2. Meteorización química: proceso de alteración química de la roca original. Entre los procesos de cambio químico pueden citarse; la hidratación (paso de anhidrita a yeso), disolución (de los sulfatos en el agua), oxidación (de minerales de hierro expuestos a la intemperie), cementación (por agua conteniendo carbono), etc. Por ejemplo, la meteorización química de los feldespatos puede producir minerales arcillosos.

3. Meteorización biológica: producida principalmente por la actividad bacteriana, originando putrefacciones en materiales orgánicos.

2

La acción conjunta o individual de estos procesos de meteorización da lugar a un perfil de meteorización de la roca en función de la profundidad (figura adjunta). En este perfil la roca ocupa la zona más profunda, transformándose gradualmente a suelo hacia la parte más superficial.

Así, por ejemplo, en las observaciones de campo (perfil transversal del suelo, estratificación), a menudo se revela una sucesión de capas de diferentes materiales térreos. En la base del afloramiento existe una roca compactada, denominada roca firme; la roca firme, suele presentar innumerables grietas denominadas juntas o diaclasas, que son productos de esfuerzos principalmente asociados a una historia de procesos tectónicos. Allí donde existen estas juntas o diaclasas, la roca firme inicia a desintegrarse en bloques a través de la meteorización.

Por encima de la roca firme puede haber una capa de material mineral blanda, denominada regolito (prefijo rego de la palabra griega que significa “manto”). El regolito se forma en in situ por descomposición y desintegración de la roca firme inmediatamente subyacente; este tipo se denomina regolito residual o suelo residual. Si esta capa de partículas minerales relativamente sueltas o blandas, dispuestas sobre la roca, es transportada por agentes, como corrientes de agua y viento, recibe el nombre de regolito transportado o suelo sedimentario.

Dokuchaev (geólogo y pedólogo ruso 1899 citado por Jenny (1988), puntualizó al suelo como el producto de cuatro (4) factores; clima (CL), organismos (O), sustratos (S) y tiempo (T). El quinto factor, relieve (R), fue incorporado posteriormente por Jenny; esta definición teórica de Jenny, cambió el término de sustrato por material parental (MP) y estableció mediante una función, las relaciones entre los factores formadores del suelo de la siguiente manera:

Figura 1. Perfil de meteorización, de acuerdo a diversas fuentes

3

S = f (R, MP, O, T, CL), donde S es el suelo. A continuación, una síntesis de la influencia de los cinco (5) factores formadores del suelo (Figura 2).

De acuerdo al transporte de los productos alterados (partículas) de la roca, los tipos de suelos, suelen ser clasificado en:

Suelos residuales: como se mencionó anteriormente se origina cuando los productos de la meteorización de las rocas no son transportadas como sedimentos, sino que se acumulan in situ. Si la velocidad de descomposición de la roca supera a la de arrastre de los productos de descomposición, se produce una acumulación de suelo residual. Entre los factores que intervienen sobre la velocidad de alteración en la naturaleza de los productos de meteorización, están; el clima (temperatura y lluvia), la naturaleza de la roca original (ígnea, metamórfica y sedimentaria), la vegetación, el drenaje y la actividad bacteriana. Los suelos residuales suelen ser más abundantes en zonas húmedas, templadas, favorables al ataque químico de las rocas y con suficiente vegetación, para evitar que los productos de meteorización sean fácilmente arrastrados.

Suelos sedimentarios: la formación de los suelos sedimentarios puede explicarse más adecuadamente considerando la formación, el transporte y el depósito de los sedimentos, como lo puntualizó Dokuchaev en el año de 1899.

La condición principal de la formación de sedimentos lo constituye la meteorización física y química de las rocas en la superficie terrestre. En general, las partículas de limo, arena y grava, se forman por la motorización física de las rocas, mientas que las partículas arcillosas proceden de la alteración química de las mismas. Estos

Figura 2. Factores formadores de suelos (Jenny, 1998)

4

sedimentos pueden ser transportados y finalmente depositados por cualquiera de los cinco (5) agentes; agua, aire, gravedad y organismos vivos.

Las tres causas principales del depósito, corresponden a: la reducción de la velocidad del agua, la disminución de su solubilidad y el aumento de electrolitos1. Cuando una corriente de agua desemboca en un río, lago, mar, etc., pierde la mayor parte de su velocidad, lo cual disminuye así la fuerza de la corriente y se produce una sedimentación (depositario). La siguiente figura muestra el proceso de formación de los suelos sedimentarios.

En definitiva, el suelo es el resultado del proceso de motorización de las rocas, con o sin transporte de los productos de alteración. En la siguiente figura, se expone el proceso de formación de suelo de forma natural.

1 La conductividad en medios líquidos (Disolución) está relacionada con la presencia de sales en solución, cuya disociación genera iones positivos y negativos capaces de transportar la energía eléctrica si se somete el líquido a un campo eléctrico. Estos conductores iónicos se denominan electrolitos o conductores electrolíticos.

Figura 3. Esquema del proceso de formación de suelos

Figura 4. Proceso de formación del suelo

Resultado un suelo desarrollado (Suelo

maduro)

5

Desarrollado el suelo maduro con horizontes básicos A - Bw/Bt - C - R, y cubierto de vegetación exuberante (bosque), el proceso inverso (pérdida de suelo o erosión) inicia en el instante en donde el hombre despale el bosque y utiliza el terreno para las actividades agropecuarias o de construcción (infraestructura), y a medida que las actividades se intensifican, la vegetación desaparece al igual que el horizonte A, hasta formar un suelo desgatado. Y en la medida que las actividades continúen el suelo seguirá perdiendo hasta quedar sin material no consolidado o la roca firme descubierta. En la siguiente figura, se esquematiza el proceso de pérdida de suelo por la acción directa de la intervención del hombre (erosión antrópica), propiciada por el mal uso y manejo.

1.1.2 CARACTERÍSTICAS DE SUELOS (ELEMENTOS BÁSICOS DE LA GEOTECNIA)

En el presente manual, la caracterización de suelos, estará referida al estudio de la mecánica de suelos2 (geotecnia). Se dice que las pruebas a efectuarse en estos estudios, está en dependencia de dos factores: 1) las capacidades con que cuentan los laboratorios de mecánica de suelos a nivel nacional, y 2) el uso que se les darán a los terrenos.

Generalmente, todos los estudios inician con la recopilación de información existente del sitio, y posteriormente con el sondeo y extracción de muestra (realización del perfil transversal, foto).

En el perfil transversal se llevan a cabo las distintas pruebas (muestreos) de los extractos de suelos y roca que constituyen el terreno. Entre las características básicas de suelos a ser estudiadas o muestreadas, se mencionan:

2 El estudio de la mecánica de suelos, sirve para determinar el conjunto de características que nos permitirán obtener una concepción razonable del comportamiento mecánico del suelo en estudio.

Figura 5. Proceso de pérdida de suelo inducido por el hombre (erosión antrópica)

6

A. RELACIÓN GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS

Todos los suelos se componen de tres fases; sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida está constituida por las partículas minerales (rocas), la parte líquida por el agua y la gaseosa por el aire. Estas fases del suelo ocupan un determinado volumen y representan un peso, donde las relaciones entre el peso de las distintas fases constituyentes del suelo y el volumen que están ocupando, dan lugar a las relaciones gravimétricas y volumétricas.

La siguiente figura muestra un elemento típico de suelos que contienen las tres fases diferenciales. La parte de la izquierda representa las tres fases que podrían presentarse en un elemento de suelo natural y en la parte de la derecha la separación de las fases con el fin de facilitar la deducción de las relaciones entre ellas.

Los términos que aparecen en la figura anterior representan:

V: volumen total del elemento de suelo Vs: volumen ocupado por las distintas partículas de suelo Vw: volumen ocupado por la fase líquida (agua) Vg: volumen ocupado por la fase gaseosa (aire) Vv: volumen ocupado por los huecos (fase líquida+fase gaseosa) W: peso total del elemento de suelo Ws: peso de las partículas de suelo Ww: peso de la fase líquida (agua) Wg: peso de la fase gaseosa (aire) ≈ 0

Las expresiones que relacionan las distintas fases son las siguientes:

Relación en volumen

Figura 6. Relaciones entre las fases de un suelo: a) elemento del suelo natural, b) división de un elemento en fases

7

Las relaciones entre el índice de huecos y la porosidad son las siguientes:

Relación en peso

8

B. GRANULOMETRÍA

La disposición geométrica y el tipo de unión entre las partículas ejercen también un papel fundamental en el comportamiento de los suelos. Por ejemplo, en suelos arenosos, predominan las fuerzas de gravedad, o sea, el peso de los granos es relevante para la estructura de los suelos; y en suelos finos (arcillosos), la estructura está en función de la combinación de fuerzas de atracción y de repulsión entre partículas.

La manera más sencilla de clasificar los distintos tipos de suelos consiste en diferenciarlos en función del tamaño de sus partículas, o sea, por la granulometría; establecida por normas técnicas internacionales.

Gravas - presentan partículas con diámetros comprendido entre 2 mm y 10 cm, caracterizándose por la fácil visualización de los granos. No retienen agua, debido a la inactividad de su superficie y por los grandes espacios vacíos existentes entre ellas.

Arenas - presentan partículas con diámetros comprendido entre 0.06 y 2 mm, aún visibles sin dificultad. Cuando se mezclan con agua no originan agregados continuos, ni plasticidad, es decir se separan con facilidad.

Limos - presentan partículas con diámetros entre 0.002 y 0.06 mm. Algunas normas indican que el límite inferior debe ser 0.005 mm; todavía no existen consecuencias prácticas entre ambas distinciones. Debajo de esa granulometría ya ocurre retención de agua, debido a la cohesión de sus partículas.

Arcillas - presentan partículas con diámetro inferior a 0.002 mm. Son formadas,

principalmente, por minerales silicatos, constituidos por cadenas de elementos tetraédricos y octaédricos, unidas por ligaciones covalentes frágiles, que permiten la entrada de moléculas de agua. Con eso, se produce, a veces, un aumento de volumen, que es recuperable cuando el agua evapora. La capacidad de retención de agua de las arcillas es muy grande, consecuencia de la presencia de pequeños vacíos y con una gran superficie de absorción.

La principal característica granulométrica que diferencian a los suelos, es el tamaño de las partículas constituyentes. Para el conocimiento de la dimensión media de las partículas de suelo, se realiza el análisis de distribución granulométrica, que consiste de dos etapas; tamizado3 y sedimentación4, ambas normalizadas internacionalmente; donde el peso del material que pasa por cada tamiz es representado gráficamente en función de la abertura del mismo.

3 El análisis granulométrico por tamizado se efectúa tomando una cantidad medida de suelo seco, bien pulverizado y pasándola a través de una serie de tamices, cuyo tamaño de malla suelo ir disminuyendo en progresión geométrica, donde la cantidad de suelo retenido en cada tamiz se pesa y se determina el % acumulado de material que pasa por cada tamiz. 4 El análisis granulométrico por sedimentación se lleva a cabo con el hidrómetro, y se basa en el principio de la sedimentación de las partículas de suelo en agua.

9

En los suelos que contienen fracción fina (limosa y arcillosa, o con granulometría inferior a 0.075 mm), son tratados de forma diferenciada en ensayos de sedimentación, o en los análisis hidrométricos. La siguiente gráfica muestra la relación del diámetro de los granos de suelos (mm) con el porcentaje pasante de suelos por el tamiz.

Figura 7. Distribución granulométrica de arena, limo y arcilla

Coeficientes utilizados para representar la curva granulométrica de un suelo:

Donde: D60 = diámetro debajo del cual se sitúa el 60% de las partículas (en peso), y D10 = diámetro debajo del cual se sitúa el 10% de las partículas (en peso).

Donde: D30 = diámetro debajo del cual se sitúa el 30% de las partículas (en peso).

Mientras el coeficiente Cu indica la amplitud de los tamaños de granos, el valor del coeficiente Cc permite identificar eventuales discontinuidades en la curva granulométrica. Finalmente, se considera un suelo como bien graduado cuando el valor Cc se sitúa entre los valores 1 y 3.

10

C. DENSIDAD O COMPACIDAD RELATIVA

Un componente muy empleada para caracterizar la compacidad de un suelo granular es la densidad relativa, definida como:

Donde: emáx: índice de huecos del suelo en el estado más suelto emin: índice de huecos del suelo en el estado más denso e: índice de huecos in situ γd: peso específico seco in situ γd,máx: peso específico seco en el estado más denso (emin) γd,min: peso específico seco en el estado más suelto (emáx)

Tabla 1. Compacidad de los suelos granulares5 a partir de su densidad Densidad relativa (%) Denominación

0 – 15 Muy suelto

15 – 35 Suelto

35 – 65 Medio

65 – 85 Denso

85 – 100 Muy denso

D. LÍMITE DE CONSISTENCIA (LÍMITE LÍQUIDO Y LÍMITE PLÁSTICO)

Los suelos finos (arcillosos) presentan comportamientos distintos, en función del contenido de humedad. En este caso, la distribución granulométrica no es suficiente para la clasificación adecuada. Los límites de consistencias, o límites de Atterberg, definen los contenidos de humedad del suelo por los cambios de estado físico; como está indicado en la figura adjunta. El concepto de que un suelo puede presentarse en varios estados, en función del contenido de humedad, se basa en que cuanto mayor sea la cantidad de agua que contiene un suelo, menor será la interacción entre partículas adyacentes y más se aproximará el comportamiento del suelo al de un líquido (ver figura).

La determinación de los límites de Atterberg, se llevan a cabo en el laboratorio, donde se define el límite plástico como el contenido de agua, con el cual el suelo se agrieta al formarse un rollito de 3 mm de diámetro. El límite líquido se determina con la cuchara de Casagrande.

5 Son los suelos que no poseen ninguna cohesión, y consisten en rocas, gravas, arenas y limos.

11

Las diferencias entre el límite líquido (LL) y el límite plástico (LP) de un suelo, definen el índice de plasticidad. A continuación la carta de plasticidad de Casagrande.

Donde los suelos, con LL>50 son de alta plasticidad y con LL<50, se denominan de baja plasticidad; también definió una línea A, que separan los suelos arcillosos de los más arenosos. Así que a partir del criterio de alta y baja plasticidad y de línea A, se pueden definir varias relaciones en el gráfico 8.

E. LÍMITE DE CONTRACCIÓN

El límite de contracción, es definido como el contenido de agua con que el suelo deja de disminuir su volumen al seguirse secando. Este límite está representado por la expresión:

Donde: W1 = peso húmedo de la muestra; Ws = peso seco de la muestra, V1 = volumen inicial de la muestra, V2 = volumen final de la muestra, y yw = densidad del agua.

F. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS POR EL SISTEMA SUCS (CLASIFICACIÓN DE LOS ESTRATOS)

Con el objetivo de dividir a los suelos en grupos de comportamiento semejante, con propiedades geotécnicas similares, surgen las denominadas clasificaciones de suelos. Este proceso de clasificación, consiste en incluir un suelo en un grupo que presenta un comportamiento semejante (proceso empírico a través de muchos años de experiencia).

Figura 8. Relación del límite líquido (abscisas) con el índice de plasticidad (ordenadas)

12

Los dos sistemas principales de clasificación de suelos actualmente en uso, son; Unified Soil Classification System (SUCS), y sistema American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). En lo que respecta al sistema SUCS, clasifican los suelos en función de su granulometría (Figura 9). Las gravas y arenas se separarán con la malla #4 (4.76 mm) considerándose en este caso, como grava todo el material retenido en dicha malla, y el material que es retenida en la malla #200, es definida como una arena.

Figura 9. Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS) (Lambe y White, 1981, citado por Herrera, 2000)

13

G. EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA

La expansión volumétrica en los suelos, principalmente las arcillas, tiene lugar cuando la masa de suelos es aliviada de masas pre-actuantes en ella, donde existe la posibilidad de que adquiera agua y transcurra el tiempo necesario para que este fenómeno se lleve a cabo. El método utilizado para medir la expansión volumétrica es a partir del incremento del volumen, de un espécimen de volumen definido y compactado al 100% de su peso volumétrico seco máximo, sometido a un proceso de saturación.

H. RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE Y CAPACIDAD DE CARGA

La resistencia al esfuerzo cortante en los suelos está dada por el ángulo de fricción interna Ф en los materiales 100% granulares y por la cohesión (c), en los suelos puramente cohesivos (arcillas homogéneas), la cual depende de la humedad del suelo; no obstante, en la mayoría de los suelos la resistencia al esfuerzo cortante está dada por la combinación de ambos parámetros. Existen dos métodos experimentales para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos: 1) las pruebas de compresión (triaxial y simple) y 2) de corte directo.

En relación a la capacidad de carga del suelo, definida como la carga máxima que este puede soportar por unidad de área. Una vez rebasada la capacidad de carga el suelo sufre asentamiento o fractura, lo que implica daño en su estructura e inestabilidad en los taludes. Utilizando la teoría de la elasticidad, la capacidad de carga está definida por la ecuación; qu = (2 + ∏) * c, donde q = la carga admisible y c = la cohesión.

I. TENSIONES EN SUELOS

El conocimiento de las tensiones actuantes sobre las obras geotécnicas es fundamental para el análisis de problemas de asentamientos, empujes de suelos, capacidad de carga, etc. Las tensiones en los suelos pueden ser debidas al peso propio de las capas de suelos, o por sobrecargas aplicadas en la superficie.

La tensión vertical en suelos, debido al propio peso, puede ser obtenida a partir de la siguiente expresión:

Donde: γi = peso específico del suelo de la capa i; zi = altura de la capa i.

El agua en el interior de los vacíos, abajo del nivel freático, estará bajo una presión, que se calcula por la ecuación:

Donde: γw = peso específico del agua; zw = profundidad respecto al nivel

de agua.

14

J. COMPACTACIÓN

El estudio de la técnica y control de la compactación, ha sido desarrollado principalmente para la construcción de terraplenes. La compactación es un proceso que ofrece una mejoría de las propiedades del suelo garantizando cierta homogeneidad, con la eliminación de los vacíos existentes entre las partículas sólidas, y aumentando mecánicamente la densidad del suelo.

Proctor (1933), citado por el Servicio de Ingeniería Civil (2011), publicó una serie de artículos, divulgando su método de control de compactación, basado en un nuevo método de proyecto y construcción de presas de tierra compactadas que estaba siendo empleado en California. En el referido método, la densidad relativa en que se compacta un suelo, bajo una determinada energía de compactación, depende del contenido de humedad en el suelo en el momento de la compactación.

K. OTROS ELEMENTOS DE INFORMACIÓN A CONSIDERAR

Perfil estratificado de la roca madre (formaciones geológicas), geomorfología del terreno, vulnerabilidad sísmica (fallas tectónicas), riesgo de inundaciones y deslizamientos, estudios hidrogeológicos, entre otros. Responder ¿Qué otra información de mecánica de suelos considera usted importante tener presente, para los estudio de estabilidad de laderas en su comunidad o departamento?______________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

Algunas pruebas de laboratorio de mecánica de suelos a tener en cuenta:

Prueba de compresión simple: determina la cohesión (c) del suelo, al aplicarle carga axial (central) a una muestra de cilindro de suelos.

Prueba triaxial rápida: determina la cohesión (c) y el ángulo de fricción interna (φ) del suelo.

Prueba de compactación: Proctor estándar o AASHTO estándar variante A, Proctor modificada o AASHTO modificado variante D, y la prueba Porter (prueba de compactación por carga estática).

Peso volumétrico en el lugar y grado de compactación. Equivalente de arena: caso de las carreteras.

15

1.2 ASPECTOS BÁSICOS SOBRE ESTABILIDAD (INESTABILIDAD) DE LADERAS Y/O TALUDES

1.2.1 GENERALIDADES DE INESTABILIDAD DE LADERAS Y/O TALUDES

Los problemas de inestabilidad de laderas se encuentran entre los peligros naturales más destructivos de nuestro planeta, generalmente representan una de las mayores amenazas para la vida y bienes materiales de la población. Derrumbes, deslizamientos, flujos (ejemplo; lo ocurrido en la Colonia Las Colinas, en el 2001) y movimientos complejos ocurren día con día alrededor de las comunidades y/o departamentos. Cada año estos desastres ocasionan numerosas víctimas y damnificados, como cuantiosas pérdidas económicas.

Para prevenir futuros desastres asociados a inestabilidad de laderas, es de suma importancia que todos los miembros de la población conozcan el fenómeno y se mantengan atentos a las manifestaciones que lo preceden y los factores que lo generan. El estudio de estos peligros relacionados con la inestabilidad de laderas debe involucrar una participación de grupos interdisciplinarios de especialistas, quienes analizarán no sólo el proceso como tal, sino también los efectos socioeconómicos derivados. El primer paso, consiste en difundir el conocimiento y fomentar una cultura de la prevención, los cuales requerirán de políticas del Estado (CENAPRED, 2001).

1.2.2 DEFINICIÓN DE TALUD Y NOMENCLATURA DE LOS PROCESOS DE MOVIMIENTOS

Se comprende bajo el nombre de talud “A cualquier superficie inclinada respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente la estructura de tierra, bien sea en forma natural o como consecuencia de la intervención humana en un obra de ingeniería. Desde este primer punto de vista los taludes se dividen en naturales (laderas) o artificiales (cortes y terraplenes)”.

Existen dos términos generalmente utilizados en relación al riesgo de talud:

Protección del talud; esta referido al procedimiento que se efectúan para proteger las obras de ingeniería, o taludes naturales (laderas), contra los daños causados por el escurrimiento del agua en el suelo, fallas geológicas, movimientos sísmicos, entre otros.

Estabilidad de taludes; se refiere al estudio de estabilidad o inestabilidad (factor de

seguridad) que se ejecuta para llevar a cabo una obra de construcción de ingeniería civil, siendo un aspecto que está directamente relacionado con la ciencia de la geotecnia6.

En el talud o ladera se definen los siguientes elementos constitutivos:

6La geotecnia es la rama de la ingeniería civil e ingeniería geológica que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, estabilizar taludes, construir túneles y carreteras, etc.

16

1. Altura: distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presenta claramente definida en taludes artificiales, pero es complicada de identificar y cuantificar en las laderas naturales, debido a que el pie y la cabeza, generalmente no tienen accidentes topográficos bien marcados.

2. Pie: corresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte inferior.

3. Cabeza o escarpe: sitio de cambio brusco de pendiente en la parte superior.

4. Altura de nivel freático: distancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de agua medida debajo de la cabeza.

5. Pendiente: inclinación del talud o ladera. Puede medirse en grados, en porcentajes o en la relación m/1, donde m es la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia vertical.

Bosquejo de los elementos que constituyen una ladera o talud:

Figura 10. Nomenclatura de un talud y una ladera

Figura 11. Elementos que constituyen un talud

17

Los procesos geotécnicos activos de los taludes y/o laderas corresponde generalmente, a movimientos hacia abajo de los materiales que conforman un talud de roca, suelo natural o relleno, o una combinación de ellos. En la siguiente figura, se muestra la nomenclatura de un movimiento en masa (deslizamiento), con sus diversas partes:

Figura 12. Nomenclatura de un movimiento en masa típico (deslizamiento)

Escarpe principal: corresponde a una superficie muy inclinada a lo largo de la periferia del área en movimiento, causado por el desplazamiento del material fuera del terreno original. La continuidad de la superficie del escarpe dentro del material forma la superficie de falla.

Escarpe secundario: superficie inclinada producida por desplazamientos

diferenciales dentro de la masa que se mueve. Cabeza: las partes superiores del material que se mueve a lo largo del contacto

entre el material perturbado y el escarpe principal. Cima: el punto más alto del contacto entre el material perturbado y el escarpe

principal. Corona: el material que se encuentra en el sitio, prácticamente inalterado y

adyacente a la parte más alta del escarpe principal. Superficie de falla: área debajo del movimiento que delimita el volumen de material

desplazado. El volumen de suelo debajo de la superficie de falla, generalmente no se mueve.

18

Pie de la superficie de falla: línea de interceptación (algunas veces tapada) entre la parte inferior de la superficie de rotura y la superficie original del terreno.

Base: área cubierta por el material perturbado abaja del pie de la superficie de falla. Punta o uña: punto de la base que se encuentra a más distancia de la cima. Costado o flanco: lado (perfil lateral) del movimiento. Superficie original del terreno: la superficie que existía antes de que se presentase el

movimiento. Derecha e izquierda: para describir un deslizamiento se prefiere usar la orientación

geográfica, pero si se emplean las palabras derecha e izquierda, estaría referida al deslizamiento observado desde la corono mirando hacia el pie.

1.2.3 CLASIFICACIÓN DEL TIPO DE FALLAS DE TALUDES

En el contenido se presenta la clasificación de los tipos de fallas de taludes, basado en el reconocimiento de los factores geológicos que condicionan las fallas. Igualmente, existen ciertos patrones que ayudan a identificar y reconocer áreas potenciales de fallas, lo cual permite el tratamiento del talud para eliminar o reducir a un mínimo el riesgo. En los siguiente cuadros, se presentan las clasificación de los tipos de fallas (Herrera, 2000). Tabla 2. Clasificación de las fallas

Tipos de falla Forma y definición

Desprendimiento: son fallas repentinas de taludes verticales o casi verticales que producen el desprendimiento de un bloque que desciende en caída libre

Caída libre: desprendimiento repentino de uno o más bloques de suelos o roca que descienden en caída libre

Volcadura: caída de un bloque de roca con respecto a un pivote ubicado debajo de su centro de gravedad

Desprendimiento de bloques Volcadura de bloques

Los desprendimientos suelen producirse en taludes verticales, en suelos débiles a moderadamente fuertes y en macizos rocosos fracturados. Estos puede ser identificados por la presencia de grietas de tensión

19

Derrumbes: los derrumbes planares consiste en el movimiento de un bloque (o bloques) de suelos o roca a lo largo de una superficie de falla plana bien definida. Estos derrumbes pueden ocurrir lenta o rápidamente

Planar: movimiento lento o rápido de un bloque de suelo o roca a lo largo de una superficie de falla plana

Rotacional: movimiento relativamente lento de una masa de suelo, roca o una combinación de los dos a lo largo de una superficie curva de falla bien definida

Desparramo-movimiento lateral: movimiento de diferentes bloques de suelo con desplazamiento distintos

Deslizamiento de escombros: mezcla de suelos y pedazos de rocas moviéndose a lo largo de una superficie de roca planar

Deslizamiento planar en macizo rocoso Deslizamiento en forma de cuña

Derrumbe rotacional (principal causa; la inclinación del talud, meteorización y fuerza de

filtración)

Desparramamiento lateral (típico en valles de ríos, y se asocia con arcillas y duras fisuras)

Deslizamiento de escombros: la ocurrencia de este tipo de deslizamiento es común en suelos residuales de depósitos coluviales, que reposan sobre una superficie de roca. Dentro de las causas de deslizamiento de escombros, se mencionan; la filtración e inclinación del talud

20

Esquema de una corriente de escombros

Avalanchas: movimiento rápido de escombros, de suelos o de rocas, y que puede o no comenzar con la ruptura a lo largo de una superficie de falla. Las principales causas de las avalanchas son; altas fuerzas de filtración, alta pluviosidad, sismo o deslizamiento gradual de los estratos de rocas.

De roca o escombros: movimiento rápido de una masa incoherente de escombros de roca o suelo-roca, donde no se distingue la estructura original del material

Flujos: este tipo de falla es similar a las avalanchas, excepto por la cantidad de agua, que es mayor y por ello la masa que fluye como lodo. Su principal causa es el aporte de grandes lluvias y material de suelos sueltos en la superficie

De escombros: suelo o suelo-roca moviéndose como un fluido viscoso, y desplazándose usualmente hasta distancias muchos mayores de la falla. Comúnmente originado por exceso de presiones de poros en los suelos

Repteo: movimiento lento e imperceptible de una masa de suelo o suelo-roca. El repteo, es característico de materiales cohesivos y rocas blandas como lutitas y sales, y en taludes moderadamente empinados. Se identifica por la presencia de crestas paralelas y transversales a la pendiente del talud

21

1.2.4 FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA INESTABILIDAD DEL TERRENO DE LADERAS

Se dice que una ladera es inestable cuando una masa de suelo, suelo-roca, se debilita o pierde su equilibrio y se cae o desliza por efecto de la gravedad. Esto puede ocurrir de manera natural, debido a la presencia de fuertes lluvias, de lluvias continuas o a la ocurrencia de sismos.

Para que se produzca la inestabilidad y puesta en movimiento de una masa de terreno, deben intervenir y modificarse de forma conjunta varios factores. Aunque las formas de la superficie terrestre se pueden considerar como resultante de un sistema evolutivo y, por lo tanto, en continuo cambio, a la escala de tiempo en la que se producen estos movimientos del terreno, en algunos de los factores que intervienen en ellos se les puede conceptuar como constantes o de poca variabilidad a lo largo del tiempo y, a otros, como factores variables que sufren modificaciones con mayor periodicidad.

Los primeros, serían de carácter pasivo y condicionarían y conformarían el tipo de rotura y su mecanismo. Por otro lado, están los factores variables o activos, que interferirían sobre los anteriores, modificándolos y desencadenando la inestabilidad y puesta en movimiento del terreno, además de determinar, en muchos casos, la magnitud del proceso. El conjunto de estos factores comprende la siguiente clasificación (Herrera, 2000).

-Factores constantes (carácter pasivo)

Naturaleza de los materiales Relación estructura-ladera Pendiente topográfica y morfología de la ladera Meteorización Vegetación

-Factores variables o detonantes (carácter activo)

Climatología Agua Erosión fluvial y costera Sismicidad de la zona Acciones antrópicas

A continuación, una breve descripción de los factores de carácter pasivo y activo:

Naturaleza de los materiales: la litología de los materiales que afloran en la superficie y su grado de alteración condicionará las características físico-mecánicas y, por lo tanto, su estabilidad potencial, por lo que el comportamiento variará de unos materiales a otros aún cuando actúen sobre ellos con igual intensidad los mismos factores.

Los parámetros resistivos dependerán de la composición mineralógica y de la textura, compactación, tamaño, forma y cementación de las partículas que formen a las rocas o

22

sedimentos. Por consiguiente, los materiales poco cementados, con tamaños de grano medio (limo-arcilla o arenas limo-arcillosas), o de un amplio rango granulométrico (derrubios de ladera) son litológicamente más propensos al deslizamiento.

La influencia de la composición mineralógica de los materiales es, en ocasiones, determinante para que se produzcan inestabilidades. En sedimentos con abundancia de minerales de arcilla del tipo montmorillonita, se puede producir, en épocas de lluvia, un hinchamiento de estos minerales por la absorción de agua en su estructura molecular y posterior dilatación en la época seca, lo que provoca una expansión del terreno, con aumentos de volumen que son problemáticos si alcanzan el 5% y que, en casos excepcionales, pueden llegar al 50%, y provocar grandes deslizamientos. Además, el espesor de los diferentes materiales podrá determinar que el movimiento sea superficial o más profundo.

Relación estructura-ladera: otro aspecto de gran importancia a considerar frente a la estabilidad de las laderas, es la relación y combinación de la disposición geométrica de los materiales que afloran en la superficie, con respecto a la orientación, pendiente y altura de la ladera natural o talud artificial. En este sentido, deberán observarse las discontinuidades presentes (planos de estratificación y fallas), atendiendo su inclinación, orientación, número, densidad, naturaleza y morfología.

Estas características tienen gran importancia en el caso de materiales rocosos (calizas, areniscas, etc.), que serían estables de no ser por la fisuración y disgregación que produce la existencia e intersección de estas discontinuidades. Al modificar las propiedades de los materiales, lo que provoca que el macizo rocoso, en su conjunto, adquiera una resistencia menor que la roca inicial. Asimismo, cuando la dirección de la estructura de los materiales con respecto a la del terreno natural o talud artificial es paralela y, dichos materiales tienen una inclinación ladera abajo, se facilita el desencadenamiento de inestabilidades, que será mayor cuanto más pequeño sea el ángulo de intersección que formen ambas inclinaciones.

Estas circunstancias se verán favorecidas por la circulación del agua de infiltración a través de las discontinuidades, que pueden actuar durante los períodos de lluvia como superficies de despegue.

Pendiente topográfica y morfología de la ladera: la pendiente topográfica y la altura de las laderas son factores que condicionan el desarrollo de procesos de deslizamiento, por su contribución a la inestabilidad de los materiales; tanto es así, que son parámetros utilizados sistemáticamente en la mayoría de los métodos de cálculo de estabilidad de taludes. En terrenos homogéneos, cada tipo de material tendrá una altura crítica y un ángulo máximo, a partir de los cuales se producirá un desequilibrio gravitacional, siendo posible la rotura. No obstante, en zonas muy húmedas, la morfología no tiene por qué ser necesariamente abrupta para que materiales arcillosos, debido a la saturación, puedan generar movimientos rápidos, de tipo flujo, con velocidades considerables.

23

Asimismo, las características morfológicas de la ladera aumentarán o disminuirán su equilibrio; por ejemplo, una topografía abrupta, con valles profundos, grandes diferencias de alturas entre vaguadas, alto gradiente hidráulico7, relieve escarpado, red de drenaje densa, formas similares de cárcavas y laderas con morfología cóncava, es indicativo de zonas con alto potencial de inestabilidad. De este modo, mediante la combinación de determinados índices morfológicos y morfométricos del terreno, tales como la morfología, altura y pendiente topográfica, la superficie y longitud de la cuenca superficial, se puede determinar la susceptibilidad de rotura de una ladera.

Meteorización: este factor produce una alteración de la roca o del sedimento original de la ladera, cambiando su resistencia y permeabilidad. Las transformaciones químicas, mineralógicas y texturales que se generan durante el desarrollo de este proceso, por la acción de reacciones de disolución, oxidación, hidrólisis, etc., destruyen el empaquetamiento de los materiales, disgregan el conjunto y generan una pérdida de la cohesión, lo que lleva en definitiva a una disminución de su resistencia y al aumento de la inestabilidad de la ladera.

Vegetación: es éste un factor controvertido, tanto en su uso como parámetro a intervenir en la estabilidad de las laderas, como en el papel que desempeñan. Esto es debido, tanto a las distintas circunstancias que se producen con la presencia de la amplia variedad de especies vegetales existentes, dentro de las cuales algunas tienen un marcado carácter estacional, como a los efectos que en ellas se manifiestan.

Aunque es el factor menos constante de los hasta ahora relatados y no llega ser determinante para la estabilidad global de una masa de terreno, sí condiciona de forma notable la acción de otros factores ¿Cuál es su opinión al respecto?

El efecto positivo que produce la vegetación es el de mantener la estabilidad superficial del terreno y evitar su degradación, debido a que las raíces cohesionan las partículas del suelo y disminuyen la disgregación de los niveles superficiales. La presencia de una cobertura vegetal también favorece el drenaje por la absorción del agua superficial del terreno, al tiempo que disminuye el efecto producido por la erosión hídrica. Como contribución negativa, está la producida por el efecto de cuña realizado por algunas raíces al desagregar el suelo, provocando los consiguientes efectos mecánicos en grietas y fracturas.

Climatología: las causas que intervienen en los movimientos del terreno, están muy influenciadas por las características climatológicas de la zona, que deben ser consideradas como agentes que intervienen en la formación del relieve por su repercusión en los procesos geomorfológicos.

7 Se define como la pérdida de energía experimentada por unidad de longitud recorrida por el agua; es decir, representa

la pérdida o cambio de potencial hidráulico por unidad de longitud, medida en el sentido del flujo de agua.

24

Los efectos del clima se derivan principalmente de la pluviometría y temperatura. Por lo que respecta a las precipitaciones, no sólo influye el volumen total anual, sino también la distribución estacional, el régimen y su intensidad.

De esta manera, cuando las lluvias son torrenciales, el impacto físico de las gotas de agua ataca enérgicamente el suelo y provoca la disgregación y remoción de las partículas superficiales, que son arrastradas por el agua. A su vez, la cantidad de lluvia caída en tan poco tiempo, excede la capacidad de infiltración en el terreno, por lo que se produce una escorrentía superficial que intensifica el efecto erosivo del agua sobre las laderas durante el transporte del sedimento. Si, por el contrario, el agua de lluvia se infiltra lentamente, se produce un mayor grado de saturación del terreno, que puede llegar a formar un nivel de agua subterránea.

En general existe una buena correlación entre la frecuencia de deslizamientos y la estación del año, correspondiendo a un mayor número en los meses más lluviosos. Este fenómeno se incrementa en zonas muy húmedas y durante los períodos con lluvias más extensas e intensas, aumentando también la magnitud de los movimientos en masa, debido a que el terreno presenta un elevado grado de saturación como consecuencia de lluvias anteriores.

En lo que respecta a las temperaturas, cuanto más altas y más extremas sean, mayor será su influencia sobre los ciclos de humedad-sequedad del suelo. Los cambios de temperatura originarán procesos de expansión y contracción de los poros del terreno, con los consiguientes efectos sobre su grado de esponjamiento y saturación.

Agua: el agua es el agente que contribuye con mayor peso a la modificación de las condiciones de estabilidad de una ladera. Por una parte, provoca la disgregación física de la estructura de las partículas del suelo, y por otra parte una alteración química mediante procesos de disolución, oxidación, etc. Todo ello genera cambios mineralógicos, composicionales y texturales, lo que da como resultado, en ambos casos, una disminución de sus parámetros resistivos.

Por otra parte, cuando el agua se infiltra y percola en el subsuelo a través de poros y fisuras, puede formarse un nivel de saturación variable, con un drenaje y un flujo determinado. A nivel intuitivo, puede pensarse entonces, que el papel desestabilizador del agua procede del efecto lubricante que ésta produce sobre las partículas y discontinuidades del terreno.

Sin embargo, su acción desestabilizadora proviene de la sobrecarga proporcionada por el peso del agua al ocupar poros y fisuras en los espacios vacíos. Al tener un suelo saturado, por partículas sólidas y agua, y como el agua no puede soportar fuerzas cortantes, esto provoca una disminución en las tensiones efectivas del terreno, y se incrementa las fuerzas de corte y licuefacción, afectando, la estabilidad del talud.

25

Erosión fluvial y costera: las laderas escarpadas de las riberas de los valles fluviales se ven afectadas por el caudal y nivel de agua. Durante las crecidas se modifican las condiciones geométricas y erosivas y puede cambiar la posición y extensión del cauce, al tiempo que aumenta la carga hidráulica y la capacidad erosiva del río. De este modo, se induce una socavación lateral en las márgenes y cambio en la morfología inicial de las vertientes, aumentando su verticalidad. Todo ello genera una disminución de su soporte por la base, desarrollándose deformaciones elásticas e incrementándose el esfuerzo de corte sobre los materiales.

El mismo efecto de socavación se produce en la base de los acantilados costeros por la acción del violento choque de las olas durante los períodos de tormenta, lo que actúa como factor modificador y desestabilizador del relieve y de la línea de costa.

Sismicidad de la zona: los movimientos sísmicos son factores que pueden acelerar y desencadenar grandes movimientos de masa como resultado de la generación de una serie de vibraciones que se asocian a un incremento de la aceleración vertical y horizontal. Estas oscilaciones provocan una sacudida al suelo, desplazando el componente de peso de una ladera e induciendo a una mayor tensión en el plano de rotura. Además, como resultado de la alteración del empaquetamiento de los granos del terreno, se disminuye la cohesión, lo que en materiales pocos compactados y saturados se traduce el fenómeno de licuefacción, generados por la compactación y el aumento de la presión producida por las vibraciones.

Acciones antrópicas: las actividades humanas pueden modificar parte de los factores que se han tratado anteriormente. La intervención en laderas naturales o la construcción de taludes artificiales, tenderá a variar las condiciones de equilibrio iniciales, y podrá originar procesos de inestabilidad.

Estas actividades pertenecen principalmente al campo de la obra civil y a las actuaciones urbanas, sobre todo en aquellos municipios ubicados en zonas de montaña.

Una ladera en equilibrio estricto puede ponerse en movimiento cuando se sobrecarga en su parte superior; situación que se ocasiona por la construcción de edificios, depósitos de agua o carreteras sobre materiales que no pueden mantenerse estables bajo las nuevas condiciones de carga adicional.

A su vez, una excavación en la base de una vertiente natural disminuye las tensiones estabilizadoras normales y aumenta las restantes. Esta circunstancia se produce en las construcciones al pie de un talud o, con mucha más frecuencia, en el caso de la ejecución de obras lineales, principalmente carreteras, cuyo trazado tiene una alta probabilidad de atravesar zonas con desprendimientos y deslizamientos activos o antiguos, además de ser la causa de la generación de estos movimientos.

También en las acumulaciones artificiales de materiales, tales como vertederos de residuos urbanos, inertes y escombros de mina pueden desencadenarse movimientos de

26

masa, si no se han construido atendiendo las condiciones de estabilidad y factor de seguridad (FS) que requiere la geometría y la naturaleza del relleno.

1.2.5 EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD DE UN TALUD (LADERAS)

La estabilidad de un talud natural (ladera) de corte o relleno comúnmente se evalúa mediante métodos de estabilidad basados en el equilibrio límite del suelo. Estos métodos toman en cuenta los factores principales que influyen en la resistencia del suelo o masa rocosa. La cuantificación de la estabilidad de un talud se basa en el concepto de factor de seguridad (FS). Para ilustrar el concepto del factor de seguridad (FS), se usa la analogía de un bloque deslizante en un plano inclinado, tal como se muestra en la figura 13, donde se tiene un plano inclinado que forma un ángulo β con la horizontal; sobre ese plano inclinado se encuentra un bloque rígido de masa M.

Las fuerzas que actúan sobre el bloque rígido, como se muestra en la figura 13, son: el peso del bloque (W), la normal (N) y la fuerza de roce (Fr) entre la base del bloque y el plano inclinado. Las fuerzas que actúan en la dirección del plano inclinado (X’) sobre la fuerza de roce (Fr) y el componente del peso en la dirección (W senβ). La fuerzas que actúan en la dirección perpendicular al plano inclinado (Y’) son el componente de peso en esa dirección (W cosβ) y la normal (N).

Por lo tanto, no habrá deslizamiento del bloque a lo largo del plano inclinado mientras la fuerza de roce entre el bloque y el plano sea mayor o igual al componente del peso en esa dirección. Donde el factor de seguridad (FS) contra el deslizamiento del bloque viene a ser el cociente entre la fuerza de roce (Fr) y el componente del peso en la dirección del plano inclinado. Este facto FS es calculado por la ecuación FS = Fr / W senβ.

Dentro de los métodos de cálculo para analizar la estabilidad de talud se pueden agrupar; los métodos de cálculos en deformaciones8 y método de equilibrio limite9, este último se

8 Consideran en el cálculo las deformaciones del terreno además de las leyes de la estática. Su aplicación práctica es de

gran complejidad y el problema debe estudiarse aplicando el método de los elementos finitos u otros métodos numéricos. 9 Se basan exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio de una masa de terreno potencialmente inestable. No tienen en cuenta las deformaciones del terreno. Suponen que la resistencia al corte se moviliza total y simultáneamente a lo largo de la superficie de corte.

Figura 13. Bloque en plano inclinado y diagrama de fuerzas

27

clasifica en métodos exactos y no exactos. La siguiente figura muestra un organigrama que recogen los diferentes métodos de cálculo.

A continuación un ejemplo del método ordinario de Dovelas, para el cálculo de estabilidad de talud.

Figura 14. Diferentes métodos de cálculo de estabilidad de un talud

Figura 15. Método ordinario de Dovelas

28

1.2.6 PAPEL DE LA VEGETACIÓN EN LA ESTABILIDAD DE LADERAS

Si bien, ya ha sido tratado el papel que cumple la vegetación como factor pasivo que interviene en la inestabilidad del terreno de laderas, de forma intencional se ha querido aquí separarse el desarrollo del papel que cumple en la estabilización de laderas, desde la perspectiva del refuerzo, inducido este último a través de los sistemas radiculares.

En términos generales, el papel de la vegetación tiene que ver entre otros, con los siguientes aspectos (Mataix et al. 2004).

Interceptación: el follaje y los residuos de las plantas absorben la energía de la lluvia y previenen la compactación del suelo por el impacto de sus gotas directamente sobre la superficie.

Retención: físicamente, el sistema de raíces amarra o retiene las partículas del suelo,

al mismo tiempo, las partes aéreas funcionan como trampas de sedimentos. Retardación: sobre la superficie, los residuos incrementan su dureza, o dicho en

otras palabras, aumentan el coeficiente de rugosidad del terreno, disminuyendo la velocidad de escorrentía.

Infiltración: las raíces y los residuos de las plantas ayudan a mantener la porosidad y

permeabilidad del suelo. Transpiración: el agotamiento de la humedad del suelo por las plantas retrasa la

saturación y con ello la aparición de escorrentía superficial. González (1995) registró la importante función que cumple la vegetación en la regulación de humedad del suelo: por ejemplo; árboles grandes individuales pueden absorber entre 100 y 150 litros de agua por día soleado.

Por otra parte, de forma ya no genérica sino aplicada, la vegetación cumple un importante papel en términos de la prevención de movimientos en masa, de manera especial con relación a los deslizamientos superficiales en laderas. A este respecto, las posibles formas en que la vegetación afecta el balance de fuerzas son:

Refuerzo de las raíces: mecánicamente las raíces refuerzan el suelo al transferirle resistencia, con tensiones de resistencia en la raíz.

Modificación del contenido de humedad del suelo: la evapotranspiración y la

interceptación por el follaje limitan la aparición de energías (fuerzas o presión) en el suelo por humedad.

Apuntalamiento: el anclamiento de los troncos hace que éstos actúen como pilares -puntales o contra-fuertes en las laderas, contrarrestando las tensiones. Se dice que los troncos actúan como anclas rígidas, favoreciendo el sostenimiento o restricción

29

lateral contra el movimiento superficial del talud. El arqueado de los troncos, ocurre cuando el suelo intenta un movimiento a través y alrededor de las filas de árboles, los cuales se encuentran finamente anclados en el suelo; dicho anclaje de los árboles se puede lograr si éstos consiguen un contacto radicular con rocas o por una alta profundidad de sus raíces.

Peso de la vegetación: ejercen dos tipos de esfuerzos, uno desestabilizante hacia abajo de la pendiente y otro, que es perpendicular a la pendiente el cual tiende a incrementar la resistencia al deslizamiento.

Cuñamiento de raíces: tendencia de las raíces a invadir grietas, fisuras y canales, y causar estabilidad e inestabilidad, especialmente en masas rocosas.

El papel desempeñado por las raíces en términos del refuerzo del suelo a la estabilidad de las laderas no es tan simple, como lo es el de las estructuras artificiales; si bien las raíces no tienen la resistencia mecánica de las bandas de acero, en el suelo se comportan de una manera más compleja, por que ejercen fuerzas de tensión y transferencia de tracción a lo largo y ancho del refuerzo. Puntos a favor del carácter propio a las raíces se tienen en la capacidad de recuperación y regeneración frente a daños físicos, así como en la bio-adaptación, a través del cual responden una vez que se presentan condiciones desfavorables de topografía y disponibilidad de agua. En general, al removerse la vegetación de las laderas, tiende a incrementarse la inestabilidad y la frecuencia de movimientos en masa; esto es señalado por Mataix (1999), quienes exponen que hay buena evidencia de que en muchas litologías la remoción de bosques de las laderas produce un incremento en la ocurrencia de deslizamientos.

1.2.7 METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE MOVIMIENTOS DE LADERAS EN EL ÁREA

METROPOLITANA DE SAN SALVADOR (AMSS)

Práctico: leer el Manual de la Metodología para la Evaluación de Movimiento de Laderas en el Area Metropolitana de San Salvador (AMSS), y señale y justifique tres (3) fortalezas y tres (3) debilidades que encontró en la implementación de la metodología.

No. Fortalezas Debilidades

1

30

2

3

31

UUNNIIDDAADD IIII..

LLAA LLLLUUVVIIAA YY SSUUSS EEFFEECCTTOOSS SSOOBBRREE LLAA EESSTTAABBIILLIIDDAADD DDEE LLAADDEERRAASS

2.1 GENERALIDADES DE LA PRECIPITACIÓN (LLUVIAS)

El agua (precipitación) es el factor que más comúnmente se le asocia con las fallas de los taludes en zonas tropicales, debido a que la mayoría de los deslizamientos ocurren después de las lluvias fuertes o durante períodos lluviosos. El control del agua subterránea es uno de los sistemas más efectivos para la estabilización de deslizamientos.

Definición de la precipitación con respecto al riesgo “Es el volumen o altura de agua de lluvia que cae sobre un área en un período de tiempo, la cual tiene una influencia directa en la infiltración y en el régimen del agua subterránea, y a su vez afecta directamente la estabilidad de taludes o laderas”.

Definición generalizada de la precipitación; “es toda forma de humedad que originándose en las nubes, llega hasta la superficie del suelo; de acuerdo a esta definición la precipitación puede ser en forma de Llovizna (gotas con diámetros entre 0.1 y 0.5 mm), Lluvia (gotas con diámetros mayor de 0.5), Escarcha (capa de hielo por lo general transparente), Nieve (cristales de hielo), Granizo (bolas de hielo de 5 a 125 mm), y otros”

Desde el punto de vista de la ingeniería hidrológica; “La precipitación es la fuente primaria del agua en la superficie terrestre; donde sus mediciones y análisis, forman el punto de partida de los estudios concernientes al uso y control del agua”

El origen de la precipitación: una nube está constituida por pequeñísimas gotas de agua, que se mantienen estables gracias a su pequeño tamaño (diámetro aproximado de las gotitas 0.02 mm, espaciamiento entre gotitas 1 mm y masa de 0.5 a 1 gr/m3). Por el contrario, las gotas de lluvia, tienen un diámetro de 0.5 a 2 mm, es decir, un aumento en el volumen de las gotitas de las nubes, de 100,000 a 1,000,000 de veces. En este sorprendente aumento, es donde está el origen de las precipitaciones y se asume principalmente gracias a dos fenómenos; 1) la unión entre sí de numerosas gotitas, y 2) el engrosamiento de una gota por la fusión y condensación con otras.

2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN

La formación de la precipitación, requiere de la elevación de una masa de agua en la atmósfera en forma de vapor, de tal manera que se enfríe y parte de su humedad se condense (Villón, 2004). Atendiendo al factor que provoca la elevación del aire en la atmósfera, la precipitación se clasifica en:

32

A. PRECIPITACIÓN DE CONVECCIÓN

En tiempos calurosos, se produce una abundante evaporación a partir de la superficie del agua, formando grandes masas de vapor de agua, que por estar más calientes, se elevan sufriendo un enfriamiento de acuerdo a la adiabática seca o húmeda. En el curso de su ascenso, se enfrían según el gradiente adiabático10 seco (1°C/100 m) o saturado (0.5°C/100 m).

Estas masas de vapor se acumulan en los puntos llamados células de convección. A partir de este punto, las masas pueden seguir elevándose hasta llegar a grandes alturas, donde encuentran condiciones favorables que provocan la condensación y posteriormente la precipitación. Esta precipitación, generalmente viene acompañada de rayos y truenos. Son propias de las regiones tropicales, donde las mañanas son muy calurosas, el viento es calmo y hay una predominancia de movimiento vertical del aire.

B. PRECIPITACIÓN OROGRÁFICA

Se producen cuando el vapor de agua que se forma sobre la superficie de agua es empujada por el viento hacia las montañas, aquí las nubes siguen por las laderas de las montañas, y ascienden a grandes alturas, hasta encontrar condiciones propicias para la condensación y por consiguiente la precipitación.

C. PRECIPITACIÓN CICLÓNICA

Este tipo de precipitación, se produce cuando hay un encuentro de dos masas de aire, con diferentes temperaturas y humedades, las nubes más calientes son impulsadas a las

10 Gradiente adiabático: es el proceso de enfriamiento y calentamiento por los movimientos ascendentes o descendentes.

33

partes más altas, donde producen la condensación y posteriormente la precipitación. Está asociada con el paso de ciclones en zonas de baja presión.

En los tipos de precipitación, también se habla de aguaceros torrenciales; la cual es común en las zonas de montaña, donde la ocurrencia de aguaceros de gran magnitud en un período de tiempo de una o pocas horas provoca deslizamiento en los taludes. En el factor precipitación se debe tener en cuenta la intensidad de la máxima lluvia o de las lluvias más fuertes en una hora, en un día, mes o año y en algunas ocasiones la cantidad de lluvia en períodos menores a una hora.

En ese sentido, estudios realizados en Puerto Rico, (Larsen y Simmon, 1992, citado por Villon, 2004) encontraron que la intensidad de lluvia (I mm/h) que produce deslizamiento depende de la duración de la lluvia (D horas), según la expresión; I = 91.46 D-0.82. De acuerdo a la investigación, en tormentas que tienen duraciones de hasta 10 horas, los deslizamientos no ocurren hasta que la intensidad alcanza valores tan altos como de dos a tres veces (10 horas) la intensidad reportada para producir deslizamientos en áreas no tropicales ¿plasmar su comentario?

2.1.2 AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA CON RELACIÓN A LA ESTABILIDAD DE TALUDES

La escorrentía (agua superficial) es la proporción de precipitación que fluye superficialmente sobre el suelo. Cuanto más pronunciadas, impermeables y desprovistas de vegetación estén las laderas y más copiosas sean las precipitaciones, tanto mayor será la escorrentía. Esta energía, que se concentra en corrientes de agua, generalmente actúa como un detonante en taludes inestables y producen deslizamientos.

Durante el escurrimiento superficial, se produce infiltracion y percolación de agua en el suelo y subsuelo, constituyendo las aguas subterráneas (agua freática que forman los acuíferos). Esta agua subterránea afecta la estabilidad del talud de acuerdo a los siguientes mecanismos básicos:

1. Presiones de poros: es la presión interna del agua al saturarse en el suelo. El agua subterránea o agua freática tendrá mayor o menor presión de poros, según la

34

localización de los niveles freáticos, tipos de acuíferos y las características geológicas del sitio. Este valor de las presiones de poro se mide utilizando piezómetros.

2. Disminución o eliminación de las presiones de poros negativos por saturación

(alteración química, con la disminución de iones con carga negativa): al saturarse un suelo disminuyen las tensiones capilares o presiones negativas (aniones con cargas negativas) disminuyendo así la resistencia. La resistencia de un suelo puede variar de un máximo al final de la época seca, a un mínimo durante la época de lluvia y es por eso que posterior a una gran lluvia ocurren usualmente los grandes deslizamientos.

3. Lavado de cementantes11: el agua subterránea puede eliminar del talud los

cementantes solubles y así debilitar los vínculos granulares, consiguientemente empobrecer la cohesión y el coeficiente de fricción interna; este proceso es generalmente paulatino. Del mismo modo, el flujo de agua puede, disolver los cementantes naturales que pudieran existir, especialmente si existen carbonatos de calcio solubles, debilitando la estabilidad del talud.

4. Erosión interna: el movimiento del agua subterránea elimina la arena fina y

partículas sueltas de las cavidades subterráneas del talud, debilitando así su estabilidad.

5. Aumento de densidad: la presencia de humedad aumenta la densidad o peso de los

materiales de suelo, provocando mayor presión.

6. Fuerzas dinámicas: el movimiento de las corrientes de agua subterránea ejerce fuerzas sobre el suelo en la dirección del flujo. Para calcular la fuerza de las corrientes de agua se requiere dibujar la red de flujo subterránea, en la cual las líneas de flujo tienden a ser generalmente paralelas a la superficie del nivel freático y las líneas equipotenciales son normales a las de flujo. Esta fuerza actúa como un elemento desestabilizante en la masa del suelo y puede disminuir en forma apreciable la estabilidad del talud.

7. Entre otros mecanismos: como las grietas en las rocas, y las supresiones

(eliminación) de las capas impermeables (disminuyendo la resistencia del suelo). 11 La cementación del suelo, consiste en el enlace mutuo de las partículas por acción de diferentes materiales o sustancias,

denominadas "cementantes"; materiales orgánicos (humus), coloides inorgánicos (Al, Fe), carbonatos, óxidos, etc.

35

2.1.3 MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN

La precipitación se mide en términos de la altura de lámina de agua (hp), y se expresa comúnmente en milímetros. Esta altura de lámina de agua, indica la altura del agua que se acumularía en una superficie horizontal, si la precipitación permaneciera donde cayó. Los aparatos de medición, se clasifican de acuerdo con el registro de las precipitaciones, en pluviómetros12 y pluviógrafos13.

2.1.3.1 CALCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA SOBRE UNA ZONA (SITIO)

En general, la altura de precipitación que cae en un sitio dado, difiere de la que cae, en los alrededores, aunque sea en sitios cercanos. Para calcular la precipitación media de una tormenta o la precipitación media anual, existen tres métodos de uso generalizado.

a) Promedio aritmético: consiste en obtener el promedio aritmético, de las alturas de precipitaciones registradas y de las estaciones localizadas dentro de la zona. Su ecuación está dada por:

Donde: Pmed = precipitación media de la zona o cuenca; Pi =

12 Consiste en un recipiente cilíndrico de lámina, de aproximadamente 20 cm de diámetro y de 60 cm de alto. La tapa del cilindro es un embudo receptor, el cual se comunica con una probeta de sección 10 veces menor que la de la tapa. Esto permite medir la altura de lluvia en la probeta, con una aproximación hasta décimos de milímetro, ya que cada centímetro medido en la probeta, corresponde a un milímetro de altura de lluvia; para medirla se saca la probeta y se introduce una regla graduada, con la cual se toma la lectura; generalmente se acostumbra hacer una lectura cada 24 horas. 13 Es un instrumento, que registra la altura de lluvia en función del tiempo, lo cual permite determinar la intensidad de la precipitación, dato importante para el diseño de estructuras hidráulicas.

36

precipitación de la estación i; y n = número de estaciones dentro de la zona o cuenca.

La precisión de este criterio, depende de la cantidad de estaciones disponibles, de la forma como están localizadas y de la distribución de la lluvia estudiada. Es el método más sencillo, pero sólo da buenos resultados, cuando se tiene la cantidad necesaria de pluviómetros en el terreno y los registros por períodos prolongados.

b) Polígono de Thiessen: para este método, es necesario conocer la localización de las estaciones en la zona bajo estudio, ya que para su aplicación, se requiere delimitar la zona de influencia de cada estación, dentro del conjunto de estaciones. El método consiste en:

1. Ubicar las estaciones, dentro y fuera de la cuenca. 2. Unir las estaciones formando triángulos, procurando en lo posible que estos sean

acutángulos (ángulos menores de 90°). 3. Trazar las mediatrices de los lados de los triángulos (figura polígono de Thiessen)

formando polígonos. (Por geometría elemental, las mediatrices correspondientes a cada triángulo, convergen en un solo punto. En un triángulo acutángulo, el centro de mediatrices, está ubicada dentro del triángulo, mientras que en un obtusángulo, está ubicada fuera del triángulo).

4. Definir el área de influencia de cada estación. Cada estación quedará rodeada por las líneas del polígono (en algunos casos, en parte por el parteaguas de la cuenca). El área encerrada por los polígonos de Thiessen y el parteaguas (cuencas hidrográficas) será el área de influencia de la estación correspondiente.

5. Calcular el área de cada estación. 6. Calcular la precipitación media, como el promedio de las precipitaciones de cada

estación, usando como peso el área de influencia correspondiente, es decir;

Donde: Pmed = precipitación media

AT = área total de la zona o cuenca Ai = área de influencia parcial del polígono de Thiessen, correspondiente a la estación i Pi = precipitación de la estación i n = número de estaciones tomadas en cuenta

La construcción del polígono de Thiessen, se facilita haciendo uso de las herramientas del SIG (ArcGis 10).

37

c) Isoyetas: para este método, se necesita un plano de isoyetas de la precipitación registrada, en las diversas estaciones de la zona en estudio. Las isoyetas son curvas que unen puntos de igual precipitación. Este método es el más exacto, pero requiere de un cierto criterio para trazar el plano de isoyetas. Se puede decir, que si la precipitación es de tipo orográfico, las isoyetas tenderán a seguir una configuración parecida a las curvas de nivel.

El método consiste en: -Ubicar las estaciones dentro y fuera de la zona o cuenca. -Trazar las isoyetas, interpolando las alturas de precipitación entre las diversas estaciones, de modo similar a cómo se trazan las curvas de nivel. -Hallar las áreas A1, A2, …. , An entre cada 2 isoyetas seguidas. -Si P0, P1, .... , Pn son las precipitaciones representadas por las isoyetas respectivas, calculando la precipitación media utilizando;

Donde: Pmed = precipitación media AT = área total de la zona o cuenca Pi = altura de precipitación de las isoyetas i

Ai = área parcial comprendida entre las isoyetas Pi-1 y Pi n = número de áreas parciales

Caso práctico: en una zona de San Salvador, se tiene una cuenca con una superficie de 350.8 km2, que se muestre en la figura. Existen ocho (8) estaciones ubicadas dentro y fuera de la cuenca, donde se ha medido la precipitación (Tabla 3). Se pide calcular la precipitación promedio utilizando el promedio aritmético, polígono de Thiessen y a través de las isoyetas.

Tabla 3. Precipitación anual en mm Estación Precipitación (mm)

1 2331

2 1820

3 1675

4 1868

5 1430

6 1497

7 1474

8 1638

38

Solución:

1. Promedio aritmético: utilizando la ecuación, y las seis (6) estaciones que están dentro de la cuenca (se excluyen las estaciones 5 y 7 por estar fuera), se tiene;

Pmed = 2331 + 1820 + 1675 + 1875 + 1868 + 1497 + 1638 / 6 Pmed = 1804.83 mm/año

2. Polígono de Thiessen: construyendo los polígonos de Thiessen, se obtiene la siguiente figura. El porcentaje de área de influencia (área parcial del polígono / área total *100) de cada estación se muestra en la tabla 4.

Polígono de Thiessen

Tabla 4. Área de influencia de cada estación

Estación Area % de área Precipitación (mm)

1 A1 20.85 2331

2 A2 9.67 1820

3 A3 15.61 1675

4 A4 15.5 1868

5 A5 2.13 1430

6 A6 10.8 1497

7 A7 10.44 1474

8 A8 15 1638

De la ecuación,

Se puede expresar en función del porcentaje de área de influencia, de la siguiente forma:

Sustituyendo valores de la tabla 4, en la ecuación, resulta;

39

Pmed = 0.2085*2331 + 0.967*1820 + 0.1561*1675 + 0.155*1868 + 0.0213*1430 + 0.108* 1497 + 0.1044*1474 + 0.15*1638 Pmed = 1804.73 mm

3. Isoyetas: construyendo las isoyetas se obtiene la siguiente figura. El porcentaje de área (área parcial entre isoyetas / área total*100) se muestra en la tabla 5.

Isoyetas

Tabla 5. Porcentaje de área entre dos isoyetas Isoyetas (mm) % de área entre curvas Isoyetas promedio

1450 – 1500 13.97 1475

1500 – 1600 9.89 1550

1600 – 1700 11.71 1650

1700 – 1800 9.62 1750

1800 – 1900 10.67 1850

1900 – 2000 12.1 1950

2000 – 2100 7.8 2050

2100 – 2200 7.74 2150

2200 – 2300 5.31 2250

2300 – 2400 2.38 2350

2400 – 2500 1.67 2450

2500 – 2600 1.75 2550

2600 – 2700 1.08 2650

2700 - 2750 4.31 2725

De la ecuación,

La cual se puede expresar en función del porcentaje de área entre isoyetas y la isoyeta promedio (IPi), de la siguiente manera:

Pmed = 0.1397*1475 + 0.0989*1550 + 0.1171*1650 + 0.0962*1750 + 0.1067*1850 + 0.121*1950 + 0.078*2050 + 0.0774*2150 + 0.0531*2250 + 0.0238*2350 + 0.0167*2450 + 0.0175*2550 + 0.0108*2650 + 0.0431*2725 Pmed = 1887.58 mm

40

2.1.3.2 ESTUDIO DE UNA TORMENTA

Definición: se entiende por tormenta, al conjunto de lluvias que obedecen a una misma perturbación meteorológica y de características bien definidas. De acuerdo a esta definición, una tormenta puede durar desde unos pocos minutos hasta varias horas y aún días, y puede abarcar extensiones de terrenos muy variables, desde pequeñas zonas, hasta vastas regiones.

El análisis de las tormentas, está íntimamente relacionado con los cálculos o estudios previos, al diseño de obras de ingeniería hidráulica, como son: estudio de drenaje; determinación de caudales máximo, que deben pasar por el borde de una represa, o que deben encausarse para impedir las inundaciones; conservación de suelos; y el cálculo del diámetro de alcantarillas.

Dentro de los elementos fundamentales del análisis de las tormentas, hay que considerar:

La intensidad, cantidad de agua caída por unidad de tiempo. Lo que interesa particularmente de cada tormenta, es la intensidad máxima que se haya presentado, es decir, la altura máxima de agua caída por unidad de tiempo. De acuerdo a la altura máxima, la intensidad se expresa por la ecuación; imáx = P/t, donde imáx = intensidad máxima, en mm/hora; P = precipitación en altura de agua, en mm; y t = tiempo, en horas.

La duración, corresponde al tiempo que transcurre entre el comienzo y el fin de la tormenta. Aquí conviene definir el período de duración, que es un determinado período de tiempo, tomado en minutos u horas, dentro del total de tiempo que dura la tormenta. Tiene mucha importancia en la determinación de las intensidades máximas.

Ambos parámetros, se obtienen de un pluviograma como se muestra a continuación:

La frecuencia, es el número de veces que se repite una tormenta, de características, de intensidad y duración definidas en un período de tiempo. Representado en años.

41

Período de retorno, intervalo de tiempo promedio, dentro del cual un evento de magnitud X, puede ser igualado o excedido, por lo menos una vez en promedio. Representa el inverso de la frecuencia, es decir; T = 1/f.

Así por ejemplo, para una localidad de San Salvador, se presentará una tormenta de intensidad máxima igual a 60 mm/hr, para una duración de 30 min., y un período de retorno de 10 años.

2.1.3.3 EL HIETOGRAMA Y LA CURVA DE MASA DE PRECIPITACIÓN

La intensidad de la precipitación, varía en cada instante durante el curso de una misma tormenta, de acuerdo a las características de ésta. Es absolutamente indispensable, cuando se hace el análisis de tormentas, determinar estas variaciones, porque de ellas dependen muchas de las condiciones, que hay que fijar para las obras de ingeniería hidráulica, para las que se hacen principalmente estas clases de estudios.

Mediante el hietograma es fácil expresar a qué hora, la precipitación adquirió su máxima intensidad y cuál fue el valor de ésta. La figura 17, muestra que la intensidad máxima de la tormenta, es de 6 mm/hr, y se presentó a los 500 min. (8.3 horas), 700 min. (11.6 horas) y 800 min. (13.3 horas), de iniciado la tormenta. Matemáticamente este gráfico, está representado por la relación:

Donde: i = intensidad; P = precipitación; y t = tiempo

En relación a la curva masa de precipitación (Figura 17), representa la precipitación acumulada en relación al tiempo. Se extrae directamente del registro del pluviograma. La curva masa de precipitación, es una curva no decreciente, donde la pendiente de la tangente en cualquier punto, representa la intensidad instantánea en ese tiempo.

A. PROCESO PARA EL ANÁLISIS DE UNA TORMENTA REGISTRADA POR UN PLUVIOGRAMA

Para realizar el análisis de una tormenta, registrada por un pluviograma, los pasos básicos a desarrollarse corresponden a:

1. Conseguir el registro de un pluviograma. 2. Realizar una tabulación con la información obtenida del pluviograma, en forma

similar a la mostrada en la tabla 6, donde sus columnas son; Hora: se anota las horas en que cambia la intensidad, se reconoce por el cambio de

la pendiente, de la línea que marca la precipitación. Intervalo de tiempo: es el intervalo de tiempo entre las horas de la columna (1). Tiempo acumulado: es la suma sucesiva de los tiempos parciales de la columna (2). Lluvia parcial: es la lluvia caída en cada intervalo de tiempo. Lluvia acumulada: es la suma de las lluvias parciales de la columna (4).

42

Intensidad: es la altura de precipitación referida a una hora de duración, para cada intervalo de tiempo. Su cálculo se realiza mediante una regla de tres simple, obteniéndose: columna (4)*60 / columna (2).

3. Dibujar el hietograma (Figura 17), esto se consigue ploteando las columnas (3) vs (6). El hietograma permite apreciar más objetivamente como varía la intensidad durante la tormenta.

4. Dibujar la curva masa de precipitaciones (Figura 17), esto se logra ploteando las columnas (3) vs (5).

5. Calcular la intensidad máxima para diferentes períodos de duración. Los períodos de duración más utilizados son: 10, 30, 60, 90, 120 y 240 min.

Tabla 6. Análisis del pluviograma de una tormenta

Hora (1) Intervalo de tiempo (min)

(2)

Tiempo acumulado

(min) (3)

Lluvia parcial (mm) (4)

Lluvia acumulada

(mm) (5)

Intensidad (mm/hr)

(4)*60/(2)

4 120 120 3 3 1.5

6 120 240 5 8 2.5

Ejemplo:

A partir del registro del pluviograma que se muestra en la figura 16, realizar el análisis de la tormenta, y obtener; el hietograma, la curva masa de precipitación y las intensidades máximas, para duraciones de 10, 30, 60, 90, 120 y 240 min.

Solución:

1. La tabulación de los datos del pluviograma, se muestran en la tabla, en ella se muestra: Columna (1): horas en que cambian las intensidades. Columna (2): intervalo de tiempo de las horas de la columna (1). Columna (3): suma sucesiva de los tiempos de la columna (2). Columna (4): altura de lluvia caída en cada intervalo de tiempo. Columna (5): suma sucesiva de las lluvias parciales de la columna (4). Columna (6): intensidades en mm/hr [(4)*60/Columna(2)].

2. Ploteando la columna (2) vs la (6), se obtiene el hietograma (Figura 16).

Figura 16. Pluviograma de una tormenta

43

3. Ploteando la columna (2) vs la (5), se obtiene la curva masa de precipitación, como se muestra en la figura 17.

Tabla 7. Análisis de la tormenta del pluviograma de la figura 16

Hora (1) Intervalo de tiempo (min)

(2)

Tiempo acumulado

(min) (3)

Lluvia parcial (mm) (4)

Lluvia acumulada

(mm) (5)

Intensidad (mm/hr)

(4)*60/(2)

(4-6) 4 120 120 3 3 1.5

(6-8) 6 120 240 5 8 2.5

(8-10) 8 120 360 4 12 2.0

(10-12) 10 120 480 1 13 0.5

(12-13) 12 60 540 6 19 6.0

(13-14) 13 60 600 4 23 4.0

(14-15) 14 60 660 4 27 4.0

(15-16) 15 60 720 6 33 6.0

(16-17) 16 60 780 4 37 4.0

(17-18) 17 60 840 6 43 6.0

(18-22) 18 240 1080 10 53 2.5

(22-24) 22 120 1200 4 57 2.0

(24-2) 24 120 1320 2 59 1.0

Figura 17. Hietograma de la tormenta del pluviograma y curva masa de precipitación de la tormenta del pluviograma de la figura 16

44

4. Cálculo de las intensidades máximas, para diferentes duraciones. De la tabla y del hietograma de la figura 17, se observa que la intensidad máxima es de 6 mm/hr, la cual tiene una duración de 60 min, por lo que para duraciones entre 0 y 60 min, este valor sería la intensidad máxima.

Intensidad máxima para una duración de 90 min: para calcular la intensidad máxima correspondiente a 90 min., se realiza el siguiente procedimiento; durante 60 min., la intensidad máxima fue 6 mm/hr, para 90 min., faltan 30 min.; por lo que se busca el valor de la intensidad máxima inmediata inferior, que correspondería a 4 mm/hr, por lo que la intensidad máxima para 60 min., está dada por:

Donde Imáx90 = 5.33 mm/hr

Análogamente:

Intensidad máxima para una duración de 120 min:

Donde Imáx120 = 5 mm/hr

Tabulando los resultados, se tiene:

Duración (min.) 60 90 120

Imáx (mm/hr) 6 5.33 5

Nota: obsérvese que a mayor período de duración, menor es el valor de la intensidad máxima estimada. Ejercicio, que deberá ser entregado y enviado al siguiente correo wwatler@catie.ac.cr). Para una tormenta, el registro de un pluviógrafo, se obtuvo la siguiente información de la tabla.

Tabla 8. Precipitación acumulada Tiempo (hr)

(1) Precipitación

acumulada (mm) (2)

0 0

2 5

4 8

6 18

8 29

10 36

12 39

Se pide, dibujar: La curva masa de precipitación Hietogramas de altura de precipitación

para duraciones de 2, 4, 6 y 12 hrs (horas)

45

B. ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE LAS TORMENTAS

Para el análisis de las frecuencias de las tormentas, se debe realizar lo siguiente:

1. Examinar todas las tormentas caídas en el lugar, siguiendo el proceso ya indicado, es decir, para cada tormenta hallar la intensidad máxima, para diferentes duraciones.

2. Tabular los resultados en orden cronológico, tomando la intensidad mayor de cada año para cada período de duración (10, 30, 60, 120 y 240 min).

Tabla 9. Intensidad máxima para períodos de 10, 30, 60, 120 y 240 min

Año (m)

Período de duración (min)

10 30 60 120 240

1973 102 81 64 42 18

1974 83 70 50 33 16

1975 76 61 42 29 20

1976 80 72 45 32 11

1977 61 58 36 28 14

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

2001 105 83 65 50 23

3. Ordenar en forma decreciente e independiente del tiempo, los valores de las

intensidades máximas correspondientes a cada uno de los períodos de duración (Tabla 9). Para cada valor, calcular su período de retorno utilizando la fórmula de Weibull.

Donde: T = período de retorno; m = número de orden; n = número total de observaciones, en este caso número de años.

Tabla 10. Relación entre período de retorno, duración e intensidades (i-d-T)

No. de orden (m)

Período de retorno

T = n+1/m

Período de duración (min)

10 30 60 120 240

1 29+1/1 = 30 105 83 65 50 23

2 29+1/2 = 15 102 81 64 42 20

3 29+1/3 = 10 83 72 50 33 18

4 29+1/4 = 7.5 80 70 45 32 16

5 29+1/5 = 6 76 61 42 29 14

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

n = 29

46

4. Construir las curvas intensidad-duración-período de retorno (i-d-T). Para la elaboración de las curvas, efectuar lo siguiente:

Trazar los ejes coordenados; en el eje X, colocar las duraciones (en min), mientras que en el eje Y, los valores de las intensidades (en mm/hr).

Para un período de retorno T (en años) ubicar los pares (duración, intensidad). Trazar una curva que una los puntos (duración e intensidad). Repetir los dos últimos pasos para otros valores de T.

En la siguiente figura, se muestran tres curvas de períodos de retorno de 10, 15 y 30 años. Estas curvas intensidad-duración-período de retorno, son complicadas de obtener, por la gran cantidad de información que se requiere procesar, pero son sumamente útiles para la obtención de la intensidad máxima, para una duración y un período de retorno dado.

C. PROBLEMA PROPUESTO

Cálculo de la precipitación promedio de una cuenca, mediante los métodos: promedio aritmético, polígono de Thiessen e isoyetas.

Estación Precipitación (mm)

1 4500

2 3500

3 2800

4 2700

5 2500

6 2015

7 1800

8 1500

9 1300

10 1210

11 1116

12 1005

Figura 18. Curva intensidad-duración-período de retorno

47

2.3 INFILTRACIÓN

La infiltración es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo. La tasa de infiltración, en la ciencia del suelo, es una medida de la tasa a la cual el suelo es capaz de absorber la precipitación o la irrigación. Se mide en pulgadas por hora o milímetros por hora. Si la tasa de precipitación excede la tasa de infiltración, se producirá escorrentía.

La infiltración está gobernada por dos fuerzas; la gravedad y la acción capilar14. Se ve afectada por las características del suelo como la facilidad de entrada, la capacidad de almacenaje y la tasa de transmisión por el suelo.

En el control de la tasa y capacidad infiltración desempeñan un papel importante; la textura y estructura del suelo, los tipos de vegetación, el contenido de agua del suelo, la temperatura del suelo y la intensidad de la precipitación. Así, suelos arenosos de grano grueso tienen espacios suficientes entre cada grano y permiten que el agua se infiltre rápidamente.

En lo concerniente a la infiltracion, es importe tener presente el ciclo hidrológico:

14 El agua capilar es la fracción del agua que ocupa los microporos, se mantiene en el suelo gracias a las fuerzas derivadas de la tensión superficial del agua. Esta fracción del agua es utilizable por las plantas, es la reserva hídrica del suelo.

Figura 19. Esquema del ciclo hidrológico

48

Aspectos a ser considerado en la infiltración (entrada del agua en el suelo):

Un suelo en condiciones naturales presenta una porosidad en superficie relativamente elevada.

El agua entra en el suelo por las grietas y poros de mayor tamaño, por gravedad. De los poros de mayor tamaño pasa a los de menor tamaño, por capilaridad. La infiltración es un proceso que implica entrada y movimiento del agua en el suelo,

en este proceso intervienen tres sub-procesos; entrada de agua, retención de agua y movimiento del agua en el suelo.

Infiltrometros de anillos o de doble anillos y simuladores de lluvias, permiten la medición directa de la velocidad con la que el agua entra en el suelo.

Las curvas de infiltración, expresan la variación de la velocidad de infiltración con el tiempo, durante la lluvia. Dentro de los datos de interés a tener presente; infiltración inicial (fo), infiltración final “capacidad de infiltración del suelo” (fc), tiempo de equilibrio (tiempo a fc), infiltración acumulada en t (F) y tasa de infiltración (f), ver gráfico a continuación (Dunne y Leopold, 1978, citado por Aparicio, 1997).

Dentro de las factores que influyen en la infiltración, se mencionan: las características de las precipitaciones (altura15 e intensidad); características del suelo (textura, estructura y materia orgánica); características de la cobertura vegetal (la copa de los árboles interceptan la lluvia, disminuyendo su intensidad, la capa de residuos sobre el suelo, la materia orgánica, las raíces, y otros); la fauna del suelo; y el uso del suelo (estos determinan el grado de compactación).

Preguntas a responder:

¿Por qué se vuelve inestable una ladera y qué se puede hacer para evitar su inestabilidad?

¿Cuáles son las principales causas naturales que disparan o activan los deslizamientos?

15 Lluvias muy prolongadas, aumentan la humedad del suelo y disminuyen su velocidad de infiltración.

49

UUNNIIDDAADD IIIIII..

MMEEDDIIDDAASS DDEE EESSTTAABBIILLIIZZAACCIIÓÓNN OO MMIITTIIGGAACCIIÓÓNN DDEE RRIIEESSGGOOSS EENN LLAADDEERRAASS

De acuerdo a la literatura consultada y a las experiencias en el tema de riesgos; a continuación se desarrollan los conceptos relacionados con las medidas estructurales utilizadas en le gestión de riesgos en Colombia16.

Las medidas estructurales de prevención y de mitigación de riesgos son obras de ingeniería empleadas para reducir o llevar a niveles “aceptables” el riesgo al que está expuesta una comunidad. Pueden ser catalogadas como preventivas, correctivas o de control. Su construcción requiere de diseños de Ingeniería y optimización de los recursos; así como, de un Plan de Manejo Ambiental que posibilite la reducción de los impactos que la generan.

Seguidamente se describe de forma breve, algunos tipos de medidas estructurales para tratamientos de fenómenos de remoción en masa (deslizamientos), erosión, inundaciones, avenidas torrenciales, incendios forestales y daños por sismos.

Estas medidas inciden de manera positiva en el entorno, en la calidad de vida de las personas asentadas en zonas de riesgo y durante la fase de construcción generan empleo. Sin embargo, pueden afectar la salud de la población, el estilo de vida de la comunidad y la movilidad de peatones y usuarios; así como, generar impactos negativos en los diferentes componentes ambientales en cada una de las fases de construcción de la obra de ingeniería, por lo que requiere de acciones que minimicen los impactos.

En la unidad se presenta una descripción de los posibles impactos negativos que se generan en la construcción y puesta en marcha de obras de prevención y mitigación de riesgos.

Todas las obras que se mencionan, se llevan a cabo siguiendo un proceso típico de construcción que contempla las fases: (i) preliminar, (ii) construcción y (iii) cierre; a su vez, tienen actividades comunes que son: instalación y funcionamiento del campamento, sensibilización ambiental, demarcación, descapote y remoción de la capa orgánica, movimiento de tierras (excavación y relleno), tratamiento y manejo de la cobertura vegetal, manejo de aguas superficiales durante la obra, fabricación de materiales en obra,

ocupación de cauces, demolición, manejo y disposición de escombros y materiales, acarreo y transporte de materiales, restauración de áreas intervenidas, obras complementarias y señalización definitiva, desmantelamiento de instalaciones, y limpieza del área intervenida. Cada una de las cuales debe contar con un manejo ambiental,

16 Guía Ambiental para Obras de Prevención y Mitigación de Riesgos, para Colombia.

50

generalmente tipificado en el marco jurídico del país.

Las obras que se describen, se conciben como componentes de un proyecto integral de mejoramiento de un área en riesgo, por lo tanto, es común que se complementen unas con otras. En todos los casos, los expertos recomiendan que las obras de control de erosión y de recuperación de la cobertura vegetal se utilicen de forma complementarias en virtud de sus bondades en términos del mantenimiento de condiciones de estabilidad e integración con el entorno.

Las ilustraciones presentadas en esta guía representan ejemplos de algunas obras típicas asociadas a cada riesgo, y en ningún momento pretenden limitar las opciones de prevención y mitigación que tales situaciones de riesgo requieren.

3.1 OBRAS PARA LA PREVENCIÓN DE LOS FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA

Los fenómenos de remoción en masa se refieren al desprendimiento de piedras, tierra o detritos en una pendiente a causa de la gravedad, que comúnmente se conocen como deslizamientos.

Pueden ser detonados por lluvias, inundaciones, terremotos u otras causas naturales o no naturales como las actividades humanas (corte o rellenos de terrenos y excesivos o inapropiados desarrollos urbanos), debido a este último (causas no naturales), es posible que se presenten en áreas desarrolladas o no desarrolladas y en cualquier lugar en que el terreno se ha modificado por carreteras, casas o incluso los espacios con césped o patios de una casa.

A. REMOCIÓN Y/O CONFORMACIÓN DEL PERFIL DEL TERRENO O TALUD

Se refiere a la reconformación del talud con el fin de incrementar su estabilidad, bien disminuyendo la masa inestable en la corona o aumentando la masa en la base del movimiento.

Si se interviene un talud mediante su tendido, esta medida es preventiva, mientras que si se utiliza cuando el talud ha fallado o cuando existe una superficie de falla definida, la medida es correctiva.

Las técnicas más utilizadas para este fin: tendido del talud; construcción de bermas o rellenos de contrapeso; construcción de trincheras estabilizantes; construcción de terrazas; y remoción y reemplazo del material.

51

B. CONTROL DE DRENAJE E INFILTRACIÓN

Son obras que permiten controlar o disminuir la presión que ejerce el agua dentro del suelo o la roca, facilitando su circulación y evacuación rápida a través del talud, evitando excesos de presiones y erosión interna. Es un método utilizado en la prevención y corrección en áreas inestables y hace parte de la solución integral en la estabilización del talud.

Estas obras pueden ser implementadas tanto para el manejo de aguas superficiales como en el de aguas sub-

superficiales (subterráneas).

Algunas obras de drenaje para aguas superficiales son: cunetas; divisorios de agua; explanación del talud para eliminar ondulaciones; y revestimientos y revegetación. Para obras de drenaje de aguas sub-superficiales: filtros en trincheras; drenes horizontales; lechos de drenaje; pozos verticales; y galerías de drenaje.

C. ESTRUCTURA DE CONTENCIÓN PARA SUELOS

Las estructuras de contención para suelos, se diseñan para soportar empujes de tierra y prevenir fallas de taludes en aquellos casos en donde la estabilidad no puede ser garantizada por las condiciones topográficas. Estas estructuras deben acompañarse de medidas para el control del drenaje, y generalmente son utilizadas como método preventivo o correctivo; sin embargo, su eficiencia es mayor cuando se usa como prevención de deslizamientos.

Las estructuras de contención en suelos, son apropiadas para corregir movimientos de pequeña magnitud; controlar movimientos en taludes empinados en la base; disminuir la extensión de la falla de grandes masas; soportar lateralmente los rellenos para bermas; controlar deslizamientos superficiales; y limitar zonas de relleno o préstamo.

Los muros en gaviones son una solución muy utilizada en nuestro medio por su relativa flexibilidad ante movimientos del suelo de fundación, por permitir un drenaje fácil y ser construidas con materiales del área haciéndolos especialmente útiles en los taludes adyacentes a ríos y corrientes.

52

D. ESTRUCTURA DE CONTENCIÓN PARA ROCAS

Como su nombre lo indica, se utiliza para estabilizar masas rocosas fracturadas y evitar el colapso del talud, y la caída de bloques o cuñas. Su uso es de carácter preventivo. Los anclajes se pueden emplear solos o con estructuras de contención aumentando las fuerzas resistentes. Dentro de este tipo de obras encontramos: anclajes en roca; revestimiento flexible con malla; y concreto lanzado.

E. PROTECCIÓN DE LA SUPERFICIE DEL TALUD CON VEGETACIÓN

La erosión producida por la lluvia se puede controlar algunas veces, con el mantenimiento de buenas coberturas vegetales. Para ello es posible emplear la siembra de coberturas nativas o especies arbustivas y/o arbóreas de poca altura, que cubran y protejan el suelo del impacto directo de las gotas de lluvia.

53

La vegetación como cobertura de la superficie del talud cumple las funciones de disminuir la velocidad de agua, disipar su energía, y actuar como filtro superficial.

Dentro de los métodos de manejo y establecimiento de la vegetación en los taludes se incluyen: conformación del sustrato; siembra de semillas; siembra por estacas, estolones y ramas; siembra de sepedón; y sistemas de anclaje.

F. PROTECCIÓN DE LA SUPERFICIE DEL TALUD CON REVESTIMIENTO

El revestimiento es utilizado para la prevención y protección de erosión en los taludes protegiendo sus zonas críticas. Cumple las funciones de disminución de la infiltración y mantenimiento del suelo en condiciones estables de humedad.

En relación a los revestimientos de las superficies de los taludes se utilizan cuando las pendientes de los mismos son mayores al 100% (45°), así como es posible utilizarlos en la parte baja de las estructuras de contención

y requieren ser complementadas con obras de control de drenaje superficial. Los tipos de revestimiento pueden ser: concreto lanzado; suelo cemento; gaviones; enrocados; y mampostería o piedra pegada.

G. OBRAS PARA EL CONTROL DE MATERIAL CAÍDO O DESLIZADO

Estos tipos de obra buscan detener o desviar la masa de suelo o roca una vez se mueven ladera abajo, controlando o disminuyendo su capacidad de impacto, protegiendo la infraestructura y los transeúntes.

Dentro de este tipo de obras se encuentran: escudos contra caída de rocas o deslizamientos; cunetas o bermas de intercepción; mallas metálicas; y muros o gaviones.

54

3.2 OBRAS PARA EL CONTROL DE LA EROSIÓN

La erosión es un fenómeno natural y antrópico, que detona o contribuye a los fenómenos de remoción en masa (FRM) y las avenidas torrenciales, razón por la cual se consideran prioritarias todas las acciones encaminadas a controlar o prevenir este tipo de procesos. Al actuar sobre la erosión se previenen los FRM.

Las acciones del hombre como quemas, talas incontroladas de bosques, vertimientos inadecuados de agua, movimientos de tierra, uso agrícola del suelo no adecuado al trópico, entre otras; aceleran los procesos erosivos degradando los suelos y aumentando los aportes de sedimentos a los ríos y quebradas que modifican su dinámica fluvial. Hoy esta acción erosiva afecta grandes extensiones de tierras en el país y por ello, requiere de medidas correctivas efectivas en el corto plazo y preventivas en el mediano y largo plazo.

Las obras para el control de la erosión buscan la adecuada evacuación de las aguas de escorrentía, un mejoramiento de la infiltración, la disminución de la velocidad de escurrimiento, la protección de los suelos al impacto de la lluvia y el re-establecimiento de coberturas vegetales.

A. TRATAMIENTO DE REGULACIÓN DE LA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

Estos tratamientos consisten en la construcción de canales que interceptan y conducen la escorrentía hacia la red de drenaje natural. Cumplen la función de regular el gran volumen de flujo directo o escorrentía superficial en zonas con baja cobertura vegetal y se utilizan en casos donde las laderas presentan procesos de erosión crecientes.

Los canales en su conjunto conforman una red de drenaje y pueden ser de desviación; trasversal y longitudinal.

B. INCREMENTO DE INFILTRACIÓN

Se logra mediante la conformación de sistemas de infiltración que reducen la velocidad, el poder erosivo del agua de escorrentía superficial y retienen los sedimentos trasportados; en algunos casos, permiten acumular aguas lluvias para el riego. Este tipo de intervención se recomienda en zonas donde la escorrentía predomina sobre la infiltración. Algunas de las medidas utilizadas para

55

incrementar la infiltración son: las zanjas de infiltración y/o las micro-terrazas forestales (utilizadas en laderas con pendientes moderadas)

C. TRATAMIENTOS LINEALES

Consiste en la elaboración de barreras que ayudan a encauzar el agua de escorrentía los canales de evacuación, localizados de manera trasversal a la pendiente. Se utilizan en laderas o taludes con pendientes medias o altas. Estas medidas buscan: disminuir la erosión superficial del talud; disipar la escorrentía sobre el talud; reducir la velocidad de flujo; y acumular sedimentos.

Los tipos de tratamientos lineales se clasifican según el tipo de material utilizado y pueden ser: de revestimiento con neumáticos; con madera o ramas; con sacos rellenos de tierra; con postes de madera; y con especies vegetales de bajo porte y alta densidad (gramíneas).

D. CUBIERTAS SUPERFICIALES

Este tratamiento consiste en proteger el suelo mediante coberturas vivas o muertas, utilizando para ello coberturas vegetales como gramíneas o residuos de cosechas. Son complementarias a los tratamientos lineales y resultan adecuadas para cubrir áreas degradadas con pendientes moderadas. Cumplen las funciones de evitar el impacto de las gotas de lluvia sobre el suelo; disminuir el flujo superficial del agua de escorrentía; evitar el secamiento superficial del suelo; y evitar el arrastre de material.

E. TRATAMIENTOS DE REGULACIÓN DE FLUJO HÍDRICO EN CAUCES

Consiste en la construcción de diques trasversales en los cauces que controlan la erosión fluvial, a la vez que generan sedimentación local y regulan el flujo de las corrientes. Estos tratamientos; detienen y controlan la socavación de cárcavas y lechos; estabilizan la pendiente longitudinal del cauce; y crean condiciones que promueven los procesos de sucesión vegetal. Los diques pueden ser construidos en: postes de madera; gaviones; y

sacos rellenos.

F. REFORESTACIÓN

Consiste en la siembra de especies arbustivas y arbóreas de forma estratificada y dirigida hacia la conformación de barreras vivas que actúan como: cortinas rompe vientos; retención de agua; aumento infiltración; y refuerzo del suelo. Con el fin de garantizar el éxito de esta acción, es aconsejable seleccionar especies nativas de crecimiento rápido cuyas raíces alcancen profundidades de al menos 50 cm.

56

3.3 OBRAS PARA LA PREVENCIÓN Y CONTROL DE LAS INUNDACIONES

Las inundaciones son eventos que se presentan por desbordamiento en los tramos bajos de las corrientes naturales donde la pendiente del cauce es pequeña y la capacidad de transporte de sedimentos es reducida.

La definición de las zonas inundables está relacionada con el concepto de “ronda”, considerada como la franja en la cual quedan incluidos el cauce mayor y una zona de seguridad. Por fuera de la “ronda” quedan las planicies que son potencialmente inundables durante las crecientes extraordinarias. En la mayoría de los casos las inundaciones que son producidas por crecientes extraordinarias no pueden evitarse lo que hace necesario pensar en formas de reducir sus efectos, que en algunos casos es posible mediante métodos de control de inundaciones.

La prevención de la inundación consiste en la implementación de medidas tendientes a mantener el flujo del agua dentro del cauce del río. En algunos casos, esto se logra mediante dragados de los cauces para profundizar y ampliar el canal de descarga y en otros, con la construcción de barreras artificiales que estabilicen el cauce.

A. AMPLIACIÓN DE CAUCES

Este tipo de acción permite mejorar las condiciones hidráulicas del cauce, bien sea por el retiro de los sedimentos mediante dragado o por la rectificación de sus márgenes. Se utiliza en áreas de desembocadura, de alta sedimentación o donde la acción del hombre ha alterado la sección del cauce con rellenos u obras de infraestructura.

B. DIQUES

Estas obras ayudan a controlar y contener las crecientes, incrementando la capacidad hidráulica del cauce mediante la ampliación de la sección del margen con una barrera de tierra, cumplen la función de contención de la creciente a la vez que disminuyen el efecto erosivo de las corrientes de agua. Se distinguen:

Longitudinales: llamados también jarillones, son estructuras lineales construidas con rellenos de materiales del sitio; el realce de las vías constituye una forma particular de diques. Este tipo de obra debe acompañarse de obras de control de drenaje e infiltración.

Transversales: son estructuras construidas de manera perpendicular al cauce. Pueden ser de madera, concreto o gaviones y protegen las márgenes de un cauce de la erosión y las inundaciones.

57

C. MUROS DE RETENCIÓN

Los muros de retención se construyen en sitios donde el espacio disponible es pequeño haciendo inviable la construcción de un dique. Cumplen la función de contener localmente la creciente y proteger la infraestructura urbana o vial. Pueden ser construidos en gaviones o concreto.

D. CANALIZACIÓN

Las canalizaciones se utilizan especialmente en las zonas urbanas como control de la dinámica de las corrientes o como sistemas de desviación del curso principal, para la evacuación eficiente en caso de caudales extremos. Cumplen la función de proveer condiciones hidráulicas fijas para el tránsito de las corrientes.

En los canales se utilizan materiales de revestimiento de paredes y fondo como: concreto; gaviones; y

materiales geo-sintéticos.

E. EMBALSES DE REGULACIÓN O RESERVORIOS

Corresponden a presas de tierra o concreto construidas en la parte media o alta de la cuenca. Cumplen la función de captar, regular y contener el caudal evitando la ocurrencia de inundaciones en la parte baja de la cuenca debido a las crecientes. Pueden ser utilizadas para la generación de energía o suministro de agua potable.

Son obras de gran magnitud y de alto costo, que causan modificaciones en los patrones de drenaje de la cuenca, en el micro clima local y en el hábitat.

F. RED PLUVIAL O SISTEMAS DE DESAGÜES EN CASCOS URBANOS

Las redes pluviales son obras diseñadas en áreas urbanas para encauzar las aguas lluvias hacia la red de drenaje natural. Algunas obras de encauzamiento utilizadas son: zanjas en tierra o revestidas; canales en concreto; y tuberías.

3.4 OBRAS PARA EL CONTROL DE LAS AVENIDAS TORRENCIALES

Las avenidas torrenciales corresponden a flujos de agua con material de arrastre, detritos o lodos, que ocurren en los cauces de los ríos a causa de lluvias intensas.

Las obras destinadas a la corrección y estabilización de cauces, están dirigidas a la regulación y control, total o parcial, de los efectos de la dinámica de los caudales sobre los

58

lechos y márgenes de los ríos; como la erosión, transporte de material y sedimentación, evitando caudales picos en la corriente del cauce principal.

A. OBRAS TRANSVERSALES

Son diques construidos de forma transversal en cauces, donde es común el cambio del fondo del cauce y presenta transporte masivo de materiales. Pueden ser fabricados de madera, o concreto dependiendo de su tamaño.

Los diques cumplen la función de retención de los sedimentos y disminución en los procesos de erosión de los márgenes de los ríos.

Tiene por efecto: control del descenso del fondo del cauce; presenta un efecto de presa reduciendo la velocidad de llegada de los sedimentos y disminuyendo su carga; elevan el fondo del cauce hasta una pendiente de equilibrio; y las terrazas proveen soporte lateral a las márgenes, estabilizándolas.

B. OBRAS LONGITUDINALES

Es una medida complementaria a los diques transversales que, de manera local, elimina o controla el aporte de materiales al cauce. Se utiliza principalmente para controlar los daños que originan las avenidas torrenciales. Se considera como obra de defensa y salvaguarda pasiva frente al evento torrencial.

C. REFORESTACIÓN Y PROTECCIÓN DE LA CUENCA

Esta acción está orientada al control de producción de sedimentos en la cuenca, cumpliendo una función de protección y recuperación de la cobertura vegetal. Puede realizarse sobre toda la cuenca o las márgenes de los drenajes. Las técnicas explicadas en control de erosión aplican en este contexto. Se hace necesario recordar que para el diseño y la implantación de los programas de reforestación es aconsejable contar con profesionales del área forestal que orienten y acompañen los programas y proyectos.

3.5 REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

Las estrategias de reforzamiento persiguen reducir la susceptibilidad de una estructura a sufrir daño a causa de un sismo y consisten en la implementación de medidas de reforzamiento necesarias para garantizar un nivel de desempeño estructural adecuado.

El reforzamiento estructural se logra a través de el incremento de la capacidad resistente o la rigidez lateral del sistema estructural mediante la introducción de muros o soportes; el aumento de la capacidad de deformación de los elementos que integran el sistema; o

59

por la reducción de la demanda de fuerza y deformaciones en el sistema utilizando aislamientos en la base, mayor capacidad de disipación de energía por medio de dispositivos o reducción de masas innecesarias.

3.6 MEDIDAS PREVENTIVAS Y DE MITIGACIÓN

Las medidas preventivas y mitigación que se presentan, tienen como finalidad la minimización de los posibles impactos ambientales generados por el conjunto de actividades del proyecto, desde su etapa de diseño hasta la etapa de operación y mantenimiento.

Es preciso por lo tanto, reseñar que estas medidas se agruparán en función de su naturaleza por:

1. Medidas preventivas, también denominadas protectoras, y que están definidas para evitar, en la medida de lo posible, o minimizar los daños ocasionados por el proyecto, antes de que se lleguen a producir tales deterioros sobre el medio circundante. La prevención incluye el manejo de la vulnerabilidad, evitando la posibilidad de que se presente riesgos o amenazas17.

2. Medidas mitigadoras o correctoras, son aquellas que se definen para reparar o reducir los daños que son inevitables que se generan por las acciones del proyecto, de manera que sea posible concretar las actuaciones que son necesarias llevar a cabo sobre las causas que las han originado.

Por otro lado, el conjunto de todas estas medidas se debe redactar en el informe de estudio de impacto ambiental (EIA), y ponerlas en práctica, en todas las fases del proyecto, es decir; fase de diseño, fase de construcción y fase de operación y de mantenimiento.

Uno de los métodos efectivos y económicos de reducir pérdidas por deslizamiento es la planificación de nuevos desarrollos, dedicando las áreas susceptibles (laderas inestables) como áreas abiertas o de baja intensidad de uso; esto se concreta a través una legislación que permite la planificación mediante códigos de urbanismos o ambientales.

17 Eludir la amenaza consiste en evitar que los elementos en riesgo sean expuestos a la amenaza.

60

UNIDAD V. TIPOLOGÍA Y DISEÑO BÁSICO DE DRENAJE EN LADERAS

4.1 LEYES, NORMAS Y REGLAMENTOS DE LA REPUBLICA DE EL SALVADOR

Las leyes, normas técnicas y reglamentos publicados por el Ministerio de Obras Públicas y el Vice ministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano, que hacen referencias directa e indirectamente a las técnicas de diseño básico de drenaje en laderas, conciernen a:

1. Ley de Carreteras y Caminos Vecinales 2. Ley de Urbanismo y Construcción 3. Norma Especial Para Diseño y Construcción de Viviendas 4. Norma Técnica Para Control de Calidad de los Materiales Estructurales 5. Norma Técnica Para Diseño de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes 6. Norma Técnica Para Diseño Por Sismo 7. Norma Técnica Para Diseño Por Viento 8. Norma Técnica Para Diseño Estructural de Mampostería 9. Reglamento de la Ley de Urbanismo y Construcción 10. Reglamento Para la Seguridad Estructural de las Construcciones 11. Ley de Adquisiciones y Contrataciones de la Administración Pública (LACAP)

Siendo las más importantes en términos de aplicabilidad, la Norma Técnica para Diseño de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes y el Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones.

En lo que respecta a la Norma Técnica para Diseño de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes, establece como alcances los requisitos mínimos para el diseño y construcción de cimentaciones y estabilidad de taludes y forma parte integral del “Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones”.

La Norma Técnica plasma todo lo concerniente a las propiedades de los suelos para cimentaciones y estabilidad de taludes, como en aquellos casos en que existe discrepancia con los requisitos contenidos en otras disposiciones. De forma general, establece:

Capítulo 3. Consideraciones de Diseño, el inciso 3.3, tipifica todo lo referido a la “Cimentaciones en Taludes” y el inciso 3.8, a la “Zonas de Protección”; donde el punto 3.8.1 declara “Se deberá proveer a los muros de retención o taludes una zona de protección entre la cresta del talud y las construcciones superiores, así como entre el pie del talud y las inferiores” y en el punto 3.8.2 “El ancho de la zona de protección se determinará por medio de un análisis apropiado de mecánica de suelos”.

Capítulo 4. Investigación Geotécnica, en el inciso 4.1, establece todo lo referido a la “Inspección del Lugar” y en el inciso 4.2 a los “Métodos de Explotación del Subsuelo”.

61

En el inciso 4.3 el “Esfuerzo permisibles y Capacidad de carga”, el 4.4 los “Parámetros Dinámicos del Suelo” y el 4.5 lo concerniente al “Reporte Geotécnico”.

Capítulo 5. Muros de Retención, aquí se establecen los criterios para el diseño de muros de retención y se indican las medidas de protecciones requeridas.

Capítulo 6. Estabilidad de Taludes, se definen los criterios básicos para el análisis y

el diseño de taludes, así como las medidas de protecciones requeridas para los mismos.

Y en el Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones en el título II.

“Criterios de Diseño Estructural”, establece lo concerniente a: carga muerta, cargas vivas,

diseño por sismo, diseño por viento, y diseño de cementaciones y estabilidad de taludes.

En el capítulo 6: referido Diseño de Cementaciones y Estabilidad de Taludes, los artículos

45, 46 y 47, manifiestan que previo al diseño de toda obra, se deberá realizar un estudio

geotécnico, y en el artículo 46, se plasma lo referido al estudio mínimo geotécnico

(condiciones de humedad, limites de consistencia, presencia de agentes contaminantes y

flujos de agua subterráneas, así como también, la definición de la profundidad mínima de

desplante de las cimentaciones).

Asimismo, el artículo 47 establece que para estructuras clasificadas como de Categorías de

Ocupación I, de acuerdo a lo establecido en la “Norma Técnica para Diseño por Sismo”, se

deberá considerar la identificación y ubicación de fallas geológicas, así como todos los

ensayos adicionales que a criterios del geotecnista y del diseñador estructural, se

requieran.

El artículo 48, hace hincapié “En el diseño y construcción de cimentaciones, se deberán

prever los fenómenos de erosión, socavación, tubificación y licuefacción del suelo”.

El artículo 51, a que “Los taludes deben analizarse y/o diseñarse tomando en cuenta las

características de los materiales que componen los estratos, los probables mecanismos de

falla y considerar además de las fuerzas gravitacionales y las sísmicas, las fuerzas debidas

a la infiltracion, presión de poro, sobrecarga y otras que influyen en la estabilidad de la

estructuras; así como también las combinaciones de carga especificadas en el artículo 15,

del Título II de este reglamento”.

Finalmente, el artículo 53, pone de manifiesto que “Los taludes deben constar de un

sistema integral de drenaje superficial y de obras de protección adecuadas, con el

62

propósito de prevenir daños ocasionados por saturación, erosión y socavación. Deberá

proporcionarse mantenimiento periódico a dicho sistema para preservar su eficiencia”.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

APARICIO, F. 1997. Fundamentos de Hidrología de Superficie. Balderas, México: Limusa. 303 p.

CENAPRED. 2001. Inestabilidad de laderas. 2ª edición, Secretaria de Gobernación, Col. Juárez Delg. Cuauhtemoc, México, D.F. 40 p.

Codina, S.T. 2005. Proyecto de Estabilidad de Taludes en el Municipio de Santa Tecla-El

Salvador. Ingeniería técnica de minas. 37 p. Herrera, F.R. 2000. Análisis de estabilidad de taludes: Guía de cálculo de estabilidad de

taludes. U.C.M. GEOTECNIA. 31 p.

JENNY, H. (1968): The image of soil in landscape art, old and new. Pontificiae Academiae Scientarum Scripta Varia. 32:947-79.

Jorge, A.H. 2001. Análisis de estabilidad de taludes. Universidad nacional de Ingeniería: Facultad de Ingeniería Civil, Sección de Post-grado. 24 p.

Mataix, C; Lopez, C. 2004. Factores ambientales: Funciones y uso de la vegetación en la estabilidad de laderas. Comunidad de Madrid. 51 p.

Mataix, C. 1999. Manual de estabilidad y revegetación de taludes. 46 p.

Programa de Integración Participativa de la Gestión Ambiental y de Riesgos en los Planes de Desarrollo y Ordenamiento Territorial del Area Metropolitana de San Salvador (IPGARAMSS). 2008. Manuel metodológico para la evaluación de movimiento de ladera en el área metropolitana de San Salvador, AMSS. Carlos Fernandez-Lavado, El Salvador. 41 p.

Servicio de Ingeniería Civil. 2011. Estudio de mecánica de suelos: Análisis de estabilidad local de talud y diseño de talud reforzado. Disponible en: http://ebookbrowse.com/analisis-estabilidad-local-de-talud-pdf-d335186913

Sociedad Colombiana de Geotecnia. 2000. Diseño de estructuras de gaviones: Muros y recubrimientos. Especificaciones técnicas básicas para la construcción de estructuras de gaviones. Santafé de Bogotá, Colombia. 65p.

Villón, M. 2004. Hidrología. Cartago, CR, ITCR. 386 p.

63

Ley de Adquisiciones y Contrataciones de la Administración Pública (LCAP)

Ley de Carreteras y Caminos Vecinales

Ley de Urbanismo y Construcción

Norma Especial para Diseño y Construcción de Viviendas

Norma Técnica para Control de Calidad de los Materiales Estructurales

Norma Técnica para el Diseño de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes

Norma Técnica para el Diseño por Sismo y sus Comentarios

Norma Técnica para Diseño por Viendo y Sus Comentarios

Norma Técnica para Diseño y Construcción Estructural de Mampostería

Reglamento de la Ley de Urbanismo y Construcción

Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones

Web: http://www.ipgaramss.org/?cat=1026

http://www.slideshare.net/Irveen/mecanica-de-suelos

http://es.scribd.com/doc/5255971/Estabilidad-de-Taludes

http://www.snet.gob.sv/ver/geologia/geologia+de+el+salvador/

http://www.ipgaramss.org/?cat=1035&title=Rercursos%20para%20Descargar&lang=es

http://es.scribd.com/doc/49846528/27/Metodo-del-Equilibrio-Limite

http://es.scribd.com/doc/53170729/ANALISIS-DE-ESTABILIDAD-DE-TALUDES

http://es.scribd.com/doc/49846528/51/Calculo-por-el-metodo-de-equilibrio-limite

http://unal.academia.edu/Fabi%C3%A1nHoyosPati%C3%B1o/Papers/1352486/ELEMENTOS_HIDR

OLOGICOS_E_HIDROGEOLOGICOS_EN_EL_ANALISIS_DE_ESTABILIDAD_DE_LADERASSTALUD5

http://www.marn.gob.sv/index.php?option=com_phocadownload&view=sections&Itemid=79

http://www.marn.gob.sv/index.php?option=com_phocadownload&view=sections&Itemid=79

64