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“BENEFICIOS DE LOS MANTOS DE CONTROL DE EROSIÓN TEMPORAL PARA LA RECUPERACIÓN Y PROTECCIÓN DE TALUDES Y

REPRESENTACIÓN EN UN MODELO FÍSICO DE LABORATORIO.”

LIDA NATALY CAICEDO GONZÁLEZ PAOLA ANDREA ARDILA AYALA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE GRADO

BOGOTÁ 2017

“BENEFICIOS DE LOS MANTOS DE CONTROL DE EROSIÓN TEMPORAL PARA LA RECUPERACIÓN Y PROTECCIÓN DE TALUDES Y REPRESENTACIÓN EN UN MODELO FÍSICO DE

LABORATORIO.”

LIDA NATALY CAICEDO GONZÁLEZ PAOLA ANDREA ARDILA AYALA

Trabajo presentado como requisito para optar por el título de Ingeniero Civil

Director JESÚS ERNESTO TORRES QUINTERO

Ingeniero Civil, Magister en Recursos Hidráulicos

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE GRADO BOGOTÁ

2017

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Nota de aceptación

_______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

_______________________________ Firma del Presidente del Jurado

_______________________________ Firma del jurado

_______________________________ Firma del jurado

Bogotá, mayo de 2017,

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AGRADECIMIENTOS

A Dios. Por acompañarnos en todo nuestro desarrollo universitario y por darnos la fortaleza y paciencia necesaria para llegas hasta este punto; mostrándonos siempre el camino correcto y protegiéndonos con su bendición. A nuestros padres. Por ser el apoyo principal y único que solo personas tan especiales como ustedes nos otorgan, nuestro agradecimiento es tan grande como el amor que les tenemos.

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AGRADECIMIENTOS

Agradecemos de manera especial a Oscar Mateo Pardo y a Luis Felipe López Martínez por el amor, la comprensión, paciencia y fortaleza que nos ofrecieron a lo largo de este camino. También queremos dar gracias a nuestro Director de Proyecto por su constante apoyo y entrega el Profesor Jesús Ernesto Torres Quintero, que nos guio para lograr nuestros objetivos planteados y nos prestó parte de su valioso tiempo convirtiéndose en una persona muy apreciada por nosotras. Por último, agradecimiento especial al Ing. Mauricio Aroca quien nos entregó sus conocimientos y estuvo siempre presto a colaborar en lo que necesitamos de igual forma les agradecemos a todas las personas que intervinieron en nuestro crecimiento personal y profesional, por acompañarnos en nuestras diferentes etapas y por consolidar nuestra meta de lograr realizar este proyecto de investigación.

7

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 16

RESUMEN ........................................................................................................... 15

1.GENERALIDADES ............................................................................................ 18

1.1.ANTECEDENTES .......................................................................................... 18

1.2. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA…………………….23

1.2.1 Descripción del Problema. .......................................................................... 23

1.2.2 Formulación del Problema .......................................................................... 24

1.3. OBJETIVOS .................................................................................................. 24

1.3.1 Objetivo General ........................................................................................ 24

1.3.2 ObjetivosEspecíficos. ................................................................................. 24

1.4. JUSTIFICACIÓN............................................................................................ 25

1.5. DELIMITACIÓN ............................................................................................. 26

1.5.1 Espacio. ...................................................................................................... 26

1.5.2 Tiempo ....................................................................................................... 26

1.5.3 Contenido. .................................................................................................. 27

1.5.4 Alcance ....................................................................................................... 27

1.6.MARCO REFERENCIAL (TEÓRICO Y CONCEPTUAL)………………………27

1.6.1 Marco Teórico ............................................................................................ 27

1.6.1.1 Tipos de Falla en los Taludes. ................................................................. 28

1.6.1.2 La erosión. ............................................................................................... 29

1.6.1.3 Tejidos de los Mantos de Control de Erosión .......................................... 29

1.6.1.4 Especificaciones y procedimiento de instalación. .................................... 30

1.6.1.5 Mantos de control de erosión permanentes ............................................ 31

1.6.1.6 Mantos de control de erosión temporales. ............................................... 32

8

1.6.1.7. Tipos de mantos de control de erosión temporales disponibles en

Colombia. ............................................................................................................ 32

1.6.1.8 Características físicas y mecánicas de los mantos de control de erosión

temporales........................................................................................................... 37

1.3.3 MarcoConceptual........................................................................................ 38

1.7. METODOLOGÍA ............................................................................................ 42

1.7.1 Tipo de estudio. .......................................................................................... 42

1.7.2 Fuentes de Información. ............................................................................. 42

1.7.3 Diseño Metodológico. ................................................................................. 42

2. FASE EXPERIMENTAL .................................................................................... 44

2.1 DESARROLLO METODOLÓGICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL

MODELO EXPERIMENTAL ................................................................................. 44

2.1.1 Materiales y elementos utilizados en la creación del modelo físico. ........... 44

2.1.2 Análisis de la precipitación de lluvia……………………………………………48

2.1.2.1 Medición de la Precipitación (lluvia). ....................................................... 48

2.1.2.2 Análisis Anual de las Precipitaciones Horarias en Bogotá ....................... 51

2.1.2.3 Precipitación Media en Bogotá – Cundinamarca ..................................... 51

2.1.2.4 Cálculo para la precipitación de lluvia ...................................................... 52

2.1.3 Primer escenario. ....................................................................................... 53

2.1.4 Segundo escenario. ................................................................................... 55

2.1.5 Tercer escenario. ....................................................................................... 60

3. CONCLUSIONES ............................................................................................. 63

4. RECOMENDACIONES ..................................................................................... 66

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................... 69

ANEXOS .............................................................................................................. 72

9

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Instalación Manto de Control de Erosión Temporal Agromanto 3200

FF ............................................................................................................... 19

Figura 2 Instalación Manto de Control de Erosión Temporal Trical 3300 FP

.................................................................................................................... 20

Figura 3 Instalación Manto de Control de Erosión TRM 500 ...................... 21

Figura 4 Instalación Manto de Control de Erosión en el departamento de

Nariño ......................................................................................................... 22

Figura 5 Tipos de taludes ........................................................................... 27

Figura 6 A y C) Partes de un Talud B) Partes de una Ladera D)

Especificaciones de las formas geométricas de la cabeza, pendiente y pie de

un Talud y una Ladera. ............................................................................... 29

Figura 7 Propiedades físicas y mecánicas de los TRM 500 PAVCO .......... 31

Figura 8 Especificaciones Agrotextil ........................................................... 33

Figura 9 Especificaciones Agromanto PAVCO ........................................... 35

Figura 10 Especificaciones técnicas para Ecomatrix PAVCO .................... 36

Figura 11 Propiedades mecánicas del BIOTEX .......................................... 37

Figura 12 Recipiente tipo pecera en cristal para montaje y simulación de talud

y modelo experimental de estudio. ............................................................. 45

Figura 13 Escaleras de acrílico con huella y contrahuella para flujo de

precipitación en el montaje y simulación de talud y modelo experimental de

estudio. ....................................................................................................... 45

Figura 14 Soporte metálico con manijas para seguridad y transporte del

montaje y simulación de talud y modelo experimental de estudio .............. 46

Figura 15 A. Grava tomada en la vía Bogotá-fusa para la construcción del

talud. B. Tierra mejorada usada como base y posterior cubrimiento del MCET.

10

C. Humus como material de refuerzo en la base y posterior cubrimiento del

MCET .......................................................................................................... 46

Figura 16 Semillas de pasto tipo Reygrass para la forestación del talud

simulado. .................................................................................................... 47

Figura 17 Manto de control temporal de erosión de fique y yute ................ 47

Figura 18 Sistema de riego por goteo casero ............................................. 48

Figura 19 Instrumento de medición Pluviómetro ......................................... 49

Figura 20 Valores precipitaciones ............................................................... 49

Figura 21 Mapa de precipitaciones ............................................................. 50

Figura 22 Precipitaciones Horarias en Bogotá en (mm) ............................. 51

Figura 23 Precipitación Media en Bogotá – Cundinamarca ........................ 52

Figura 24 Área de lluvia simulada ............................................................... 52

Figura 25 A) Talud con grava B y C colocación de tierra mejorada e humus

D) Colocación del Manto de Control de erosión todo esto con baja

precipitación ................................................................................................ 53

Figura 26 A. Incorporación capa orgánica B. Incorporación semillas de grama

C. Cubrimiento con capa orgánica de la semilla grama .............................. 56

Figura 27 Patrón número de anclajes ......................................................... 57

Figura 28 A y B Colocación del Manto de Control de Erosión C. Grapas con

las que se va a sujetar el Manto ................................................................. 57

Figura 29 A y B riego de talud sin el Manto C y D riego del talud con el Manto

.................................................................................................................... 58

Figura 30 A y B Manto de Control de Erosión Levantado por la vegetación 59

Figura 31 A y B suelo compacto C suelo disgregado ................................. 59

Figura 32 Talud en exposición a los agentes erosivos ............................... 60

Figura 33 A y B Anclje y sujecion del Manto al tereno C y D Observacion de

las raices en intimo contacto con el terreno ................................................ 61

11

Figura 34 Talud en exposición a los agentes erosivos ............................... 61

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LISTADO DE ANEXOS

ANEXO A. Especificaciones técnicas Manto permanente TRM 500 ANEXO B. Especificaciones técnicas Manto Temporal Agromanto y Ecomatrix ANECO C. Especificaciones técnicas Manto Temporal BIOTEX ANEXO D. Especificaciones técnicas Manto Temporal AGROTEXTIL

ANEXO E. Manual para la instalación manual para la instalación de los

mantos de control de erosión temporal en taludes con pendientes máximas

de 45° en un modelo físico de laboratorio

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GLOSARIO

AGUA, SEDIMENTOS: sustancias insilubles presentes, o formadas, cuando el agua reacciona en las superficies con las cuales viene contáctandose durante varios procesos. Estos sedimentos pueden clasificarse como sedimentos biologicos, material de erosion, escama o lodo. 1 BIODEGRADABLE: sustancia que abandonadas en la naturaleza son descompuestas y eliminadas por las interperies y los microorganismos. 2 FIBRA: en botánica, elemento constitutivo de tejidos orgánicos, células alargadas presentes en las plantas. Cada uno de los filamentos que entran en la composición de los tejidos orgánico vegetales o anomales. Tambien se identifica a la célula alargada de membra as espesas y con los dos extremos adelgazados en punta. 3 HUMUS: conjunto ded elementos proteicos ubicados en el suelo, producto de la degradación y putrefacción de organismos animales y vegetales muertos. 4 IMPACTO AMBIENTAL: positivo; carácter ambiental admitido como positivo tanto por la comuniodad técnica y cientifica como por la población en general, en el contexto de un analisis completo de los costos y beneficios genéricos y de los aspectos externos de la actuación contemplada. Negativo; señal ambiental cuyo efecto se traduce en pérdida de valor naturalistico, estético, cultural, paisajistico, de productividad ecológiva o en aumento de los perjuicios derivados de la contaminación, de la erosión o colmatación y demás riesgos ambientales en discordancia con la estructura ecológica-geográfica. 5 MICROCLIMA: conjunto de condiciones Climáticas que caracterizan una zona limitada, con frecuencia de reducciones muy reducidas y que habitualmente contrastan con las condiciones climáticas generales de la zona más amplia que la rodea. 6

1 (Restrepo, 2008) 2 (Rovere, 2000) 3 Ibid., p. 204 4 Ibid., p 150 5 (Restrepo, 2008) 6 (Restrepo, 2008)

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PAISAJE: morfologia del terreno y su cubierta conformando una escena visualmente distante. La cubierta del terreno comprende el agua, la vegetación y los distintos desarrollos antrópicos, incluyendo entre ellos a las ciudades. En sentido mas precisó, parte de la superficie terrestre que en su imagen externa y en la accion conjunta de los fenom,ens que lo constituyen presenta caracteres homogéneos y una cierta unidad espacial basica. 7 PLUVIÓMETRO: un pluviómetro es un instrumento que mide la cantidad de agua precipitada de un determinado lugar. La unidad de media es en milímetros (mm). Una precipitación de 5mm indica que, si toda el agua de la lluvia se acumulará en un terreno plano sin escurrirse ni evaporarse, la altura de la capa de agua seria de 5mm. Los milímetros (mm) son equivalentes a los litros por metros cuadrados. El pluviómetro recoge el agua atmosférica en sus diversos estados. El total se denomina Precipitación. 8 PRECIPITACIÓN: otra denominación para lluvia en forma de liquido, nieve o granizo; con este término se entiende cualquier forma de caída del agua al suelo por causas de tipo meteorológico, donde el agua puede ser recogida y medida con los instrumentos adecuados. 9 RESTAURACIÓN ECOLÓGICA: la vegetación es el componente que más rápidamente evidencia los impactos y el que mejor permite acciones de recuperación. Al conjunto de acciones que se llevan a cabo para recuperar la cobertura vegetal de un área degradada, y por ende a una mejora del sistema natural, se la denomina restauración ecológica10 SUELO: materias organicas y minerales que constituyen la superficie de la tierra en la cual piuede distinguirse capas horizontales. El suelo se desarolla de sitints maneas según diferentes acciones biológicas y ficicas. El desgaste o alteración de lo minerales debido a los agentes admosfericos y la descomposición biológica afectan marcadamente el desarrollo del suelo; tambien los factores ambientales desempeñan ppel importante. 11 TECNOLOGÍA: termino general que se aplica al proceso a través del cual los seres humanos diseñan herramientas, maquinas, equipos, y otros accesorios para incremental su control y su comprensión del entorno material.12

7 (Restrepo, 2008) 8 (Culturalia) 9 (Restrepo, 2008) 10 (Boletín de la Sociedad Argentina de Botánica , 2010) 11 (Restrepo, 2008) 12 Ibid., p. 424

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RESUMEN

La presente investigación tiene como objetivo realizar una investigación teórica para identificar, usos y beneficios de los mantos de control de erosión temporal (MCET), evidenciando el impacto ambiental generado con su utilización, representándolo en un modelo físico de laboratorio simulando un Talud a 45o. en donde se construyeron 3 escenarios experimentales. En un primer escenario no se logró la revegetación en dos modelos comparativos bajo las mismas condiciones excepto porque en uno de los modelos se usó el manto de control de erosión temporal y en el otro no. En un segundo escenario se logra la revegetación en uno de los modelos sin embargo con pérdida posterior del MCET mientras que en el otro modelo de este escenario se demostraron los efectos del fenómeno de erosión con deslizamiento y falla estructural del suelo del Talud. Escenario 3 Se realiza un modelo en el cual se realizan correcciones según los resultados en los dos escenarios previos y se observa una óptima revegetación en el talud simulado. Como resultado se hallaron dos factores de importancia para la adecuada revegetación del talud con el manto de control de erosión: el sistema de riego y el anclaje. El primer factor fue la causa del fallo en el primer escenario y el segundo factor fue la razón por la cual se perdió el MCET. En el tercer escenario con la corrección de los factores anteriores, se logra la revegetación y de esta manera se dio control a la erosión del talud y adicionalmente se evidenciaron los beneficios de los MCET, y se pudo concluir que los MCET son una de las posibilidades que permiten al ingeniero civil la protección del talud, a través de la revegetación, al principal factor de riego de su fallo, la erosión.

PALABRAS CLAVE: Erosión, Mantos de control de erosión temporales, Revegetación, Talud.

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INTRODUCCIÓN Los ecosistemas son actualmente de gran importancia; pueden verse afectados por factores naturales, como el viento y las lluvias que generan suelos erosionados, y otros externos o generados, como son los cambios que se producen posterior a la intervención por la mano del hombre. Esto ha causado la necesidad de que se realicen múltiples esfuerzos y se planteen diversas estrategias desde todas las áreas del conocimiento con el fin de llevar cabo su protección y/o recuperación. Los Mantos de Control de Erosión (MCE) son una de estas estrategias con las cuales se ha logrado cumplir con lo anterior; según su tiempo de degradación pueden ser temporales y permanentes; y dentro de los temporales se encuentran, según los materiales que los constituyen, orgánicos (fique, yute y fibra de coco) y sintéticos (Malla polipropileno). De sus principales aplicaciones se encuentra la revegetación de los taludes para el control de erosión del suelo por falla superficial. En el presente trabajo se evidencia a través de un modelo a pequeña escala dichos efectos benéficos del material. En este se simularon tres escenarios en los cuales se pudo observar que aun conociendo los excelentes resultados de la utilización de los mantos en diferentes lugares del país; se evidencia la importancia de conocer las proporciones necesarias en la utilización de los materiales que acompañan estos mantos, además de la importancia de la cantidad de agua que debe recibir y su correcta instalación, y se emiten las recomendaciones para que su implementación sea exitosa. Estas recomendaciones se emiten a través de la identificación de las variables y su control, el sistema de riego, la retención hídrica, la temperatura, el manto a utilizar y por supuesto la relación de proporciones de tierra, abono y semillas. Con el control de estas se busca demostrar cómo el manto de control de erosión temporal orgánico si cumple la función de protección y revegetación de un suelo erosionado. La aplicación de este biomaterial está amparada por un marco legal dentro de la normatividad colombiana, la norma INVIAS E-Norma INVIAS E-917 – 2007: método de prueba estándar para determinar el desempeño de un manto para el control de erosión (MCET) en la protección de taludes y/o laderas en la erosión producida por la lluvia y el artículo 811 – 2013. INVIAS: especificaciones generales de construcción de carreteras: Cap. 8: protección de taludes con productos enrollados para control de erosión. 2013.

Por último, la importancia de la evolución de pensamiento y la cultura ambiental, es lo que va más allá de solo realizar avances para fines comerciales, si no, que se permite llevar a cabo productos que benefician a

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una comunidad a través del bienestar de sus alrededores, que no solo tienen un valor estético, también un valor de supervivencia.

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1. GENERALIDADES La presente investigación se llevó a cabo teniendo en cuenta dos ejes principales, uno teórico y uno experimenta; en el teórico se evidencian usos, beneficios, características físicas y mecánicas e instalaciones de los Mantos de Control de Erosión; en el experimental se elaboró un modelo físico de laboratorio evaluando diferentes escenarios donde se simula un talud y la aplicación del manto de control de erosión bajo condiciones específicas de precipitación. La razón principal que motiva esta investigación se da teniendo en cuenta los efectos nocivos posteriores a la invención de una obra civil sobre los ecosistemas que lo rodean y en especial los taludes; sabiendo que un talud artificial es el generado después de la intervención de una obra de ingeniería a diferencia de las laderas que son las generadas naturalmente. Como estrategia para el Control de Erosión de los taludes se implementa la revegetación utilizado como herramienta principal los MCET, los cuales cubren la semilla, conservar su humedad, protegen de los animales y de escorrentías; además de generar una adherencia con el terreno que permite junto con la revegetación el control de la erosión superficial. 1.1. ANTECEDENTES Es importante mencionar algunos de los trabajos en donde se implementaron los Mantos de Control de Erosión Temporales teniendo en cuenta que se quiere estudiar sus propiedades y establecer algunos factores determinantes en el éxito de su implementación. Identificación No 1: La empresa HOCOL S.A. realizo la construcción de la locación petrolera, ubicada en el municipio de Nunchía, Casanare. Por esta intervención, se realizaron diferentes cortes y movimientos de suelo, generando grandes áreas descubiertas que por regulación ambiental debía ser sometida a un proceso de revegetación. La utilización posterior de estos suelos es la explotación ganadera, por esta razón se requería un manto de rápida incorporación al suelo, además de su alta capacidad para retener la humedad. Por las características de las fibras naturales, se especificó un agromanto 3200 FF.

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Para este tipo de obras es importante conocer las características físicas del suelo para determinar sus enmiendas que mejoren básicamente la estructura del suelo y permitan una mejor retención de agua y penetración de raíces. De igual forma fue necesario preparar un suelo orgánico, antes de la colocación del manto, la semilla que se utilizó fueron de gramíneas y leguminosas por su alto contenido de proteína para la alimentación bovina, es importante garantizarle buena humedad al suelo para la germinación de la semilla, en la figura No 1 se puede evidenciar la instalación del manto, así como los resultados obtenidos al cabo de un tiempo. Localización: TANGARA 1 Casanare Fecha de ejecución: octubre de 2007 Entidad contratante: HOCOL S.A. Constructor: VICPAR S.A. Geomembrana utilizada: Agromanto 3200 FF Campo de aplicación: Control de erosión en taludes previamente conformados

Fuente: Geosistemas-PAVCO URL: https://es.scribd.com/document/339438285/Testimonial-Agromanto-Hocol-Tangara-1-Lc

Identificación No 2: En urbanizadora Hacienda el Encantado se requirió la necesidad de evaluar las condiciones y comportamiento de los taludes una vez colocado el Ecomanto Trical 3300FC-FP, y considerando las semillas ideales para el tipo de suelo, se hizo un sistema de riego con la finalidad de que la humedad sea contenida por el manto y así contribuir a la germinación de las semillas y el crecimiento de las pasturas, en fotos se puede evaluar las condiciones iniciales del talud y al cabo de cuatro(4) meses se refleja en las

Figura 1 Instalación Manto de Control de Erosión Temporal Agromanto 3200 FF

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fotos el proceso de crecimiento de la vegetación sembrada. en la figura No 2 se observa un personal realizando la instalación del manto, además se muestras los resultados después de su implementación.

Figura 2 Instalación Manto de Control de Erosión Temporal Trical 3300 FP

Fuente: PAVCO Geosistemas Identificación N° 3: estabilización y control de erosión de talud del corredor vial ruta del sol, ruta 4510 km 75. puerto salgar – departamento de Cundinamarca (Colombia) Entre los innumerables taludes superiores que se encuentran a lo largo del corredor vial Ruta del Sol sector II ubicado en el km 75 de la Ruta 4510, ha presentado continuas complicaciones de tipo geotécnico. Este talud requiere una solución definitiva que logre estabilidad geotécnica, acompañada de un correcto manejo de aguas y control de erosión mediante revegetación. Una vez se logró la estabilidad del talud, sus caras fueron protegidas mediante el Manto Permanente Pavco TRM500, ideal para las condiciones ambientales y físicas del sitio. Este manto se colocó directamente sobre la superficie de corte, para generar una superficie rugosa y con volumen, sobre la que se aplicó la mezcla fértil, en la cual fue colocado un manto biodegradable de bajo gramaje para favorecer el crecimiento de la vegetación y proteger la mezcla mientras se establece con propiedad.

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El uso del manto TRM 500 PAVCO fue especificado en esta ocasión para cumplir 3 funciones principalmente: Servir como superficie rugosa para la aplicación de la mezcla fértil, evitar la erosión del talud a causa de agentes ambientales como lluvia y viento entre otros y proteger las raíces de la cobertura vegetal. Garantizando el buen estado de las caras del talud y el establecimiento uniforme de la vegetación, de esta manera se asegura la permanencia en el tiempo de los parámetros y condiciones usadas por el consultor. En la figura No 3 se puede ver una armonía entre el paisaje y los mantos de Control de erosión.

Nombre Del Proyecto: estabilización y control de erosión de talud del corredor vial ruta del sol, ruta 4510 km 75. Fecha De Ejecución: marzo de 2014. Ubicación Geográfica: Puerto Salgar – departamento de Cundinamarca (Colombia). Entidad Contratante: consorcio constructor ruta del sol – Consol. contratista: diseñador: Jaime Suarez - Agencia Nacional de Infraestructura – ANI. Geosintéticos Utilizados: Manto Permanente Trm500 Cantidades: 11000

Fuente: Mexichem PAVCO URL: https://pavco.com.co/2111/proyecto estabilizacion-de-talud-corredor-vial-ruta-del-sol-manto-trm500/732/i/732

Figura 3 Instalación Manto de Control de Erosión TRM 500

https://pavco.com.co/2111/proyecto

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Identificación N°4: teniendo en cuenta que Nariño es un departamento productor de cabuya por excelencia el Centro Internacional de Producción Limpia-Lope conjuntamente con la Compañía Empaques de Medellín, adelantó una formación sobre procesos de revegetación con agro textiles de fique, dirigido a aprendices e instructores SENA. Estos procesos, utilizados para disminuir la incidencia de los principales factores erosivos favoreciendo el crecimiento de una nueva capa vegetal sin contaminar el medio ambiente, frenan el impacto de las gotas de lluvia, uno de los principales agentes erosivos. Además, detienen por completo o frenan la energía cinética de la gota de agua y adicionalmente evitan el salpique una vez ha impactado el agua permitiendo que la humedad llegue al suelo sin dañarlo. La implementación de este sistema es altamente benéfico para el Departamento no solo por sus aportes técnicos, sino también porque genera una importante fuente de empleo para cientos de familias que basan su economía en este producto. La capacitación incluyo un amplio panorama sobre la situación del fique en el Departamento, los productos derivados de la cabuya y el control de la erosión con agro textiles, entre otros. Igualmente se efectuó una jornada práctica en la que instructores y aprendices instalaron el agrotextil en un tramo de la vía que comunica al sector Administrativo con el Agroindustrial del Centro Lope, en donde se presentó la erosión del terreno. En la figura No 4 se puede observar el personal de Sena realizando la instalación del manto.

Fuente: Centro Internacional Limpia LOPE SENA URL: http://centrolopesena.blogspot.com.co/2010_11_01_archive.html

Figura 4 Instalación Manto de Control de Erosión en el departamento de Nariño

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Con la recopilación de algunos de los trabajos realizados con los Mantos de Control de erosión se quiere dar a conocer los cambios positivos que se generan en el medio ambiente, tanto en la revegetación, el control de erosión, la recuperación del paisajismo y además son aporte a la presente investigación ya que para tener éxito en su implementación se tuvo en cuenta los parámetros necesarios para garantizar un óptimo funcionamiento de los mantos de control de erosión. Además de los beneficios que se pudieron observar en los trabajos realizados es importante mencionar que en especial los MCET al tratarse de biotecnología está prescindiendo de la implementación de mantenimiento, situación que permite la reducción de costos y planeación de próximas intervenciones, siendo esto un beneficio tanto para el contratante como para la zona intervenida. 1.2. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.2.1 Descripción del Problema. En la actualidad, uno de los temas más importantes dentro de la intervención con las obras civiles, es su impacto en el medio ambiente y dentro de este, su modificación inicial y su remodelación posterior.

Las obras de ingeniería involucran la intervención sobre taludes, los cuales requieren de un programa de control de erosión antes, durante y con recuperación posterior, dada la importancia ambiental y física de estos. Por tal motivo, el hecho de poder utilizar materiales orgánicos, biodegradables, fotodegradables y sobre todo que cumplan con las funciones de recuperación o mantenimiento de los terrenos intervenidos con el fin de no alterar los ecosistemas, permite llevar a cabo el cumplimiento en la conservación ambiental. Este tipo de materiales han permitido a la Ingeniería Civil dar avances como “a pasos de gigantes” y no es la excepción en este caso, como sucede con los mantos de control de erosión temporales, ya que, a través de la investigación de diversos componentes de los materiales, se logra llegar a proponer aquellos que sean los más costos efectivos, con menor impacto ambiental en su producción y reciclaje, que perduren en el tiempo cumpliendo su función. La erosión, definida por J.J. Kirkby13 como: “la remoción del material superficial del suelo por acción del viento o del agua”, en donde esta puede tener severos efectos nocivos sobre los terrenos y, por lo tanto, son los que

13 (M.J., 1984)

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se quieren evitar o en su defecto corregir, a través de métodos de recuperación, como lo son los mantos de control de erosión temporales. Adicionalmente, como lo refiere Norman Hudson14 “ hoy se reconoce casi universalmente que la erosión del suelo constituye una seria amenaza no solo para el bienestar humano, sino para su propia existencia” lo anterior se argumenta con el hecho de que en la actualidad las normatividades ambientales y los gobiernos realicen grandes inversiones sobre la protección y recuperación de los suelos, más aun, en países como Colombia el cual debe ser considerado como un país cuya actividad fundamental es la agricultura. 1.2.2 Formulación del Problema. ¿Por qué se deben implementar los mantos de Control de erosión temporal para la revegetación, protección y estabilización superficial de taludes?

1.3. OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo General. Realizar una investigación teórica para identificar, usos y beneficios de los mantos de control de erosión temporal, evidenciando el impacto ambiental generado con su utilización; representándolo en un modelo físico de laboratorio.

1.3.2 Objetivos Específicos.

• Analizar las características físicas y mecánicas de los Mantos de Control de Erosión Temporales (MCET) y conocer la forma como actúa esta tecnología para contrarrestar la erosión, dependiendo las características de la superficie del talud a trabajar.

• Elaborar un modelo físico comparativo que permita identificar las diferencias obtenidas después de utilizar los MCET en un suelo erosivo.

• Describir el impacto y beneficios ambientales que se generan a través de la utilización de los mantos de control de erosión temporal, e identificar algunos lugares del territorio colombiano donde se han favorecido de su implementación.

14 (Hudson, 2006)

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1.4. JUSTIFICACIÓN El suelo, como capa superior de la corteza terrestre, desempeña una serie de funciones claves tanto ambientales como sociales y económicas, que resultan fundamentales para la vida. La agricultura y la silvicultura dependen del suelo para el suministro de agua y nutrientes, así como para su soporte físico. La capacidad de almacenaje, filtración, amortiguación y transformación convierte al suelo en uno de los principales factores para la protección del agua y el intercambio de gases con la atmósfera. Además, constituye un hábitat y una reserva genética, un elemento del paisaje y del patrimonio cultural, así como una fuente de materias primas.15 Dentro de estas transformaciones se encuentran la afectación a taludes como consecuencia de la ejecución de proyectos de desarrollo y modernización. Según el IDEAM Colombia posee 245.342 km2 en zonas secas, es decir aproximadamente el 21.5 % del país, de los cuales el 78.9% presentan algún nivel de degradación derivado de procesos de erosión y salinización, el 54% en degradación presenta niveles muy altos y altos, el 26,2% una degradación moderada, el 17,4% una degradación baja. De igual forma agrega este instituto que las principales ciudades del país (Bogotá, Cali, Barranquilla, Cartagena, Santa Marta, Cúcuta, Neiva, Tunja, Riohacha) tienen los mayores impactos ambientales de desertificación en Colombia, siendo esto considerado una amenaza sobre la calidad de vida de las zonas más pobladas del país. 16 Los movimientos en masa son una de las consecuencias de los procesos de erosión “las masas de suelo desplazadas pierden usualmente la cubierta vegetal protectora así como su carácter cohesivo como masa unitaria, viéndose alteradas las condiciones que le permiten al suelo contrarrestar el impacto derivado de la energía cinética de las gotas de lluvia que alcanzan la superficie son en muchos casos la forma dominante de los proceso de erosión”17 siendo esto un proceso que genera grandes consecuencias, entre ellas la pérdida de vidas humanas, es importante identificar los procesos y procedimientos que permiten mitigar el desarrollo de estos movimientos.

15 (INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI (IGAC); INSTITUTO DE HIDROLOGIA

METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES (IDEMA) , 2010) 16 (INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI (IGAC); INSTITUTO DE HIDROLOGIA

METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES (IDEMA) , 2010) 17 (Peláez, 2001)

26

Con el fin de minimizar los resultados derivados de la remoción de vegetación y modificación del paisaje, se bebe masificar la utilización de materiales que permitan disminuir y contrarrestar consecuencias como la erosión de los suelos y la eliminación de la biodiversidad entre otros. Es importante mencionar que los mantos para el control de erosión pueden ser usados en diferentes ambientes tales como riveras, taludes en roca, taludes en suelo, lagos, canales entre otros; en cada uno de estos lugares se pueden implementar los Mantos pero no el mismo en todos, ya que según su uso se establece un tipo de material y unas características físicas y mecánicas que permiten aportar el refuerzo adecuado al crecimiento de la vegetación y cumplir con su principal función para el control de erosión. En Colombia existen empresas que ofrecen diferentes sistemas para el control de la erosión, entre ellos, se encuentran los mantos para el control de erosión clasificados a corto y largo plazo y según su origen en orgánicos y sintéticos. 1.5. DELIMITACIÓN

1.5.1 Espacio. La zona geográfica que se toma como referencia es Bogotá/Cundinamarca teniendo en cuenta que se simuló la variable de precipitación dada por el IDEAM (Instituto de Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales). Está situada en la sabana De Bogotá, sobre el altiplano cundiboyacense de la cordillera Oriental de los Andes. En cuanto a su altitud es de 2.640msnm y en sus puntos más altos hasta 4.050 msnm. Su clima se considera moderadamente frio con temperaturas promedio establecidas por este Instituto de 13.1 ºC. Al medio día la temperatura máxima media oscila entre 18 y 20ºC. En la madrugada la temperatura mínima está entre 8 y 10ºC, aunque en la temporada seca de inicio de año, las temperaturas pueden bajar a menos de 5ºC, en las madrugadas. El sol brilla cerca de 4 horas diarias en los meses lluviosos, pero en los meses secos, la insolación llega a 6 horas diarias/día. 1.5.2 Tiempo. El tiempo total de la investigación se efectuó en un periodo de ocho meses, comprendidos desde septiembre de 2016 hasta abril del presente año. Desde el mes de septiembre de 2016 hasta el mes de enero de 2017, se llevó a cabo la investigación teórica y desde el mes de febrero de 2017 hasta el mes de abril de 2017 se llevó acabo la etapa experimental de la investigación; se tomaron los datos del mes de enero y octubre ya que registraron la menor y mayor precipitación en el año. Para acercarlo más a la realidad se realizaron los riegos en horas de la tarde donde las lluvias se

27

presentan con más intensidad y se efectuó el riego el número de días establecidos en el estudio. 1.5.3 Contenido. Los mantos de Control de erosión se clasifican en la presente investigación como temporales y permanentes, pero se profundiza en los temporales, teniendo en cuenta que el modelo experimental se realiza con este tipo manto, se describen sus características de acuerdo a la teoría encontrada en la diferente bibliografía consultada. Además, los resultados y efectos sobre el talud al usar los MCET. Se anexa las fichas técnicas de su clasificación donde se pueden encontrar sus características físicas, químicas y mecánicas. 1.5.4 Alcance. Se pretende explorar las características físicas y mecánicas de los MCET fabricados a partir de fibra de coco, así como identificar los proveedores que desarrollan esta tecnología y dar a conocer las diferentes obras que se han desarrollado en torno a estos mantos; con esto realizar un análisis de los usos y beneficios que conlleva su implementación y posibles causas por las que quizás esta tecnología no es tan explorada en el país. A través de un modelo físico se quiere evidenciar el proceso de revegetación de un talud con la utilización de los MCET y simultáneamente compararlo con el proceso que se da sin tener acceso a la tecnología de estos elementos. 1.6. MARCO REFERENCIAL (TEÓRICO Y CONCEPTUAL) 1.6.1 Marco Teórico. Los taludes pueden clasificarse principalmente como se muestra en la figura No 5 Figura 5 Tipos de taludes

Fuente: Los autores

TALUDES

Naturales

Desgaste o Corte

Lomas Y Taludes En Valles

Acantilados Costeros y En

Ríos

Acumulación o Deposición

Laderas Y Taludes Detríticos

Taludes De Deslizamientos

Y De Finjo

Artificiales

CortadosTerraplenes Y

Presas

ConstruidosTerraplenes Y

Presas

Pilas De Escombros O

Granos

28

En el presente trabajo se habla de una simulación de un talud de manera general, sin embargo, el método presentado de protección y revegetación funciona para los dos principales grupos, el Talud Natural y el Talud Superficial. 1.6.1.1 Tipos de Falla en los Taludes. Para poder referirse a las principales fallas de los taludes es necesario conocer la nomenclatura de estos, la cual constituye los términos bajo los cuales de definen las partes de un talud. A groso modo, los taludes poseen una parte superior, que es convexa, alta que además contiene una cabeza, cima y escarpe o cresta, que es donde se van a presentar principalmente los fenómenos de erosión. Siguiendo en descenso, el talud tiene una parte intermedia la cual es semirrecta y para finalizar una parte baja cóncava que se compone de un pie o base y que, dada su conformación geométrica, es un área donde ocurren principalmente procesos de depósito. De manera específica se describe a continuación cada uno de los componentes del talud, y en la figura No 6 se muestras las partes del talud y la ladera, así como sus pendientes y formas geométricas

• Altura: Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presenta bien definida en taludes artificiales. Dado que el pie y la cabeza no son accidentes topográficos bien definidos, en general, su cuantificación es difícil de realizar.

• Pendiente: Es la medida de la inclinación de la superficie del talud o ladera.

• Cabeza, cresta, cima o escarpe: Estas tres partes se encuentran ubicadas en la parte superior del talud. Cabeza hace referencia al sitio de cambio brusco de la pendiente en la parte superior del talud o ladera. En el lugar donde la pendiente se torna semivertical o de alta pendiente, dado grado de inclinación en esta zona que es casi de 90o, a esta parte se le denomina Escarpe. Por último, es común que la cabeza sea de forma convexa.

• Altura de nivel freático: Es la distancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de agua (la presión en el agua es igual a la presión atmosférica). Esta medida se acostumbra medirla por debajo de la cabeza del talud.

• Pie, pata o base: El pie corresponde al sitio donde la pendiente se hace cero y como su nombre lo dice se ubica en la parte inferior del talud o ladera. A diferencia de la cabeza la forma del pie, es generalmente cóncava

29

Fuente: Suarez, Jaime DESLIZAMIENTOS: Análisis Geotécnico. Tomo I.2013

1.6.1.2 La erosión. Es un proceso inherente a muchas de las intervenciones de obras civiles y además procesos fluviales naturales; depende de múltiples variables, las cuales son intrínsecas del suelo y otras que no.

Este proceso ocurre principalmente en los taludes, que son inclinaciones de terrenos producto de un corte o terraplén, por lo cual se hace necesario tener medidas de protección para estos, dentro de los cuales se encuentra el uso de vegetación, con el que forman un entramado para ayudar la estabilización del suelo superficial ante la erosión. 1.6.1.3 Tejidos de los Mantos de Control de Erosión. Para llevar a cabo la revegetación existen materiales o biomateriales, dentro de los cuales se encuentran los textiles orgánicos y de ellos los tejidos, que son textiles tejidos fabricados con fibras orgánicas de alta resistencia como yute, fique o fibra de coco18.

18 (Díaz)

A B

DC

Figura 6 A y C) Partes de un Talud B) Partes de una Ladera D) Especificaciones de

las formas geométricas de la cabeza, pendiente y pie de un Talud y una Ladera.

30

El tejido de Yute es un tejido de fibra gruesa con una gran capacidad de absorción de agua, se puede utilizar solo para la protección de las semillas o sobre una capa vegetal o de Mulching. El tejido de Fique es de fibra natural tropical de alta resistencia a la tensión y al igual que el de Yute, gran capacidad de absorción del agua. Es una de las más utilizadas en Colombia se acostumbra a colocar un lodo fertilizado, el cual tiene tierra orgánica, arcillosa, estolones picados de gramíneas, fertilizantes químicos y un hidroretenedor de agua. El tejido de fibra de coco posee una alta resistencia a la tensión y adicional una buena durabilidad con una vida útil aproximada de 5 a 10 años dependiendo de las condiciones de humedad. Otros de los textiles orgánicos que se incluyen son los Mantos delgados fabricados en máquina, usando compuestos biodegradables y fotosensibles por lo cual se degradan por los rayos UV del sol, lo que facilita el establecimiento de la vegetación, protegiendo temporalmente. 1.6.1.4 Especificaciones y procedimiento de instalación. Para la colocación de los tejidos y mantos se deben tenerse en cuenta cuatro especificaciones:

• Preparación del sitio: se realiza con el fin de garantizar el contacto necesario y completo del manto a la superficie. Se debe remover todas las obstrucciones que puedan intervenir en el contacto completo, y escarificación del suelo superior 50 a 70 mm donde va hacer colocado el manto y por último incorporar al suelo los productos que van a servir para mejorar la germinación y crecimiento de las semillas.

• Colocación de semillas: siempre deben ir previas a la instalación del manto.

• Anclaje: debe utilizarse ganchos en forma de U o estacas triangulares.

• Instalación de los mantos sobre los taludes: se debe instalar el manto en dirección del flujo del agua garantizando contacto directo con el suelo previa colocación de semillas, con posterior anclaje del manto al suelo con un mínimo de 3 ganchos al suelo por metro cuadrado.

Adicionalmente se encuentra que el sistema de riego es otra de las variables dentro del campo de aplicación de los mantos de control temporal de erosión, y para este caso específico de estudio, se eligió el sistema de riego por goteo.

31

El riego por goteo es un sistema de distribución uniforme de agua a baja presión, de manera periódica y de pequeños volúmenes. Con este sistema se garantiza la humedad óptima para la semilla que está en germinación bajo el soporte del MCET. Adicionalmente tiene como ventaja la reducción del uso del agua que además se maximiza ya que hay poca evaporación y escurrimiento con un caudal controlado. 1.6.1.5 Mantos de control de erosión permanentes. Estos mantos de

Control de Erosión Permanentes están diseñados para aplicaciones donde la

vegetación por sí sola, no es suficiente para resistir las condiciones de flujo

del agua, además de resistir esfuerzos del suelo superficial. En la figura No 7

se especifican las propiedades físicas y mecánicas de los TRM 500

• TRM 500: El Manto provee refuerzo a la vegetación de manera permanente; su longevidad funcional varía entre los 7 años a 50 años. El manto consta de fibras 100% sintéticas, estabilizadas UV, el cual provee de refuerzo a la vegetación y protección contra la erosión en taludes o laderas geotécnicamente estables. Esta categoría debe ser usada especialmente sobre suelo y para inclinaciones mayores de 1H:1V (45º).

Características: Los mantos permanentes TRM´s están compuestos de fibras de polipropileno estabilizados UV conformando un manto resistente y amigable con el medio ambiente. Esta estructura está compuesta de fibras X3, fibra patentada que ofrece una retención de suelo, agua y da refuerzo a la vegetación.

Fuente. Mexichem PAVCO URL: https://pavco.com.co/2/control-de-erosion/5-228-311/i/311#a316

Figura 7 Propiedades físicas y mecánicas de los TRM 500 PAVCO

https://pavco.com.co/2/control-de-erosion/5-228-311/i/311#a316

https://pavco.com.co/2/control-de-erosion/5-228-311/i/311#a316

32

1.6.1.6 Mantos de control de erosión temporales. Este tipo de mantos son los que se van a estudiar en el Modelo Físico que se desarrolló en la presente investigación y sobre el cual se realizó un seguimiento a los resultados que se dieron con la implementación del manto; con esto fue posible la elaboración de algunas recomendaciones sobre su implementación; a continuación, se darán las características generales de los MCET las cuales se deben tener en cuenta al momento de su instalación. Los mantos de control de erosión temporales son aquellos que tienen una longevidad funcional menor de 48 meses y están hechos de fibras naturales (fique y/o coco) o sintéticas (polipropileno) unidas mecánica o estructuralmente con el fin de formar una matriz continua que provee protección contra la erosión y en su proceso de degradación se integre al suelo sin afectarlo. Los productos enrollados para control de erosión temporales están diseñados para aplicaciones donde la vegetación por sí sola, es suficiente para resistir las condiciones de flujo del agua, además de resistir esfuerzos del suelo superficial. El manto provee refuerzo a la vegetación de manera temporal: su longevidad funcional varía de acuerdo al tipo de manto y a las condiciones de los suelos. Los mantos temporales proveen protección contra la erosión en taludes o laderas geotécnicamente estables. Esta categoría debe ser usada en taludes menores a 1H:1V (45º).

1.6.1.7. Tipos de mantos de control de erosión temporales disponibles en Colombia. A continuación, se mencionan algunas de las empresas fabricantes y distribuidoras de los MCET con el fin de dar a conocer que en el medio se tienen varias alternativas y que se puede hacer un estudio y análisis de cuál de ellas ofrece mejores servicios y productos, además en relación a su ubicación Geográfica se puede acceder a ellas según su necesidad. Es importante mencionar que existen otras empresas que solo son autorizadas para la instalación de los mantos entre ellas se encuentra la empresa Imgeocosta Ltda. ubicada en Barranquilla (Atlántico) autorizada Geosintéticos PAVCO para la instalación de sus productos.

Agrotextil y Biomanto son mantos de Control de Erosión Temporal nombrado de esta manera por la empresa “Compañía de empaques Fibra de Lideres” ubicada en Itagüí Antioquia. Agrotextil: Manto de fibra natural diseñado para controlar la erosión de suelos expuestos a los efectos del agua, viento y la gravedad. Favorece el

33

crecimiento de una nueva capa vegetal sin contaminar el medio ambiente, disminuye la incidencia de factores erosivos como la lluvia, frenando la energía cinética de la gota de agua o del granizado, adicionalmente evitan el salpique una vez ha impactado el agua permitiendo que la humedad llegue al suelo sin dañarlo y cubre el 100% del área expuesta, neutralizando el viento, el cual no solo levanta partículas del suelo, sino que produce resecamiento rápido.19 En la figura No 8 se puede observar las especificaciones de este tipo de manto. Beneficios: Biodegradable, se integra totalmente al suelo, Facilita el paso moderado de la luz sola recupera áreas degradadas o quemadas, riveras de ríos, riachuelos y quebradas, retiene y libera humedad, generando un microclima entre el suelo y el manto. Usos: Revegetación de taludes de corte y de lleno, revegetación de canales naturales de riego o de drenaje, recuperación de áreas degradadas, control de erosión y revegetación de derechos de vías de oleoductos. Figura 8 Especificaciones Agrotextil

Fuente. Compañía de empaques Fibra de líder URL: http://epq.com.co/w3/internet/epq_1/documents/agrotextil.html

19 (Empaques)

34

FN: Fibra Natural PP: Polipropileno Absorción de agua: 3 a 4 veces su peso, según ASTM D1117 Penetración de la luz: 50 a 70%, según método ECTC Todas las referencias tienen recuperación a la carga de 60 a 70%, según método ECTC Espesor: Según ASTM D5199 Peso: Según ASTM D 5261 Resistencia mínima a la tensión: Según ASTM D5035 Elongación máxima: Según ASTM D5035

Biomanto: tela de fibra natural (fique) que ayuda a controlar la erosión y el sedimento. Favorece la formación de la capa vegetal, además es un excelente aliado para forrar el pilón de los árboles y asegurar un trasplante exitoso.

Beneficios: biodegradable, recupera áreas degradadas o quemadas.

Agromanto y Ecomatrix son mantos de Control de Erosión Temporal nombrado de esta manera por la empresa “Geositemas PAVCO estos tienen una durabilidad o longevidad funcional de 36 meses. Agromanto: Son mantos de control de erosión temporal, elaborados con fibras naturales biodegradables: fique y/o coco, colocados dentro de una o dos mallas del mismo material o de polipropileno. Se destaca por su excelente capacidad de resistir los agentes erosivos, con el fin de cumplir con la longevidad funcional de cada manto. Este manto se biodegrada y se integra al suelo. Los agromantos debido a su construcción permiten el paso moderado de la luz solar facilitando la germinación y el desarrollo de la planta, favoreciendo el crecimiento y establecimiento de la planta. En la figura No 9 se muestran las especificaciones de este tipo de manto.

35

Figura 9 Especificaciones Agromanto PAVCO

Fuente. Imgeocosta Ltda. URL http://www.imgeocosta.com/espec-grales-onstruccion/MUROS,%20TALUDES%20Y%20TERRAPLENES.pdf

Ecomatix: El manto de tejido abierto Ecomatrix es un producto flexible utilizado en aplicaciones relacionadas con el control de erosión; ha sido diseñado para mantener las semillas y suelo orgánico en su lugar hasta que la vegetación crezca. Ecomatrix se podría definir como una malla de polipropileno de apariencia natural y de alta resistencia que protege la superficie del suelo de la erosión producida por eventos naturales tales como; lluvias y vientos, ofreciendo a su vez sombrío parcial y almacenamiento de calor, para así favorecer el desarrollo de la vegetación.20 En la figura No 10 se dan algunas especificaciones técnicas para este tipo de manto.

Características: El manto de tejido abierto está disponible en rollos de un ancho de 3.80 m, es de un costo menor y de un manejo más fácil (esto es, un almacenamiento y un proceso de instalación más sencillo), que los mantos tradicionales de paja, y otras de fibras naturales. A diferencia de todos estos materiales, el manto de tejido abierto Ecomatrix no absorbe agua y cuando trabaja en condiciones saturadas mantiene una alta resistencia y estabilidad dimensional.

Usos: El manto de tejido abierto Ecomatrix puede usarse en cualquier lugar donde sea necesaria la protección de suelos contra procesos erosivos, estos

20 (Colombia, 2001)

36

lugares pueden ser: Taludes o terraplenes en vías, protección de riberas de ríos, canales, lagos, embalses, protección de estructuras hidráulicas tales como zanjas de drenaje, etc.

Figura 10 Especificaciones técnicas para Ecomatrix PAVCO

Fuente. Imgeocosta Ltda. URL http://www.imgeocosta.com/espec-grales-onstruccion/MUROS,%20TALUDES%20Y%20TERRAPLENES.pdf Biotex es el manto de Control de Erosión Temporal nombrado de esta manera por la empresa “Geomatrix Soluciones de Alta tenacidad” la cual se encentra localizada en la ciudad de Bogotá con más de 14 años de experiencia en la industria de los Geosintéticos. Biotex: Manto temporal de tejido abierto para control de erosión y soporte de vegetación fabricado con fibras multifilamento de poliéster de fotodegradación lenta, dispuesta en forma de malla para retención del suelo. Con elementos transversales texturizados para retención y transporte de agua por capilaridad de color natural y compatible con el medio ambiente. Se utiliza en control de erosión y revegetación en taludes y laderas de baja pendiente y en fachada de muros, taludes terraplenes y suelo reforzado. En la figura No 11 se pueden observar las propiedades mecánicas de los Biotex Ventajas: Facilita la colocación de semillas y nutrientes en zonas inclinadas, aloja agua en las fibras de multifilamentos que lo conforman preservando la humedad en la superficie del suelo, conforma una matrix que provee el sostenimiento mecánico inicial necesario para el establecimiento y desarrollo de las plantas, se degrada por acción de los rayos UV integrándose de forma natural l terreno sin dejar residuos contaminantes.

37

Figura 11 Propiedades mecánicas del BIOTEX

Fuente. Compañía de empaques Fibra de líder URL: http://epq.com.co/w3/internet/epq_1/documents/agrotextil.html 1.6.1.8 Características físicas y mecánicas de los mantos de control de erosión temporales. Los mantos de control de erosión temporal hacen parte de los geotextiles y, por lo tanto, las normas técnicas que se presentan a continuación son la pauta en la que se describen los ensayos de caracterización y las propiedades físicas y mecánicas de estos. Estas características permiten realizar la identificación y calificación en cuanto a calidad y utilidad del geotextil. Las principales son:

• Masa por unidad de área de un Geotextil: Esta propiedad esta especifica en la Norma Técnica Colombiana 199921 y es la traducción exacta de la ASTM D526122 en la cual se explica el método por el cual se mide la masa por unidad de área que se reportara con las unidades del sistema métrico internacional y que tiene como utilidad para el control de calidad y la composición del geotextil, realizando la comparación con un manto estándar.

• Espesor Del Geotextil. Dentro de las propiedades físicas de los mantos de control de erosión el espesor radica su importancia por el hecho de que a través de esta se realiza la medición de otras propiedades como lo son: el

21 (COLOMBIANA N. T., 2009) 22 (INTERNACIONAL, Standard Test Method for Measuring Mass per Unit Area Geotexiles

D5261, 2008)

38

esfuerzo de tensión y el coeficiente de permeabilidad. La Norma Técnica Colombiana que rige la medida de esta propiedad física es la NTC 225023 que es la traducción oficial de la ASTM D519924. Este ensayo se realiza midiendo la distancia que de recuperación en un plano perpendicular a una fuerza de presión de 2kPa para geotextiles o 20kPa para geomembranas.

• Rigidez De Un Geotextil. En esta se presenta la rigidez del material según el fabricante. Se realiza la medida de la flexión y la rigidez a la flexión se calcula. Hay dos métodos para realizarlo: Cantelever (viga voladiza) y el Hearth loop test. Estos son útiles ya que se mide la rigidez al imprimir fuerzas iguales sobre la superficie horizontal, en el caso del método Canteveler; con el uso de dos barras metálicas paralelas enrollando o haciendo Loops con el material y así sabiendo cuantos se logran con la medida del material. Esta propiedad se encuentra en la ASTM D138825.

• Propiedad Tensil De Un geotextil Mediante El Método De La Muestra Ancha: Esta propiedad permite realizar el cálculo de la resistencia a la ruptura del material del geotextil y, adicionalmente, permite realizar mejoras y estratificar la resistencia a la elongación con lo cual se puede mejorar el diseño de los geotextiles que permitan mejorar sus propiedades para sus diferentes aplicaciones.

1.3.3 Marco Conceptual.

Erosión: La erosión es un fenómeno geológico natural causado por el desprendimiento de partículas del suelo a causa de la acción del agua o el viento, que las depositan en otro lugar. Se origina a causa de la combinación de factores como pendientes pronunciadas, clima, Tipo de cobertura y manejo, que interactúan con el suelo, cuyas propiedades edafogenéticas lo hacen más o menos susceptible a la degradación.26 Control de erosión: Controlar la erosión es frenar o restringir, no detener completamente, el movimiento de los suelos bien sea en forma súbita o lenta.27

23 (COLOMBIANA N. T., 2003) 24 (INTERNACIONAL, Standard Test Method for Measuring the Nominal Thickness of

Geosynthetics ASTM D5199, 2001) 25 (INTERNACIONAL, Standard Test Method for Stiffness of Fabrics ASTM D1388, 1997) 26 (UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA , 2010) 27 (Ernesto, Camilo, & Marc, 2010)

39

Deslizamientos: Los deslizamientos consisten en “movimientos de masas de roca, residuos o tierra, hacia abajo de un talud” (Cruden 1991). En el término “deslizamiento” se incluyen tanto los procesos de erosión como los procesos denudacionales. La naturaleza precisa del proceso no está incluida en la definición e incluye procesos que son producto de la acción de las fuerzas gravitacionales, hidráulicas, etc. En el presente texto no se utiliza la denominación “Fenómeno de remoción en masa” (Mass Wasting), por considerarlo poco universal. Sin embargo, en Colombia, este término es utilizado regularmente. Algunos países utilizan otros nombres autóctonos como “deslaves”28

Infiltración: Del total de agua precipitada sobre la superficie de la tierra, una parte queda detenida (almacenamiento superficial temporal), otra discurre por aquélla (escorrentía superficial), y finalmente, una tercera parte penetra hacia el interior (infiltración). En virtud de este concepto, se define la infiltración como el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a través de la superficie de la tierra, y queda retenida por él, o alcanza un nivel acuífero, incrementando el volumen anteriormente acumulado. 29

Geosintéticos: La ASTM definió los Geosintéticos como materiales sintéticos que, en contacto con el suelo, rocas u otros materiales relacionado con la Ingeniería Geotécnica, hacen parte de una estructura o sistema. Los beneficios de estos Geosintéticos son el refuerzo del suelo, estabilización de los mismos incluyendo la separación, drenaje filtración impermeabilización y control de erosión. Estos materiales pueden optar nombres tales como, geotextiles, geomallas, georedes, geomembranas, geofibras e inclusive “geoalgos” nombre con el que cubren a los Geosintéticos que se encuentran en proceso de desarrollo. 30

Textiles Orgánicos: Es un manto para control de erosión no tejido de fibra de fique-coco, entre una o dos mallas del mismo material natural o de polipropileno se destaca por su excelente capacidad de resistir los agentes erosivos mientras se biodegrada integrándose finalmente al suelo; se fabrican de forma que permiten el paso moderado de luz solar facilitando la germinación y el desarrollo de la planta, favoreciendo a su vez por la cualidad de retener y liberar humedad creando un microclima en el suelo a través de sus raíces.31

Mantos para el Control de Erosión Temporales (MCET): Este tipo de mantos se utilizan para aplicaciones donde la vegetación natural (por si sola) provee suficiente protección contra la erosión. Su durabilidad o longevidad funcional 28 (SUAREZ, 2001) 29 (Yaguache, 2009) 30 (Ernesto, Camilo, & Marc, 2010) 31 ((PAVCO, 2013)

40

comprende entre 1 y 48 meses, la cual refleja en la biodegradación o fotodegradación del manto. Al final de la vida útil del manto se espera que la vegetación se encuentre totalmente establecida y pueda resistir por si sola eventos hidrológicos y climáticos que generan erosión en el suelo. 32

Sistemas de riego: El riego por goteo suministra agua de manera lenta y uniforme a baja presión a través de mangueras de plástico instaladas dentro o cerca de la zona radicular de las plantas. El riego por goteo puede reducir el uso de agua. Un sistema de riego por goteo bien diseñado pierde muy poca agua porque hay poco escurrimiento, evaporación o percolación profunda en suelo limoso.33

Mulching: El mulch son capas de material o residuos procedentes de rastrojos, desyerbas, podas, pajas, ramas, hojas, residuo de cosechas que se dejan en el suelo y se colocan en las calles entre los surcos, formando una cubierta protectora. Presenta algunos beneficios como proteger de la erosión causada por el viento, evita el impacto de las gotas de lluvia sobre el suelo y protegen de la erosión causada por la lluvia, controlan las melazas y guardan la humedad en el suelo y reduce el escurrimiento superficial y aumenta la infiltración del agua. 34

Estolón: Brote lateral, más o menos delgado y a menudo muy largo, que nace de la base de los tallos, tanto si se arrastra por la superficie del suelo como si se desarrolla debajo de él y que, enraizando, engendra nuevos individuos y propaga de manera vegetativa a la planta.35

Bioingeniería: Entre las tecnologías utilizadas para el control de la erosión se encuentran la bioingeniería, especialmente utilizando pastos, vetiver, bambú o guadua y árboles; las obras de manejo de aguas de escorrentía, cortacorrientes, canales revestidos en piedra y en concreto torrenteras; barreras de vegetación, colocación de suelos orgánicos, revegetación con tela de fibra de cabuya (fique); utilización de bambú con malla metálica; los “trinchos”; los taludes reforzados con geotextiles; los gaviones de piedra y con bolsas de arena; el bolsacreto y los exápodos de concreto armado.36

Biotecnología: Refiere a las técnicas donde la vegetación combinada con estructuras inertes de ingeniería como los muros en suelo reforzado, mantos de control de erosión, geoestructuras se combinan con los efectos benéficos de la vegetación. Ambos elementos biológicos y mecánicos deben funcionar juntos en forma integrada y complementaria, con el fin de evitar el

32 (PAVCO, 2012) 33 (shock, 2013) 34 (Moreno, 2000) 35 (Wikipedia, 2016) 36 (Mendoza, 2011)

41

desprendimiento, transporte y depositación del suelo. Para el análisis de los elementos estructurales se utilizan los principios de la estática, la hidráulica y la mecánica, y para la vegetación se deben tener en cuenta los principios de la ciencia de las plantas y la horticultura. El sistema biotécnico requiere la integración de todas las tecnologías.37 Desertificación: La desertificación es la degradación de la tierra en regiones áridas, semiáridas y subhúmedas secas, resultante de diversos factores, incluso variaciones climáticas y actividades humanas. Ésta es la definición internacional del fenómeno de la desertificación establecida por la Convención de las Naciones Unidas de Lucha contra la Desertificación, aprobada en París, el 17 de junio de 1994 (fecha conmemorada desde entonces como día internacional de lucha contra la desertificación).

Degradación de los suelos: Se define como un cambio en la salud del suelo resultando en una disminución de la capacidad del ecosistema para producir bienes o prestar servicios para sus beneficiarios. Los suelos degradados contienen un estado de salud que no pueden proporcionar los bienes y servicios normales del suelo en cuestión en su ecosistema.38

Mitigación: Es la intervención pretendida para reducir la degradación en curso. Resulta en una etapa una vez que la degradación se haya iniciado. El objetivo principal es de detener la degradación continua y comenzar con el mejoramiento de los recursos y sus funciones. Los impactos de mitigación tienden a ser visibles en corto y mediano plazo: proporcionando así un fuerte incentivo para esfuerzos a continuación. La palabra “mitigación’’ por veces también se utiliza para describir la reducción de los impactos de degradación.39

Gramíneas: Son una familia de plantas herbáceas, o muy raramente leñosas, perteneciente al orden Poales de las monocotiledóneas. Con más de 820 géneros y cerca de 12100 especies descritas, las gramíneas son la cuarta familia con mayor riqueza de especies luego de las compuestas, las orquídeas y las leguminosas; pero, definitivamente, es la primera en importancia económica global. 40

37 (PAVCO, 2012) 38 (Agricultura, 2016) 39 (Agricultura, 2016) 40 (Agrario, 2010)

42

1.7. METODOLOGÍA 1.7.1 Tipo de estudio. La presente investigación se desarrolla como un estudio analítico, ya que hay una causa MCET, y se espera un efecto revegetación, longitudinal teniendo en cuenta de que puede establecerse una secuencia temporal y que existe un tiempo entre las diferentes variables de estudio y prospectivo ya que los hechos estudiados y los datos se van recogiendo a medida que van sucediendo, por último, hacen ensayos controlados no aleatorizados.41 1.7.2 Fuentes de Información. Fuentes primarias. libros, revistas, periódicos, documentos oficiales de instituciones públicas, informes técnicos y de investigación de instituciones públicas o privadas, normas técnicas, entrevistas fotografías. Las fuentes secundarias: información organizada producto de análisis, extracción o reorganización de documentos primarios originales, como lo son trabajos de grado, artículos que interpretan otros trabajos de investigación, boletines. 1.7.3 Diseño Metodológico. La presente investigación pretende recopilar información teórica, de instalación y funcionamiento de los MCET, implementar un modelo físico de laboratorio que permita identificar variables y observar sus beneficios; además encontrar algunos sitios donde se implementado este tipo de tecnología y darla a conocer.

Para lo anterior se establecieron las siguientes etapas así: ETAPA 1 Se da inicio a la presente investigación con un estudio referente a las estadísticas presentadas por el IDEAM con relación a las zonas secas y degradación del suelo como resultado del proceso de erosión a raíz de los diferentes procesos ambientales y las intervenciones realizadas por el hombre. Se continúa en la búsqueda de información que permita identificar las características físicas y mecánicas de los Mantos de Control de Erosión Temporales en taludes, fabricados con yute, fique, fibra de coco y polipropileno, para con ello posteriormente mostrar los beneficios que tiene la utilización de los MCET.

41 (Manuel, 2012)

43

ETAPA 2 Esta etapa estuvo caracterizada por el proceso de elaboración del modelo físico experimental en donde se realizó:

• El diseño del modelo en el cual se va a implementar la tecnología de los Mantos de Control de Erosión Temporal, definiendo materiales a utilizar, dimensiones y estructura.

• Una vez se obtuvo el armado de la estructura se procedió a realizar el primer escenario consistente en el montaje del Manto de Control de Erosión Temporal simulando un terreno con poca precipitación; seguido a este el escenario con una precipitación media dada por un sistema de riego por goteo, comparando un talud expuesto a los diferentes factores erosivos; en el tercer escenario se realizan las intervenciones correctivas basados en las dos experiencias anteriores para optimizar el funcionamiento de los MCET.

ETAPA 3 En esta etapa se procedió a la búsqueda de algunos lugares donde fue implementado este tipo de tecnología y se dan a conocer dichos proyectos previa y posterior a la intervención con esta tecnología de los MCET. ETAPA 4 Una vez realizada la investigación teórica y obtenido los resultados de la experimentación de los diferentes escenarios, se realizará la discusión en torno a estos y con ello las respectivas recomendaciones para la optimización de las variables experimentales usos y aplicación de los MCET, adicionalmente nombrar las posibles causas del desconocimiento que se presenta ante la aplicación de este tipo de tecnologías.

44

2. FASE EXPERIMENTAL 2.1 DESARROLLO METODOLÓGICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MODELO EXPERIMENTAL Se planteó el montaje de un modelo físico que permitió evidenciar la utilidad y efectividad del manto temporal de control de erosión de fique y yute en una superficie que simulo un talud 45 grados. La experimentación se realizó en 3 escenarios diferente en los cuales se modificaron variables establecidas: Escenario 1 – Simulación de talud con MCET con simulación de baja precipitación / simulación sin MCET baja precipitación Escenario 2 – Simulación de talud con MCET precipitación media / simulación de talud sin MCET precipitación media Escenario 3 – Simulación de talud con y sin MCET evaluando las

intervenciones correctivas basados en las dos experiencias anteriores para

optimizar el funcionamiento de los MCET.

Las variables principales fueron el uso o no del Manto de Control de Erosión Temporal junto con la precipitación. 2.1.1 Materiales y elementos utilizados en la creación del modelo físico. Se elaboró un recipiente tipo pecera en cristal de 4mm con una división en el centro que permitiera recrear dos ambientes diferentes y modelos comparativos, como se muestra en la figura No 12.

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Fuente. Los autores Adicionalmente se generaron bases de acrílico con 3 escalones al interior del modelo de cristal, con el fin de simular el talud a 45o. Se incluyeron huellas y contrahuellas con perforaciones de 1mm de diámetro con el fin de permitir el flujo de la precipitación que pasara a través del material. Además, se realizó reforzamiento con ángulos metálicos en las escaleras acrílicas. Y en la figura No 13 se muestra la escalera con y sin el reforzamiento mencionado.

Fuente. Los autores

A B

Figura 12 Recipiente tipo pecera en cristal para montaje y simulación de talud y modelo experimental de estudio.

Figura 13 Escaleras de acrílico con huella y contrahuella para flujo de precipitación en el montaje y simulación de talud y modelo experimental de estudio.

46

Teniendo en cuenta la necesidad de trasporte, seguridad y además el peso esperado del modelo, se diseñó un soporte metálico con manijas laterales, en la figura No 14 se puede observar este soporte metálico.

Fuente. Los autores

La construcción del talud se realizó con grava tomada de la vía Bogotá-fusa y se usó tierra mejorada de pH neutro y Humus lombricompuesto para la reforestación junto con el manto temporal de control de erosión de fique y yute, en la figura No 15 se muestran los materiales utilizados.

Fuente: Los autores

A B C

Figura 14 Soporte metálico con manijas para seguridad y transporte del montaje y simulación de talud y modelo experimental de estudio

Figura 15 A. Grava tomada en la vía Bogotá-fusa para la construcción del talud. B.

Tierra mejorada usada como base y posterior cubrimiento del MCET. C. Humus

como material de refuerzo en la base y posterior cubrimiento del MCET

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Dado que el objetivo de la reforestación es la estabilización del talud con la ganancia secundaria del valor forestal y estético, se utilizaron semillas de Grama tipo Reygrass aptas para tierra fría, como se muestra en la figura No 16

Fuente: Los autores

El manto de control de erosión temporal utilizado fue el de fique y yute dadas las características y objetivos planteados en este trabajo, en la figura No 17 se puede observar la apariencia del Manto de Control de Erosión Temporal

Fuente: Los autores

Figura 16 Semillas de pasto tipo Reygrass para la forestación del talud simulado.

Figura 17 Manto de control temporal de erosión de fique y yute

48

Siendo las precipitaciones un factor determinante en la germinación de la semilla y para el funcionamiento de los MCET se diseñó un sistema de riego casero con tubería convencional que abarca el área de la sección de este modelo de laboratorio (0,17m2) el diseño consiste en un sistema de malla tubular con múltiples orificios que permiten que el agua drene por gravedad y en forma uniforme desde un depósito con escala de volumen, el cual esta acoplado en la parte superior al sistema tubular. Desde él se puede controlar la velocidad del vertimiento del agua mediante una válvula, con el propósito de recrear en pequeña escala distintos niveles de precipitación. En la figura No18 se muestran una serie de fotografías que describen el procedimiento de fabricación del sistema por goteo casero

Fuente: Los autores

2.1.2 Análisis de la precipitación de lluvia

2.1.2.1 Medición de la Precipitación (lluvia). PLUVIOMETRO es el instrumento generalmente empleado en las estaciones meteorológicas para medir la cantidad de agua lluvia que cae en un lugar y tiempos dados. Este instrumento expresa la cantidad del agua caída en las precipitaciones en milímetros de altura (mm) lo cual es equivalente a precipitaciones en litros por metro cuadrado. En la figura No 19 se ilustra uno de los tipos de pluviómetro que son utilizados en la medición de la precipitación.

Figura 18 Sistema de riego por goteo casero

49

Figura 19 Instrumento de medición Pluviómetro

Fuente: Instituto Hidrológico Meteorología y estudios Ambientales–IDEAM Mapas de precipitación promedio en Colombia. Los siguientes mapas y graficas fueron elaborados por el Instituto de Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) con la información histórica de 2800 estaciones meteorológicas distribuidas en todo el país. Las series históricas procesadas corresponden al período estándar 1981-2010. Todos los valores están en milímetros. En la figura No 20 se muestran los valores de precipitaciones promedio multianual comprendidas entre 1981 y 2010 y en la figura No 21 se ubican estas precipitaciones en el mapa de Colombia.

Figura 20 Valores precipitaciones

Fuente: Instituto Hidrológico Meteorología y estudios Ambientales – IDEAM

50

Figura 21 Mapa de precipitaciones


51

2.1.2.2 Análisis Anual de las Precipitaciones Horarias en Bogotá

En la figura No 22 se muestran las precipitaciones horarias en Bogotá dadas en mm en el cual su eje horizontal se lee las horas y en el eje vertical se leen los meses. Se ubica la mayor concentración de colores en el gráfico y se lee a la izquierda, a qué meses corresponde y abajo se leen las horas. Los colores azules son los de mayores lluvias; cómo se puede observar en el anterior grafico es predominante que en Bogotá las lluvias con mayor intensidad ocurran en horas de la tarde entre las 01:00 PM y las 05:30 PM. Para efectuar esta simulación de lluvia en el modelo lo más cercano a la realidad se efectuó el riego en este lapso de horas.

Figura 22 Precipitaciones Horarias en Bogotá en (mm)


2.1.2.3 Precipitación Media en Bogotá – Cundinamarca

Como se puede observar en la figura No 23 el mes con mayor precipitación

corresponde a octubre con una medida de 107 mm en 18 días de lluvia. El

mes con menor precipitación corresponde al mes de enero con una medida

de 29.4 mm en 8 días de lluvia.

52

Figura 23 Precipitación Media en Bogotá – Cundinamarca (793,7 mm)


2.1.2.4 Cálculo para la precipitación de lluvia

En la figura No 24 se especifican las medidas reales del modelo a ejecutar y

se nombra el área correspondiente con el fin de realizar el cálculo de las

precipitaciones a simular según la precipitación media en Bogotá mostrada

en la figura No 23.

Figura 24 Área de lluvia simulada

Fuente: Los autores

Para acercar a la realidad de esta simulación de lluvia en el modelo físico representando estos meses seria: Recordando que la unidad de medida “mm” equivale a litros por mm², siendo así y ya conociendo que el área simulada en este modelo es el 17% del área correspondiente a la unidad de medida:

53

Para Octubre :

107𝑚𝑚

18 𝑑í𝑎𝑠= 5,9

𝑚𝑚

𝑑í𝑎

5,9𝐿 ∗ 17% = 1𝐿

Se efectúa el riego (lluvia simulada) con 1 litro al día durante 18 días al mes.

Para Enero: 29,4𝑚𝑚

8 𝑑í𝑎𝑠= 3,7

𝑚𝑚

𝑑í𝑎

3,7𝐿 ∗ 17% = 0,63𝐿 Se efectúa el riego (lluvia simulada) con 0,63 litros (equivalente a 630 mililitros o cm³) al día durante 8 días al mes. 2.1.3 Primer escenario. Siguiendo el orden indicado en la ficha técnica del material y en la norma INVIAS E – 917/2007, inicialmente se colocó la grava simulando el suelo erosionado del talud y posterior a esto se agregaron 1,5 Kg de tierra mejorada junto con 0,675 Kg de Humus en una proporción establecida de 55 - 45% respectivamente. Luego se instaló el MCET cubriéndolo con adición de mezcla de tierra 0,5 Kg posteriormente se realiza la siembra de semillas y nuevo cubrimiento de mezcla de tierra con 0,325Kg. En la figura No 25 se muestran los pasos realizados en la colocación de los diferentes materiales para la simulación del talud con la utilización del Manto de Control de Erosión Temporal.

Fuente: Los autores

A

B C

D

Figura 25 A) Talud con grava B y C colocación de tierra mejorada e humus D) Colocación del Manto de Control de erosión todo esto con baja precipitación

54

PRECIPITACIÓN SIMULADA EN EL MODELO

Este escenario fue construido con las proporciones indicadas anteriormente y se estableció una baja precipitación de 0,63 lt por 8 días. Teniendo en cuenta el sitio donde se está desarrollando el modelo físico con una temperatura de promedio de 8°C a 12°C Debe tenerse en cuenta que lo que principalmente se busca con el uso del MCET es la estabilización del talud a través de una rápida y eficiente reforestación para lo cual se deben optimizar las condiciones que permitan llevar a cabo esto. Teniendo en cuenta lo observado en este ensayo, fueron 3 las variables que se considera determinaron y afectaron el crecimiento y resultado de la reforestación con y sin MCET para la estabilización del talud modelo:

• La humedad del terreno

• El espesor de capas de la tierra

• El volumen de riego. Humedad del Terreno: En este ensayo, el material de simulación del terreno tipo Talud, se dejó completamente seco al igual que la tierra de la capa base junto con el MCET. La única humedad que recibió fue la que posteriormente se realizó con el riego correspondiente en simulación con el ciclo de lluvias según IDEAM Bogotá-Cundinamarca Espesor de Capas de Tierra: Las cantidades de tierra utilizada para el modelo y los ensayos con MCET y sin MCET, fueron los mismos. Sin embargo, y a pesar de cumplir con lo requerido según las normas correspondientes para la instalación de los MCET, la capa de tierra más superficial, no tenía un espesor suficiente por lo cual no cubría de manera adecuada la semilla y por lo tanto no se generó un buen sembrado de la misma, por lo cual se considera fue otro factor determinante en la germinación y crecimiento de la reforestación a pesar del uso del MCET. Volumen de Riego: La cantidad de agua que sirvió como riego, se considera que no fue lo suficiente para la germinación adecuada de las semillas y esto sumado a las dos variables anteriores. Lo anterior permite analizar que puede ser necesario no solo el riego del agua lluvia de la región donde se encuentre el Talud, sino que requiere de un sistema de riego programado para llevar a cabo la adecuada germinación de la forestación que como objetivo principal tiene la estabilización del mismo.

55

2.1.4 Segundo escenario. En este escenario se lleva a cabo el estudio de las diferencias en la respuesta del talud ante los fenómenos erosivos simulados (viento y lluvia). Para esto se realizó el montaje de un talud sin manto de control de erosión y otro montaje de un talud con un manto de control de erosión temporal 4600 FC-P42 en el cual se lleva a cabo el proceso de revegetación con semillas de grama.

Una vez removido el montaje anterior se procede hacer la limpieza del escenario anterior en la figura No 26 se muestra el modelo completamente limpio y listo para empezar la nueva simulación.

Fuente: Los autores

Se realiza la preparación del sitio con la grava tomada en el departamento de Cundinamarca (vía Bogotá fusa) haciendo la simulación de un talud inferior a 45º grados. Según recomendaciones del fabricante y guías para su instalación se debe garantizar la estabilidad geotécnica de los taludes, verificar las condiciones del terreno y si es necesario agregar un suelo orgánico. En la figura No 27 se muestra la colocación de la grava asegurando un terreno sin elementos que puedan afectar la instalación del Manto.

42 (Imgeocosta)

A B

Figura 26 A y B modelo listo para empezar montaje

56

Fuente: Los autores

Verificadas las condiciones del terreno se procede a incorporar 1,3 Kg de capa orgánica con tierra mejorada, humus 0,5 Kg, obteniendo una mezcla óptima para el crecimiento de 0,04 Kg de grama, seguido a esto se cubren las semillas con 0.275 Kg de tierra mejorada. En la figura No 28 se muestra el procedimiento de la colocación de las capas de tierra mejorada, así como de la semilla.

Fuente: Los autores

A B

C

A B

Figura 28 A. Incorporación capa orgánica B. Incorporación semillas de

grama C. Cubrimiento con capa orgánica de la semilla grama

Figura 27 Montaje grava simulación de talud

57

Una vez se tiene el talud con las semillas cubiertas se procede a realizar la instalación del Manto de Control de Erosión Temporal como se observa en la figura No 30 el cual debe ser fijado con grapas que para este caso se colocaron cada 0,08 m según patrón de anclaje figura No 29 bajo la condición de pendiente del talud 2H1V 1H:AV y se realizó un dobles de 0.04 m en su parte superior teniendo en cuenta que según ficha técnica de esta tecnología se tienen dos formas de sujetar el manto una primera opción es realizar una zanja en la cresta del talud con el fin de anclar allí el manto una vez anclado se cubre la zanja con el material mejorado, la segunda opción es la que se usó en este caso que fue el dobles en la parte superior del talud.

Fuente: Libro Muros Taludes y terraplenes 2012

Fuente: Los autores

A B

c

Figura 30 A y B Colocación del Manto de Control de Erosión C. Grapas con las que se va a sujetar el Manto

Figura 29 Patrón número de anclajes

58

Una vez se tiene el montaje experimental completo se procede a humedecer todo el talud con un (01) litro de agua el cual se le suministrará durante 18 días al mes teniendo en cuenta la precipitación más alta presentada según estadísticas de IDEAM. En la figura No 31 se muestra el procedimiento en el momento en que se está humedeciendo el terreno con las precipitaciones previstas.

Fuente: Los autores

En este escenario se pudo evidenciar la importancia que cobra la forma de anclar el manto sobre el terreno, en este caso se colocaron los anclajes cada 0,08 m según patrón de anclaje mostrado en la figura N° 29, el manto de Control de Erosión ejecuto su función de proteger la semilla de los agentes erosivos y como resultado se tuvo un crecimiento de la vegetación, sin embargo, no se realizó un adecuado anclaje y por ende no se consiguió un máximo de contacto entre la superficie del MCET y el terreno, teniendo como consecuencia la pérdida del MCET como se muestra en la figura No 32.

A B

D

C

Figura 31 A y B riego de talud sin el Manto C y D riego del talud con el Manto

59

Fuente: Los autores

En la figura No 33 A y B se puede observar la parte del terreno donde el Manto no fue levantado por la vegetación el terreno se conserva más compacto en comparación con lo observado en la imagen C donde la vegetación se disgrega más fácil a pesar de tener una raíz fuerte y consistente.

Fuente: Los autores

A B

A B

C

Figura 32 A y B Manto de Control de Erosión Levantado por la vegetación

Figura 33 A y B suelo compacto C suelo disgregado

60

Como se describió al inicio de este escenario, se dejó un lado del modelo el talud expuesto a los agentes erosivos como se muestra en la figura No 34 con el fin de poder observar los efectos que se presentaron al pasar del tiempo bajo la influencia de los factores erosivos. Con la simulación de las precipitaciones y la infiltración de las mismas se produjo una disminución de la resistencia del suelo creando una superficie débil con agrietamiento, haciendo más vulnerable el talud a un deslizamiento.

Fuente: Los autores

2.1.5 Tercer escenario. Teniendo en cuenta los hallazgos en los dos previos escenarios se decide llevar a cabo la corrección de dichos eventos que fueron el factor para el inadecuado funcionamiento del MCET. De acuerdo con el área y la pendiente del talud se realiza el anclaje del MCET de acuerdo con el patrón dado en la figura N 29, y además la longitud de la grapa hasta garantizar el máximo contacto y sujeción en el MCET y el suelo, como se puede observar en la figura No 35

Por otra parte, se continúan con las proporciones empleas en el escenario No 2 ya que estas no fueran las causales de la pérdida del MCET y está sujeto a las indicaciones del fabricante y Normas Técnicas consultadas.

A B

Figura 34 Talud en exposición a los agentes erosivos

61

Fuente: Los autores

En el modelo del talud expuesto a los agentes erosivos se siguieron los parámetros de precipitación media calculados y se puede observar en la figura No 36 el fallo superficial del suelo por agrietamiento en el terreno y pequeños deslizamientos con caída del material del suelo hacia el pie del talud.

Fuente: Los autores

A B

C D

Figura 35 A y B Anclaje y sujeción del Manto al terreno C y D Observación de

las raíces en intimo contacto con el terreno

Figura 36 Talud en exposición a los agentes erosivos

62

Pasados diez días se empieza a observar la revegetación como se observa

en la figura No 37 (A) y quince días después ya se hace más homogénea

como se muestra en la figura Non 37 (B, C Y D) obteniendo un talud

completamente regularizado ayudando esto al control superficial de la erosión

y consiguiendo un aspecto positivo en la revegetación.

Fuente: Los autores

Figura 37 Talud revegetalizado

A B

C

D

63

3. CONCLUSIONES

• En la presente investigación se demostró que los MCET funcionan para generar revegetación y la optimiza con un adecuado sistema de riego en el terreno apto para su uso, por ende, el conocer los niveles de precipitación local y determinar la necesidad de un sistema de riego son cruciales para el mejor funcionamiento del MCET.

• Los MCET protegen la semilla evitando el lavado de esta con las lluvias y adicionalmente de factores externos, como las aves, y de esta manera permite la germinación de la semilla y por lo tanto la adecuada revegetación del talud para el control de la erosión.

• La revegetación es el principal medio por el cual los MCET controlan la erosión y de esta manera proteger el talud.

• Los escenarios simulados permitieron demostrar que se necesitan condiciones específicas para un adecuado resultado de los MCET en cuanto a revegetación y con esto en cuanto a control de erosión.

• El ingeniero Civil del día de hoy debe ir más allá de los conocimientos básicos y apropiarse de las nuevas tecnologías conociendo su aplicación para el cuidado y protección del medio ambiente que también es un área que le compete.

• Para un área de 0.17 m2, que fue el área del modelo de investigación usado en este proyecto, se estableció, a partir de las estadísticas del IDEAM, una precipitación baja para mes de enero con valor de 0.63L la cual se suministra durante 8 días en un mes; al simular esta precipitación en el modelo físico y luego de 30 días de experimentación no se generó revegetación a pesar del uso del MCET. Por lo anterior se puede concluir que las precipitaciones juegan un nivel importante y por lo tanto debe tenerse en cuenta el mes en que se instale el MCET con el fin de poder determinar la optimización a través de un sistema de riego bien sea constante o intermitente para mejores resultados del uso de esta herramienta de control de erosión.

• Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en el Escenario experimental No.1, se llevaron a cabo los correctivos en cuanto a precipitación y sistema de riego para este escenario, se realizó nuevamente la instalación de MCET pero esta vez se toma la precipitación registrada en el mes de noviembre de 1L al día durante 18 días al mes. Posterior a esto se obtuvo como resultado que pasados 10 días ya se empieza a observar la germinación de la semilla y el crecimiento de la grama, sin embargo se observa elevación y perdida de contacto entre las superficies del MCET y el terreno del Talud, teniendo como

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consecuencia la pérdida del MCET y permitiendo así concluir que el factor principal que llevo a este resultado fue un inadecuado anclaje y con esto teniendo varios factores subyacentes: Tamaño del anclaje, material del anclaje y distancia entre cada uno de los puntos de anclaje en el modelo físico experimental.

• Posteriormente se decide replantear un tercer Escenario en el cual se optimizaron los resultados obtenidos en los escenarios previos. El tercer escenario, al igual que los dos anteriores, consta de un terreno de área de 0.17 m2 sobre el cual se simuló una precipitación de 1L de agua al día durante 18 días en un mes y se corrigieron las dimensiones de las grapas de anclaje, el material de las mismas aumentando el grosor pero, basándose en las normas técnicas y las fichas técnicas de instalación de los MCET, se dejó la misma distancia de anclaje y se garantizó la adherencia y máximo contacto entre las superficies del MCET y el terreno, obteniendo como resultado una excelente revegetación del Talud, y de esta manera se logra el control de la erosión a través de la adecuada aplicación del MCET. Dado lo expuesto anteriormente, se tienen, como se nombró durante la fase experimental y de montaje, dos variables de suma importancia para el adecuado funcionamiento de los MCET: 1. Precipitación y sistema de riego y 2. Garantizar el máximo contacto entre las superficies del MCET y del terreno con un adecuado anclaje según corresponda al material tanto del MCET como del terreno del Talud.

• De manera simultánea en el tercer Escenario se construyó un talud expuesto a los dos principales agentes erosivos: el agua y el viento. En cuanto al agua se realiza la misma simulación del terreno que poseía el MCET y se dejó una precipitación de 1L al día durante 18 días en el mes pudiendo observar que se produjo una disminución de la resistencia del suelo creando una superficie débil con posterior aparición de agrietamiento e inclusive con pequeños deslizamientos en el Talud que llegan hasta el pie del mismo. Así, se pudo evidenciar que el control de la erosión es fundamental en los taludes con el fin de evitar los deslizamientos que son el mayor riesgo para la población y como adicional, el uso del MCET para la revegetación que cumple con múltiples funciones: la conservación y recuperación de la flora, la estética del paisaje y la más importante, el control de la erosión del talud.

• Para los estudiantes de Ingeniería civil y/o Ingenieros Civiles debe ser de gran importancia preocuparse por conocer las diferentes opciones para la revegetación y protección de taludes, identificar aplicaciones y usos según características físicas y mecánicas del terreno y así poder ofrecer una alternativa que cumpla con las especificaciones necesarias para dar solución a la problemática en mención.

65

• Por años el concreto ha sido el material más utilizado en obras de ingeniería, entre ellas en la protección de taludes. Este material en comparación con los MCET es más costoso y perjudicial para el medio ambiente; Sin embargo, las superficies donde se usan los MCET deben cumplir con ciertas características y por lo tanto en esta investigación se dan a conocer ciertos parámetros que intervienen a la hora de garantizar óptimos resultados con la aplicación de este tipo de tecnología. Por lo anterior la presente investigación también permitirá mostrar una alternativa de solución más amigable con el medio ambiente.

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4. RECOMENDACIONES Al realizar una investigación, se emprende un camino basado en una pregunta a la cual se le quiere dar respuesta, o el planteamiento de un problema al cual se le quiere dar solución. Dado esto, durante ese camino en búsqueda de la solución pueden seguir dándose incógnitas que no son más que oportunidades de mejora y mayor estímulo para seguir investigando. Por lo anterior las recomendaciones aquí consignadas son motivaciones a continuar en la seria investigación acerca el uso de mantos de control de erosión temporales, como herramienta del control de la erosión y sobre todo teniendo como estrategia la revegetación. La primera recomendación es la evaluación del terreno donde se va a llevar a cabo la aplicación del manto de control de erosión. El terreno debe ser evaluado teniendo en cuenta su localización ya que de esto dependerá el uso de las semillas e inclusive la precipitación y el riego; El tipo de suelo, ya que este debe ser geoestable y en caso de no tener nutrientes suficientes o condiciones que permitan la revegetación debe adicionarse el “lodo fertilizado” o la tierra mejorada y Humus, que son compuestos con nutrientes específicos para la fertilización del suelo; y por ultimo debe tenerse en cuenta el tamaño del terreno para poder realizar la adecuada planeación de costo y cantidad del material a utilizar. La segunda recomendación se dirige a las precipitaciones del lugar y al sistema de riego que se vaya a establecer, que puede depender de la misma precipitación. La precipitación, en este caso dadas las condiciones geográficas y meteorológicas de Colombia, la lluvia y el granizo, es uno de los factores cuya función es ambivalente sobre el suelo del talud; pues es uno de los dos principales agentes de erosión, pero, ya con el uso e implementación del manto de control temporal, puede ser útil como fuente hídrica. Dados los resultados de esta investigación, el sistema de riesgo es una parte fundamental para que los resultados sean los mejores en cuanto a la revegetación, pues el MCET permite la conservación de la humedad reteniéndola por lo cual necesita de una fuente para ejecutar dicha función. La tercera recomendación es respecto al adecuado uso el manto de control de erosión temporal y su instalación.

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Los mantos de control de erosión temporal tienen unas claras especificaciones y recomendaciones para su uso las cuales se encuentran en las fichas técnicas correspondientes y adicionalmente en las Normas Técnicas Colombianas correspondientes junto con la AASHTO. Deben seguirse las indicaciones según el manto de control a instalar, sin embargo debe tenerse en cuenta que ocurrirán cambios durante el proceso de instalación y adherencia al terreno que implique realizar mejoras para su optimo resultado. La cuarta recomendación es en cuanto al orden de la instalación del manto de control de erosión temporal. Siendo una recomendación no se va a especificar en detalle la instalación, pero si el orden la misma para dejar claridad en esto. Para la adecuada instalación del manto de control de erosión temporal primero debe realizarse la preparación del terreno y con esto es dejar la superficie lo más homogénea posible ya que esto garantizará un mejor contacto con el manto. Posterior a esto se adiciona el lodo fertilizado o la tierra mejorada y el HUMUS generando así una superficie con suficientes nutrientes sobre el suelo. De nuevo se garantiza una superficie lo más homogénea posible y se adicionan las semillas en una delgada capa pero que alcancen a cubrir todo el terreno de trabajo. Con el suelo y las semillas listas se realiza una canal en la parte superior del talud o en su defecto se realiza unos dobles en forma de rollo al manto de control de erosión temporal. Posteriormente el MCET se debe desenrollar garantizando que se cubra la capa de semillas, todo el terreno y con la mayor adherencia posible al suelo. Para finalizar se realiza el anclaje del MCET al terreno garantizando el máximo contacto entre las dos superficies. La quinta recomendación es el seguimiento a llevar a cabo al Talud con el manto de control temporal de erosión. EL manto de control de erosión temporal tiene un tiempo de degradación, que será mejor llamado tiempo de incorporación al suelo del Talud. En tanto este fenómeno ocurre, pueden darse sucesos de manera temprana o tardía. Los sucesos tempranos van a ser determinados por la adecuada instalación del manto de control de erosión temporal los cuales se resumen en: debida protección a la semilla en cuanto a no permitir su arrastre por la precipitación ni el riego, no lavado de la misma, evitar que agentes externos de la fauna la afecten, anclaje que permita su adecuada adherencia y perdida del contacto. Los fenómenos tardíos son la pérdida del manto de control de erosión temporal por el riego inadecuado que no le permita retener la suficiente humedad para el crecimiento de la semilla y el segundo fenómeno tardío ser

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el requerimiento de nueva modificación física al terreno que implique el movimiento del mismo. Como se dijo al inicio, las recomendaciones no son más que motivaciones a continuar en la investigación respecto a un tema determinado y de esta manera ir realizando mejores recomendaciones sin necesidad de que se conviertan en dogmas. Es importante mencionar que esta investigación se dirigió específicamente a los Mantos de Control de Erosión Temporales, y aunque se mencionaron los Mantos de Control de Erosión Permanentes no se profundizo en ellos; es por esto que se sugiere que con base es este trabajo de investigación se podría continuar en la exploración de este tema pero profundizando en los MCE Permanentes, teniendo en cuenta que los dos mantos son implementados en diferentes tipos de obras y en condiciones específicas que se deben identificar para hacer uso adecuado de este tipo de tecnología.

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72

ANEXOS

ANEXO A. Especificaciones técnicas Manto permanente TRM 500

74

ANEXO B. Especificaciones técnicas Manto Temporal Agromanto y

Ecomatrix

76

ANEXO C. Especificaciones técnicas Manto Temporal BIOTEX

78

ANEXO D. Especificaciones técnicas Manto Temporal AGROTEXTIL

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ANEXO E. Manual para la instalación manual para la instalación de los

mantos de control de erosión temporal en taludes con pendientes

máximas de 45° en un modelo físico de laboratorio

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MANUAL PARA LA INSTALACIÓN DE LOS MANTOS DE

CONTROL DE EROSIÓN TEMPORAL EN TALUDES CON

PENDIENTES MÁXIMAS DE 45° EN UN MODELO FÍSICO

DE LABORATORIO

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN POR EL TÍTULO A

INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

MAYO DE 2017

82

PROYECTO: “BENEFICIOS DE LOS MANTOS DE CONTROL DE

EROSIÓN TEMPORAL PARA LA RECUPERACIÓN Y PROTECCIÓN

DE TALUDES Y REPRESENTACIÓN EN UN MODELO FÍSICO DE

LABORATORIO.”

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MANUAL PARA LA INSTALACIÓN DE LOS MANTOS DE CONTROL

DE EROSIÓN TEMPORAL EN TALUDES CON PENDIENTES

MÁXIMAS DE 45° EN UN MODELO FÍSICO DE LABORATORIO

1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

La instalación del Manto se realizará en un modelo diseñado en un

material de vidrio con dos escenarios el cual tiene cada uno unas

dimensiones de (0.40 x 0.40 x 0.38) , se simuló un talud menor a 45°

mediante la fabricación de una escalera la cual está fabricado en acrílico

con orificios de un (01) mm de diámetro con el fin de permitir el flujo de

las precipitaciones ver figura 1

2. CONDICIONES DE DESARROLLO

El personal que realice la instalación deberá llevar el control de la

cantidad en litros de las precipitaciones calculadas que se le suministrará

al modelo, además de garantizar una ubicación que permita la

exposición del mismo a los diferentes agentes ambientales como viento

y luz solar.

Fuente: Los autores

Figura 38 Visualización del modelo y su área

84

3. PROCESO DE INSTALACIÓN

3.1 Preparación del terreno y montaje

• Se debe garantizar la estabilidad geotécnica del terreno, para esto dependiendo del clima en el cual se valla a realizar la instalación se deberá colocar sobre la grava una capa de tierra que para conseguir una mejor eficiencia se puede mezclar con algún fertilizante como por ejemplo humus.

• Sobre la capa de tierra mejorada se coloca una cantidad suficiente de semillas

• Una vez colocadas las semillas se deberán cubrir con otra capa delgada de tierra mejorada

• Se debe elaborar una zanja en la cresta del talud a unos cm del borde con el fin de anclar el manto, otra opción para el anclaje es realizar un dobles en la cresta del talud se realizará lo que el instalador considere mejor, teniendo en cuenta que las dos opciones son válidas para los diferentes fabricantes.

• Se colocará el manto de Control de Erosión sobre el terreno garantizando el contacto íntimo entre el terreno y el manto, teniendo en cuenta que es de vital importancia conseguir una homogeneidad entre ellos

• Posterior se procede a colocar la sujeción del manto a través de grapas, las cuales deberán cumplir con un patrón de anclaje según su pendiente. Ver figura No 2

•

Fuente: Libro Muros Taludes y terraplenes 2012

Figura 39 Patrón de anclaje

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• Una vez se tiene el montaje experimental completo se procede a humedecer todo el talud con la precipitación más alta presentada según estadísticas de IDEAM, y deberá regar el modelo la cantidad de días y en las horas establecidas por este instituto. El riego se deberá suministrar con un sistema de riego controlado.

• Los procedimientos establecidos en la presente guía podrán ser variados con el fin de buscar mejoras en la implementación de los mantos de control de erosión.

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4. ASPECTOS A TENER EN CUENTA

• Uno de los factores determinantes en el funcionamiento de esta tecnología es el seguimiento y efectivo riego simulando las precipitaciones calculadas según el área que se tenga en el terreno, si no se garantiza el flujo de esta variable es muy probable que, a pesar de los beneficios de esta tecnología, no se pueda conseguir el resultado esperado.

• Un inadecuado anclaje hará que el MCET no genere el contacto necesario con el terreno, y con esto se ocasiona la pérdida del material y expulsión del manto, por lo cual se deberán respetar los parámetros de anclaje.

• Es importante realizar el procedimiento de instalación de acuerdo a las recomendaciones de los diferentes fabricantes, pero en lo que si coinciden estos; es que las semillas deben ser protegidas de los diferentes agentes erosivos por el mato, es así como sería un error sustancial instalar el manto y posteriormente regar las semillas, podría parecer algo obvio, pero puede suceder.

____________________ Firma Lida Nataly Caicedo González

503768

_____________________________ Firma Paola Andrea Ardila Ayala 504313

“beneficios de los mantos de control de erosiÓn … · figura 21 mapa de precipitaciones ......

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