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5/21/2018 Aplicaci n de La Biotecnia en Suelos Con Estratos Permeables
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Aplicacin de la Biotecnia en Suelos con Estratos PermeablesFACULTAD DE INGENIERA CIVILDepartamento Acadmico de Hidrulica
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APLICACIN DE LA BIOTECNICA PARA SUELOS CON ESTRATOS
PERMEABLESSAN MARTIN JUANJU
CONTENIDO
RESUMENINTRODUCCINOBJETIVOSDESCRIPCIN DE LA PROBLEMTICAI. APLICACIN DE LA BIOTECNICAII. FUNDAMENTO TERICOIII. ALTERNATIVAS DE SOLUCIONIV. DESARROLLO DE LA ALTERNATIVAV. APLICACIONESVI. CONCLUSIONESBIBLIOGRAFAPANEL FOTOGRFICOANEXOS
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RESMEN
La importancia del trabajo radic en la problemtica ambiental que se presenta actualmente en
el pas y en innumerables regiones del mundo, afectadas por la erosin severa del suelo y los
deslizamientos de taludes, con consecuencias catastrficas en prdidas de vidas humanas y
materiales. Esta situacin induce en la necesidad de buscar alterativas ambientalmente
amigables con la naturaleza y acordes con el medio, y de costos bajos, como es la Bioingeniera
del suelo. El objetivo de este trabajo fue determinar la efectividad de la bioingeniera y la
biotecnologa para la prevencin y control de la erosin y los deslizamientos de taludes a travs
del control de la erosin y el drenaje.
Palabras claves: Control de Erosin, control de deslizamiento de taludes, Bioingeniera,
biotecnologa, drenaje.
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INTRODUCCIN
La vegetacin incluyendo rboles, arbustos, hierbas y pastos representa la mejor proteccin
contra la erosin. Las observaciones de los taludes naturales muestra que estos son ms estables
con vegetacin que sin ella; Sin embargo, no existe claridad suficiente sobre los procedimientos
de diseo de esta cobertura vegetal, especialmente en lo referente al efecto de las races de
pastos, hierbas y rboles. La remocin de la cobertura vegetal expone el suelo a la accin de la
lluvia, la escorrenta y el viento, facilitando la erosin. La vegetacin es multifuncional,
relativamente econmica, se auto repara, es visualmente atractiva y no requiere generalmente,
de equipos pesados o complejos para su instalacin. Sin embargo, hay ciertas limitaciones como
la susceptibilidad a las quemas y sequas, la dificultad de establecimiento en taludes de alta
pendiente y la imposibilidad de resistir fuerzas de socavacin o accin del oleaje, as como su
lentitud de germinacin y crecimiento.
Aunque la utilizacin de obras de bio-ingeniera es muy popular, no siempre son efectivas para
resolver los problemas de erosin. Las fallas de estructuras de bio-ingeniera generalmente nohan tenido la publicidad que han tenido los xitos y existe la tendencia a sobre-estimar la
capacidad de la vegetacin.
El uso de la vegetacin en obras de ingeniera civil requiere no solamente conocimientos de
ingeniera sino tambin informacin relativa a las propiedades de las plantas, su estructura,
altura, grosor y rigidez de los tallos, profundidad, densidad y distribucin de las races, aptitud
para el rgimen climtico del sitio, interaccin con el agua y el suelo, resistencia a la sumergencia
al pisoteo y a la quema, resistencia a la tensin, etc. No se puede disear un sistema de
proteccin vegetal sin la cooperacin de un especialista en plantas o por lo menos sin su consejo.
Esta cooperacin se requiere para seleccionar el sistema de plantas a utilizar y el sistema
apropiado de siembra, crecimiento y conservacin.
La utilizacin de elementos vivos en ingeniera civil es ms difcil de manejar que las obras de
concreto o tierra, debido a que se tiene menos experiencia en ellas, y no existen modelos
matemticos para su anlisis.
Existe el convencimiento de que la vegetacin es un elemento muy efectivo en el control de la
erosin, la dificultad se presenta cuando se ha eliminado la vegetacin y se desea recuperar la
situacin inicial revegetalizando. Generalmente la vegetacin original con su biodiversidad es
una proteccin mucho ms eficiente que la vegetacin diseada y colocada sobre el suelo
desnudo y recuperar la vegetacin sobre un suelo inerte requiere disear y construir un sistema
de recuperacin complejo y con muchas variables.
La vegetacin debe considerarse como un material de Ingeniera, y por lo tanto se deben
establecer especificaciones consistentes y monitoreables que permitan verificar la calidad de
ejecucin de la obra.
Como resultado de la construccin de vas y carreteras, se generan a lo largo de ellas superficies
expuestas de materiales del suelo y del subsuelo con pendientes fuertes e inicialmente
desprovistas de cualquier tipo de vegetacin; as, los taludes son reas altamente vulnerables a
la erosin hdrica y sobre todo a sbitos movimientos en masa.
Para su control, los taludes usualmente han sido protegidos mediante estructuras civiles y
tratamientos con vegetacin, siendo los primeros muy costosos, pudiendo superar incluso elcosto unitario de construccin de la misma.
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Dentro de las principales causas de la erosin en vas se tienen las siguientes:
- Eliminacin o reduccin de la cobertura protectora.
- Destruccin o deterioro de la estructura y fertilidad natural del suelo.
- Incremento en condiciones de pendiente (corte y lleno material lateral banca).
- Disminucin en la tasa de infiltracin por efecto de la compactacin por explanacin.
- Interceptacin de flujos superficiales por los cortes de la pendiente.
- Disminucin de la resistencia al cizallamiento por efectos del corte.
Las obras de Ingeniera civil conllevan el riesgo de erosin del suelo, al alterar la cubierta inicial,
o incluso el propio perfil del mismo, si no se protege de forma adecuada: reimplantando la
vegetacin inicial, desviando los flujos de escorrenta superficial que inciden sobre la superficie,
o manteniendo la capacidad de infiltracin para reducir aquellos. Es por ello que el control
efectivo de la erosin y los sedimentos es parte esencial de la concepcin moderna de la
construccin. Se busca con este control la conservacin del suelo orgnico, la prevencin de
impactos negativos y el cumplimiento de las regulaciones ambientales.
La dificultad no debe ser una excusa para dejar al suelo sin proteccin, puesto que la erosin no
se reduce a la prdida de la productividad agrcola, lo que en s es ya preocupante, sino que la
dispersin de contaminantes, incluyendo al sedimento, puede llegar a colapsar la propia obra
civil que la origin, con el consiguiente dao que puede llegar a efectos considerables entre los
que se incluyen prdidas de vidas humanas y prdidas materiales.
La prdida de suelo en trminos de irrecuperabilidad es el primer factor que determina el
impacto de la erosin en la productividad y sus costos econmicos, los que por lo general
adquieren importancia en el largo plazo.
La erosin, que constituye parte del ciclo geolgico, se acelera, cuando el suelo carece de la capaprotectora de la vegetacin, ya sea natural o artificial. En climas como el mediterrneo con
acusada estacionalidad, gran diferencia entre los valores mximos de la precipitacin y de la
evapotranspiracin a lo largo del ao, con chubascos no muy frecuentes e irregulares, pero
ocasionalmente intensos, intercalados por periodos secos y clidos prolongados, es difcil
mantener una cubierta vegetal, sobre todo en suelos alterados.
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OBJETIVO GENERAL
Determinar la efectividad de la aplicacin de la bioingeniera en la prevencin y control de
la erosin y movimientos o deslizamiento de masa de suelo con estratos altamente permeables.
OBJETIVOS ESPECFICOS:
Determinar la eficacia de la bioingeniera y la biotcnica en la estabilizacin de laderas.
Establecer la eficiencia de las obras de bioingeniera.
Medicin de la eficacia del control de la erosin del suelo en taludes con respecto al
suelo desnudo sin tratamiento, con los materiales vegetales vivos empleados
(hidrosiembra y plantacin).
Evaluacin de la sostenibilidad de las medidas de control de la erosin del suelo segn
criterios econmicos, edficos y ecolgicos, en particular, atendiendo al fomento de la
biodiversidad vegetal en la superficie y en el perfil del suelo.
Aplicar tcnicas de bioingeniera que permitan prevenir y controlar los problemas de
erosin y deslizamiento de taludes con uso de recursos vegetales vivos y propios de cadaregin.
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DESCRIPCIN DEL PROBLEMA
Consecuencias del dao de los deslizamientos de tierra y la erosin acelerada del suelo para el
desarrollo sostenible.
La economa de una zona afectada por estos fenmenos geodinmicos puede verse gravementeafectada de varias maneras por los deslizamientos de tierra y la erosin acelerada del suelo:
Reduccin de la produccin agrcola debido a la degradacin del suelo y prdida de
tierra
Dao a las estructuras ingenieriles, paisajes, reas de agricultura; esto puede tener
graves consecuencias para la industria del turismo.
Daos a la red vial que resultan en un aumento del costo del mantenimiento rutinario y
peridico de la misma.
El ltimo de estos cuatro efectos puede mitigarse mediante la aplicacin de tcnicas de
bioingeniera.Los costos generales de mantenimiento tambin son considerables. En un estudio del Banco
Mundial se seala que el mantenimiento de caminos en Amrica Latina a menudo no se realiza
de manera eficaz y eficiente. Como resultado, el ciclo de vida de los caminos tiende a ser en una
serie de etapas: construccin; desgaste lento apenas visible, durante el cual el trabajo necesario
para mantener el pavimento y el sistema de drenaje no se lleva a cabo; deterioro acelerado,
colapso; y deterioro total
En la construccin, rehabilitacin y mantenimiento de caminos hay una serie de reas donde se
pueden utilizar los efectos beneficiosos de la vegetacin para ayudar a reducir la erosin y
mejorar la eficacia de estructuras de ingeniera civil. En muchos casos, el uso de la vegetacinpuede ser muy eficaz con relacin al costo. La vegetacin puede ayudar a reparar una pequea
falla antes de que se convierta en un problema mayor que es ms costoso de resolver.
En el cuadro 1 se dan ejemplos de problemas de ingeniera en los que las tcnicas de
bioingeniera pueden utilizarse con eficacia.
Cuadro N1.
Ejemplos de
problemas de
erosin de
suelos e
inestabilidad
de taludesdonde se
pueden
aplicar
soluciones de
bioingeniera
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I. LA APLICACIN DE LA BIOTECNICA
1.1. CONDICIONES APLICABLES PARA EL CASO:1.1.1. CARACTERISTICAS GENERALES
a. UBICACIN
El rea de aplicacin ser en el departamento de San Martin, abarcando provincias de San
Martin, Bellavista, Picota, Huallaga y Mariscal Cceres en la regin Nororiental del Per. Para la
Carretera Tarapoto-Juanjui.
b. TOPOGRAFIA
La va presenta diferentes tipos de Sectores entre los cuales tenemos:
Del Km 0+0.00 al Km. 14+240 de Topografa Plana
Del Km 14+240 al Km. 28+0.00 de Topografa Plano Ondulado con presencia desector a media ladera.
Del Km 28+0.00 al Km. 33+0.00 de Topografa muy accidentada
Del Km 33+000 al Km. 43+000 de Topografa Accidentada Ondulada
Del Km 43+0.00 al Km. 128+000 de Topografa variada
Por lo cual una posible aplicacin ser entre los kilmetros km 28+000 al 33+000 de la carretera
Tarapoto - Juanjui
c. Problemtica del mbito de Aplicacin
En los sectores de topografa muy accidentada se presentaran presiones intersticiales en zonas
de difcil acceso en las que no es posible acometer zanjas o pantallas, puede resultar operativo
llevar a cabo perforaciones ascendentes, comnmente llamadas drenes ranurados horizontales
recubiertas por geotextil.
Lluvias Continuas con presencia de escorrenta y sin vegetacin adecuada por lo cual no se
retienen las partculas del suelo susceptibles a esta erosin.
Problemas de aumento de infiltracin por el cambio de vegetacin lo cual origino una
prdida de la tensin Capilar de la humedad superficial.
Se facilit el ingreso del Agua Masiva.
Races iniciales reforzaban el suelo ahora sin este tipo de arraigo se prestan a
deslizamientos adems de disminuir la resistencia cortante.
d. Descripcin Geolgica
Aumento del Nivel Fretico Producto de la Infiltracin lo cual crea Planos de Falla entre las
juntas de Conglomerado y Zonas Impermeable; sebe reducirse esta Saturacin interna de
estos suelos con la instalacin de drenes horizontales.
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La Estabilizacin Biotecnolgica y Bioingeniera del Suelo, son tcnicas para tratamiento de
taludes y en general terrenos con pendientes altas, en las que se utiliza como elementoprincipal de estabilizacin y control de erosin la vegetacin. La Estabilizacin
Biotecnolgica hace mencin a la utilizacin combinada de materiales vegetales vivos y
componentes mecnicos o estructurales inertes . Los componentes inertes incluyen una gama
amplia de materiales como hormign, madera, piedra, geotextiles y geomallas. Por su parte la
Bioingeniera del Suelo es un trmino ms bien especfico que se refiere a la utilizacin
de plantas completas o tallos, fracciones de tallos, races o ramas con capacidad de
enraizar y desarrollar una planta adulta completa como elementos principales y nicos
en la estabilizacin de taludes. La accin de la vegetacin puede potenciarse mediante el
uso de geotextiles o geomallas de proteccin superficial. Tcnicas como el estaquillado o
las fajinas, tcnicas utilizadas en la proteccin de las orillas de cursos de agua, estn
englobadas en esta categora.
Partiendo de la importancia de la vegetacin en la estabilidad de las laderas, la
bioingeniera es considerada nica, ya que las mismas partes de las plantas (races y tallos) sirven
como elementos mecnicos a la estructura principal en los sistemas de proteccin de laderas y
se transforman a travs del tiempo en obras vivas que cada da son ms fuertes. Estas
estructuras, se convierten en refuerzo mecnico, drenaje hidrulico y barreras para contener
la erosin y deslizamiento de Taludes. Es por esto que nace la bioingeniera, la cual se refiere
a la prevencin y control de erosin, proteccin y estabilizacin de taludes, y
problemas de deslizamiento de Taludes con base en los parmetros de la Ecuacin Universal
de Erosin y de la Resistencia al Cortante Tangencial, que tienen en cuenta los ProcesosFsicos, Qumicos y Biolgicos de los fenmenos degradativos.
Se pueden considerar cinco causas principales de mal drenaje;
Topografa: Los encharcamientos se presentan en pendientes suaves o terrenos
planos, debido a que no ocurre escorrenta, o esta es mnima, teniendo el agua de las
lluvias todo el tiempo para infiltrarse.
Suelo: Texturas finas, muy plsticas o impermeables; esto puede agravarse si el
drenaje externo es malo.
Escurrimiento: Aguas concentradas provenientes de lotes superiores.
Inundaciones: Causadas por ros o quebradas, que pasan contiguos a los predios
y al mismo nivel de estos.
Esquema N 01.
Descripcin de
geolgica del
rea de estudio y
posibles
soluciones
biotcnicas
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Nacimientos o corrientes subterrneas: Responsables del nivel fretico,
mantienen encharcado continuamente
Puede existir una combinacin de dos o ms de estos fenmenos para producir la condicin de
mal drenaje.
Es difcil establecer una aplicacin sistemtica general para la elaboracin de proyectos de
drenaje, debido a la gran variedad de casos que pueden presentarse.
Los problemas ms complicados de drenaje reclaman un reconocimiento y estudios
preliminares ms detallados, que determinen la fuente del agua perjudicial, como llega el agua
a la zona anegada y cuales habrn de ser los criterios que se apliquen al trazado. Sin embargo,
el sistema de drenaje slo podr proyectarse despus que se haya identificado la
naturaleza del problema.
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II. FUNDAMENTO TERICO
2.1. CONCEPTOS GENERALES
La bioingeniera ligado a la biotecnia es la inclusin de pastos, arbustos, rboles y otros tipos devegetacin en el diseo de ingeniera para mejorar y proteger laderas, terraplenes y estructuras
de los problemas relacionados con la erosin y otros tipos de derrumbes superficiales en laderas.
La bioingeniera proporciona soluciones eficaces en trminos de costo a muchas de las
preocupaciones medioambientales conexas al desarrollo de la infraestructura y a la creciente
erosin del suelo. Debe pensarse como una habilidad que los ingenieros pueden emplear para
aumentar la efectividad de su trabajo.
Durante cientos de aos se han practicado y registrado prcticas en las que se usa la vegetacin
como un medio para mejorar y proteger la tierra. Sin embargo, este nunca ha sido un uso
sostenido, y con la llegada del concreto y los siempre ambiciosos proyectos de ingeniera, las
prcticas se han perdido o se pasan por alto. En los ltimos 15 aos, la exigencia de una
ingeniera ambientalmente slida y eficaz en trminos de costo, ha dado un nuevo impulso a la
bioingeniera. Si bien la tradicin europea ha dominado el desarrollo de la bioingeniera, muchas
otras regiones han iniciado sus propios programas y actualmente existe mucha experiencia en
la aplicacin de la bioingeniera proveniente de EE.UU., Nueva Zelanda, Japn, Hong Kong y
Nepal.
En los ltimos aos se han publicado varios libros especficamente sobre bioingeniera, por
ejemplo los de Gray y Leiser (1982), Coppin y Richards (1990) y Morgan y Rickson (1995). Existen
dos redes internacionales de bioingeniera que diseminan informacin al respecto en el mundo:
el Grupo Europeo de Bioingenieros con sede en Suiza y el Grupo Internacional de Bioingenieroscon sede en el Reino Unido.
reas propensas a los deslizamientos de tierra y la erosin del suelo
Los deslizamientos de tierra y las fallas superficiales son por tanto comunes en reas donde hay:
Pendientes pronunciadas cercanas al ngulo de reposo o en ese ngulo
Manto rocoso subyacente dbil
Condiciones de fuertes precipitaciones y huracanes
Presin creciente de factores antropognicos.
La influencia de la vegetacin en los taludes
La influencia de la vegetacin en las condiciones de los taludes puede definirse de dos maneras,
ej. Influencias hidrolgicas y mecnicas:
Hidrolgicamente, la vegetacin influye sobre la velocidad y el volumen del flujo del
agua hacia y sobre una superficie de talud mediante los procesos de intercepcin, flujo
radicular, evaporacin de gotas en las hojas, evapotranspiracin e infiltracin;
Mecnicamente, la vegetacin aumenta la fortaleza y competencia del suelo en el cual
est creciendo y por lo tanto contribuye a su estabilidad.
La bioingeniera utiliza los efectos mecnicos e hidrolgicos benficos de una comunidad de
plantas para cumplir una funcin de ingeniera. La vegetacin puede aumentar la resistencia
del suelo al agrietamiento, proteger de la erosin laminar una superficie de suelo expuesta
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y atrapar las partculas de suelo que se deslizan por el talud. Las habilidades de la
bioingeniera se encuentran en la movilizacin de los efectos benficos de la vegetacin en
cualquier situacin. La vegetacin que es seleccionada para las condiciones particulares del
lugar, que se establece bien y se siembra con suficiente densidad, puede proporcionar una
eficaz proteccin a la superficie del talud.
Ventajas de la bioingeniera comparadas con las estructuras de ingeniera civil
La bioingeniera ha demostrado ser eficaz para controlar la erosin del suelo y los movimientos
superficiales del subsuelo. Una estructura de bioingeniera es a menudo ms eficaz con relacin
al costo que una estructura inerte por s sola, debido a que:
Si se establece y maneja bien, la vegetacin tiende a fortalecerse con el tiempo,
mientras que una estructura inerte se va debilitando con el tiempo, lo que hace que la
bioingeniera tenga una mayor atraccin;
La bioingeniera utiliza materiales locales como vegetacin y rocas; no depende de
insumos importados ni de gastos en divisas.
Resumen de los efectos beneficiosos y adversos de la vegetacin
2.2. EFECTOS HIDROLGICOS
El follaje intercepta la lluvia y causa:
- Prdidas por absorcin y evaporacin, lo que reduce el agua de lluvia disponible para lainfiltracin.
- Reduccin en la energa cintica de las gotas de lluvia y por ende de su efecto erosivo.- Aumento del tamao de las gotas mediante el goteo de las hojas, lo que aumenta la
intensidad de la lluvia localizada.
Los tallos y las hojas interactan con el flujo en la superficie del suelo, lo que resulta en:
- Mayor capacidad de retencin y por ende mayor volumen de agua para infiltracin.- Mayor severidad/ agitacin en el flujo de aire y agua, lo que reduce su velocidad.- La vegetacin amontonada/ apilada puede resultar en un alto arrastre localizado,
concentrando el flujo y aumentando la velocidad
Las races permeabilizan el suelo, lo que conduce a:
- Abrir la superficie y aumentar la infiltracin- Extraccin de la humedad que se va a la atmsfera como transpiracin, bajando la
presin capilar y aumentando la succin del suelo ambos aumentan la fuerza del suelo.- Acentuacin de las fisuras por desecacin lo que resulta en mayor Infiltracin.
Efectos mecnicos
- Las races retienen las partculas de suelo y lo permeabilizan lo que resulta en:- Moderar el movimiento del suelo, reduciendo la erosionadabilidad- Un aumento de su resistencia al corte a travs de una matriz de fibras flexibles.- Red de fibras superficiales que crea un efecto de estera (petate) flexible, que controla
el estrato subyacente.
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Las races penetran el estrato profundo lo que brinda:
- Anclaje en el estrato firme, fijando el manto del suelo a un subsuelo o manto rocosoestable.
- Apoyo para el manto de suelo ladera arriba a travs de la contra fuerza y barrera que
producen las races.
rboles altos, de manera que:
- El peso puede sobrecargar el talud, aumentando los componentes de fuerza normales ytalud abajo.
- Al estar expuesto al viento las fuerzas dinmicas se transmiten al suelo.
Los tallos y las hojas cubren la superficie del suelo, de manera que:
- Se absorbe el impacto del trfico, lo que protege la superficie del suelo de daos.
- El follaje se aplana en flujos de alta velocidad, cubre la superficie del suelo y brinda
proteccin contra flujos erosivos.
La bioingeniera es compatible con el medio ambiente.
En reas donde el paisaje tiene un alto valor escnico, visualmente es ms aceptable que lasestructuras de concreto.
La bioingeniera requiere el uso de mano de obra intensiva y, por consiguiente, ofreceoportunidades de
empleo estacional a las comunidades locales y a los pequeos contratistas conconocimientos de agricultura y construccin rural.
Muchas de las especies que se utilizan en la bioingeniera pueden beneficiar a las
comunidades locales al proveerlas de lea, forraje, fruta y materiales para fabricar artesanas.
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III. ALTERNATIVAS DE SOLUCIN (Posibles Soluciones)3.1. ESTRUCTURAS DE CONTROL PARA LA EROSIN Y DESLIZAMIENTO DE
TALUDES
Las tcnicas de bioingeniera se basan en la utilizacin de plantas vivas como elementoconstructivo, conjuntamente o no con material inerte (material leoso, piedras, mallas
metlicas, geotextiles oproductos sintticos).Estas tcnicas se pueden dividir en tres grandes grupos:Tcnicas de recubrimientoSon tcnicas destinadas a evitar la erosin superficial. Dentro de este grupo se distinguen:
Siembras de diversos tipos, con o sin acolchados. Hidrosiembras tanto de especies herbceas como especies leosas. Mantas y redes orgnicas. Tcnicas de estabilizacin
Estas tcnicas permiten estabilizar el terreno hasta dos metros de profundidad y se basan en ladisposicin de plantas leosas obtenidas por reproducciones vegetativas y colocadas en filas
horizontales.
Las plantas tienen que tener la capacidad de emitir races adventicias de manera que formen unen tramado que permita la sujecin del terreno. Dentro de estas tcnicas se pueden enumerar:
Trinchos o Empalizados vivos Fajinas vivas. Paquetes de matorral. Estaquillados de sauces. Lechos de ramaje.
Esteras de ramas. Empalizada. Tcnicas mixtas
Estas tcnicas conjugan la utilizacin de elementos vegetales con materiales inertes tales como:
madera, acero galvanizado, piedra, hormign, etc. El material inerte acta como estabilizadorhasta que las plantas sean capaces de realizar esta funcin. Dentro de estas tcnicas se
encuentran:
Trinchos o Empalizadas Vivas
Estructura de madera realizada con palos horizontales superpuestos surgetados por palosverticales (o estacas vivas) plantados en el suelo. Entre los palos horizontales y por encima de
los trinchos se siembran plantines y/o estacas. Se utiliza para controlar la erosin superficial.
Materiales: palos de madera durable sin corteza (diam. 10-15 cm), alambre (diam. 2-3 mm),
estacas y plantines, material terroso.
Procedimientos de ejecucin.
1. Plantar los palos verticales y/o estacas vivas (long. 1,5-1,75 m) por dos terceros de su
longitud y con inter distancia de 0,5-2 m
2. Colocar los palos horizontales por detrs de los verticales por una altura mxima de 0,5
m (3-5 troncos) y amarrarlos.
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3. Colocacin de los palos verticales por encima del palo de cimiento con inter distancia
de 1-1,5 m.
Los palos se pueden clavar al talud con varillas de hierro
4. Los palos horizontales se colocan por encima de los verticales y se clavan.5. Siembra de estacas y/o plantines y relleno con material inerte terroso.
6. Siembra de espedones, estolones o semillas
Requisitos de ejecucin
Es una estructura de estabilizacin superficial.
Dejar suficiente espacio entre los palos horizontales para sembrar
Estacas de longitud suficiente para alcanzar el suelo natural por detrs del entramado.
En Colombia est muy difundido el uso de trinchos como estructuras de estabilizacin
superficial. El esquema de construccin es un poco diferente de lo utilizado en Europa, en
particular no se siembran plantas o estacas entre los palos horizontales. Esto depende sobre
todo del utilizo de bomboo (caa guadua) a la vez de palos de madera. La guadua es un materialmuy rectilneo y uniforme, entonces no quedan huecos entre los palos horizontales de los
trinchos. El material vegetal se suele utilizar en forma de estacas, plantines, estolones,
cespedones o semillas y se siembra en las terrazas por encima de los trinchos. Se suelen tambin
utilizar estacas vivas como palos verticales plantados en el suelo.
FotosTrinchos de guadua - bamboo (material nativo, muy ligero y resistente) realizados por la Fundacin Rio Las
Piedras. Utilizo de estacas vivas como palos verticales (izquierda); herbceas sembradas en forma de semillas en laterraza de un trincho (centro); terrazas de trinchos y canal central para el manejo de agua (derecha).
ESTACAS y/o
PLANTINES
MATERIAL TERROSO DERELLENO
Figura - Trincho vivo - Vista lateral
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Geometra de la alternativa 1 - Escalonada
El agua que discurre cuesta abajo va incrementando su energa, ello aumentan su poder de
destruccin que se observa al arrastrar piedras y sedimentos que encuentra en su cauce, para
finalmente afectar la vulnerabilidad de las poblaciones que se encuentran afincadas en sus
laderas; los Disipadores de Energa son elementos Estructurales destinados a reducir la fuerzaproducidas por accin dinmica del lodo y piedras que arrastran, al impactar contra las barreras
estructurales, mitigando el grado de Vulnerabilidad. As mismo permitir desviar el flujo a una
zona no poblada en caso de ser necesario.
Para su diseo y tipo de Disipador se debe de tener en cuenta lo siguiente:
La energa del flujo.
El grado de vulnerabilidad de los poblados aguas abajo.
El costo econmico y de mantenimiento. La accesibilidad para su mantenimiento.
- Tipo de Disipador.- Estructuras artesanales de de caa de Guayaquil o troncos.
- Finalidad.- Proteger a la poblacin, ubicada en pequeas quebradas y taludes de laderas,
contra la energa hidrulica de las aguas de lluvias y lodos.
- Recomendaciones.- Mantener una descolmatacin de materiales orgnicos y sedimentos
antes y durante las lluvias
FotoTrincheras usados en quebradas forma de disipadores de forma escalonada para reducir efectos de erosin(Fuente: Instituto Nacional de Defensa Civil)
Siembras e hidrosiembras
Las hidrosiembras estn recomendadas para taludes hasta inclinaciones de 35 (aprox. 70%de pen- diente).
Los componentes y aplicacin de las hidrosiembras se detallan a continuacin:
poca de siembra: septiembre-febrero.
Forma de aplicacin: hidrosiembra en dos fases. La primera aplicacin contendr todos
los componentes principales: semillas, parte del acolchado (mulch), parte del fijador y el
agua.
La segunda aplicacin tiene como objetivo cubrir las semillas para favorecer su germinacin,
utilizando una mezcla con el resto de acolchado, fijador y agua.
Composicin en especies: de 10 a 15 especies presentes en la vegetacin climtica, entre
ellas al menos una especie de crecimiento rpido (estrter), p.e. Lolium rigidum. Serecomienda distribuir las especies de la forma siguiente:
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- 2-4 gramneas (1 especie anual como mximo).- 2-4 leguminosas (1 especie anual como mximo).- 2-4 herbceas de cobertura (1 especie anual como mximo).- 4-7 arbustos y matas.
Dosis total de semillas: 350 kg/ha. Se recomienda que la proporcin de especies (en nde semillas) sea la siguiente:
- 50% especies de fijacin (gramneas).- 25% especies fijadoras de nitrgeno (leguminosas).- 15% herbceas de cobertura.- 10% arbustos y matas.
En el caso de algunos arbustos y matas es posible que deban realizarse pre tratamientos antes
de incorporar las semillas a la mezcla para aumentar su capacidad de germinacin.
- Acolchado: 600-1.000 kg/ha de fibra corta (madera, paja, coco o similar).
- Fijador orgnico o inorgnico: 100-150 kg/ha.- Agua: 25-50 m3/ha.- Fertilizantes inorgnicos: para corregir las deficiencias del substrato.
En el caso que la zona a tratar presente actividad de herbvoros importante se puede incorporar
algn producto repelente para disminuir la predacin.
Mallas y mantas y orgnicas
Se utilizan para proteger la superficie del talud frente a la erosin, retener las capas superficiales
del terreno y aportar materia orgnica en su descomposicin. Tambin favorecen los procesosde enraizamiento y desarrollo de la vegetacin.
Las mantas se utilizan en taludes con mayor pendiente, pudindose superar los 45, y conproblemas erosivos fuertes. En el caso de las mallas o redes se utilizan generalmente en
taludes de menor pen- diente y cuando se pretende una estabilizacin temporal, ya que lasmallas se descomponen en menor tiempo que las mantas, adems su coste es menor que las
mantas.
Los materiales ms habituales para las mallas son el yute y el coco. Las de yute tienen una vida
ms corta (se descomponen en un ao) y son de menor coste. Las de coco son ms resistentes
y presentan diferentes gramajes y diferentes tamaos de luz (ms densa cuanto mayorpendiente o intensa sea la erosin), descomponindose en dos aos aproximadamente. En
funcin de la pendiente del talud se pueden definir los materiales que componen las mallas.
Inclinacin del talud Material
< 3:1 Yute 500 gr/m2
2:1 Yute 900 gr/m2 y coco 400 gr/m2
3:2 Coco 700 gr/m2
>3:2 Coco 900 gr/m2
Tabla 1.1. Materiales y gramajes para mallas orgnicas en funcin de la pendiente del talud.Fuente: Elaboracin propia.
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Para las mantas los materiales son paja, coco, y esparto, pudindose mezclar dos componentes
(paja- coco, paja-esparto y esparto-coco).
Como en el caso anterior, se pueden definir los materiales que componen las mantas en funcinde la pendiente del talud.
Inclinacin del talud Material< 3:1 Paja
2:1 Paja-coco y paja-esparto
1:1 Coco
> 1:1 Esparto y esparto-cocoTabla 1.2. Materiales para mantas orgnicas en funcin de la pendiente del talud.
Fuente: Elaboracin propia.
La instalacin de las mallas y mantas orgnicas incluye las siguientes operaciones:
Anclaje de la malla o manta a la cabecera del talud mediante una zanja de 20x20 o 30x30
cm, se fija con una hilera de grapas separadas 0,50 cm al fondo de la misma. El desenrolle se realizar longitudinalmente, a lo largo del talud, sin tensar y
procurando que est en pleno contacto con el suelo, facilitando su adherencia y el
crecimiento de las plantas a travs de ella. Fijacin mediante grapas adecuadas a la dureza o penetrabilidad del terreno.
Los solapes de las tiras sern como mnimo de 10 cm, tanto lateralmente como a principio
y final de la manta, debiendo en este caso montar la manta remontante sobre ladescendente y anclarlas mediante una hilera de grapas distantes no ms de 50 cm.
Anclar las tiras de manta adyacentes extremo sobre extremo a una distancia mxima de2 metros y mnima de 1 metro.
Figura 1.2. Instalacinde mantas orgnicas.
Figura 1.1. Anclajede grapas al taludsegn lapendiente delmismo.
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Fajinas vivas
Las fajinas vivas estn construidas a partir de especies leosas: sauces, taris, alisos o chopos,
formando fardos con una estructura cilndrica. La disposicin de las estacas ser orientadasegn las curvas de nivel, dotndolas de una ligera pendiente hacia los laterales del talud para
drenar el exceso de humedad. Las fajinas se colocarn al tresbolillo con el fin de disminuir lalongitud de la ladera, minimizando los procesos erosivos.
Figura 1.3. Fajinas vivas.
Fuente: Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales. 1998.
El material vivo de la fajina enraza y pasa a formar parte de la cobertura estabilizadora. Las
fajinas vivas proporcionan un incremento inmediato de la estabilidad de la superficie y puedenaumentar la estabilidad del suelo hasta una profundidad de 0,75-1 m a medida que las races sevan desarrollando.
Al elegir el material vegetal conviene tener en cuenta que los sauces jvenes, menores de1 ao, desarrollan las yemas de crecimiento con mucha facilidad, los ejemplares adultos
tienen mayores reservas vegetativas y los de mayor edad son ms resistentes. Conviene, portanto, mezclar material de todas las edades, procurando que la mayora corresponda a
ejemplares de entre 1 y 4 aos.
Para construir la fajina se emplean ramas de entre 1 y 9 m de longitud y entre 15 y 30 mm de
dimetro. Las ramas se agrupan para formar un haz y se atan cada 30-50 cm con bramanteo cuerda fina hecha con fibras vegetales. Las dimensiones recomendadas para la fajinacompleta son de 15 a 30 cm de dimetro y de 2 a 10 m de longitud, aunque estas dimensiones
pueden variar dependiendo de las condiciones particulares de la zona de actuacin.
Las yemas apicales de crecimiento deben quedar orientadas en la misma direccin y los
extremos de las ramas y tallos uniformemente distribuidos a lo largo de la fajina. Para anclar
las fajinas pueden utilizarse estaquillas o estacas de madera maciza. Las estaquillas deben tener
unos 0,5 m de longitud como mnimo si el talud es en desmonte, y 0,75 m si est construidoen terrapln. Las estacas de madera maciza deben tener entre 0,6 y 1 m de longitud.
Las estacas deben clavarse en la ladera verticalmente y con profundidad suficiente para quedarenraizadas con la parte superior de la fajina.
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Es conveniente construir las fajinas de ladera comenzando desde la parte inferior de sta,
por loque la instalacin comienza por la base del talud excavando una zanja transversal a lapendiente de longitud igual o ligeramente superior a la de la fajina y anchura variable,dependiendo del ngulo de pendiente del talud (0,3 - 0,5 m). La profundidad de la zanja debe
ser aproximadamente la mitad del dimetro de la fajina.
Fajinas mixtas
Cumplen las mismas funciones que las vivas, solo que en lugar de ramas, se utilizan en susconstrucciones rollizas de madera y/o redondas de acero.
Estn formadas por estacas de pino de 1 m de longitud y 10 cm de dimetro, hincadas en elsuelo 50 cm, a las que se clavan otros cinco rollizos de 2 m de longitud y el mismo dimetro,
hasta formar una pantalla de 50 cm de altura. Se rellenan de tierra vegetal y se procede a la
plantacin de especies leosas de fcil arraigo.
El proceso constructivo es muy similar a las fajinas vivas.
Figura 1.4. Vista lateral de fajina mixta revegetada.
Desde la base del talud hacia su parte alta se van instalando sucesivas filas de fajinas hasta
completar el tratamiento. Siempre que sea posible es conveniente instalar una o dos filas defajinas sobre la par- te superior del talud. La distancia entre las sucesivas filas de fajinas vara
en funcin de la pendiente y la longitud del talud.
Pendiente en gradosDistancia entre
fajinas (m)Longitud mxima de la
pendiente (m)11-14 2,75-3,00 18
14-18 2,50-2,75 15
18-20 2,00-2,50 12
20-25 1,50-2,00 9
25-33 1,25-1,50 6
33-45 0,80-1,25 5
Tabla 1.3. Distancia en metros entre fajinas.
Este tipo de construcciones slo debe realizarse durante la estacin de reposo vegetativo.
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Paquetes de matorral
Esta tcnica de correccin de crcavas en taludes, consiste en rellenar la crcava con capasalternas de ramas de matorral enraizante y tierras de relleno compactadas y tierra vegetal,
fijando el conjunto con una serie de rollizos de maderas clavadas en el fondo de la depresin.
Esta tcnica es efectiva para el refuerzo y la estabilidad frente a fenmenos erosivos. Lasramas actan como tirantes que refuerzan el suelo una vez instaladas. Cuando comienzan a
crecer y desarrollan follaje, frenan la escorrenta y disipan su energa erosiva. Las races
enlazan el material de relleno y lo anclan al sustrato de suelo natural, formando una masa
unificada. La vegetacin desarrollada acta como barrera, reduciendo la erosin y elsocavamiento de los materiales.
Se utilizarn ramas de 10 a 50 mm de dimetro y longitud suficiente para llegar a contactarcon la superficie del talud en el fondo de la depresin que se est reparando y sobresalir
ligeramente por la parte externa de sta. Los rollizos de madera tendrn entre 1,5 y 2,5 m de
longitud y de 75 a 100 mm de dimetro.
La instalacin comienza por el punto ms bajo de la zona a reparar, hincando las estacas demadera verticalmente a una profundidad entre 1 y 1,25 m, distanciadas entre s de 15 a 30 cm.
Se sita una capa de ramas entre 10 y 15 cm de espesor en el fondo del deslizamiento, entrelas es- tacas verticales, perpendicularmente a la cara del talud. Las ramas deben situarse
entrelazadamente con los extremos de las yemas de crecimiento orientadas hacia la superficie
del talud. Las siguientes capas de ramas se colocan con el extremo final ms bajo que el
extremo que tiene las yemas de crecimiento.
Cada capa de ramas se cubre con una capa de tierra vegetal compactada para asegurar un ntimocon- tacto con el suelo. Una vez concluida la instalacin, el perfil final del relleno de ramas y
tierra debe enrasar con la superficie del talud, sobresaliendo ligeramente las ramas sobre lacapa de relleno. La tierra vegetal de relleno debe de humedecerse para evitar que las ramas se
desequen.
3.1.1. EFECTOS DE LA VEGETACIN
La forma como la vegetacin ayuda en el control de la erosin incluye diversos factores as:
a. Efectos Hidrolgicos
El follaje intercepta la lluvia impidiendo el impacto directo sobre el suelo y amortiguando la
energa de las gotas.
Figura 1.5.Paquete dematorral.
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La intercepcin vara dependiendo del tipo de vegetacin y la intensidad de la lluvia de acuerdo
a la siguiente expresin:
IC =Lluvia .CF
Donde:
CF = Porcentaje de rea cubierta por el follaje.
Dependiendo de la intensidad de la lluvia y del cubrimiento y tipo de vegetacin en un bosque
tropical, puede interceptarse hasta un 60% del total de la lluvia anual.
Parte de la lluvia interceptada es retenida y evaporada y parte alcanza finalmente la tierra por
goteo o por flujo sobre las hojas y troncos. Es importante determinar el tiempo entre la lluvia
y el goteo para analizar el efecto hidrolgico de cada tipo de vegetacin.
b. Retencin del Agua
La retencin de agua en el follaje demora o modifica el ciclo hidrolgico en el momento de una
lluvia. Este fenmeno disminuye la racha de agua de escorrenta, disminuyendo su poder erosivo
pero puede aumentar la racha de infiltracin. La retencin de agua en el follaje depende del tipo
de vegetacin, sus caractersticas y la intensidad de la lluvia.
Los rboles de mayor volumen o densidad de follaje, retrasan ms el ciclo hidrolgico en razn
a que retienen por mayor tiempo las gotas de lluvia.
En el caso de las lluvias muy intensas la retencin de agua es mnima, pero en el caso de lluvias
moderadas a ligeras, la retencin puede ser hasta de un 30%, dependiendo de las caractersticas
de la vegetacin, sugirieron que el clima determina el efecto relativo de la vegetacin para
prevenir deslizamientos en los climas en los cuales la precipitacin es muy grande, el efecto de
la cobertura vegetal sobre la estabilidad es mnimo y en reas de clima rido la cobertura vegetal
puede afectar en forma significativa la ocurrencia de deslizamientos.
c. Evapotranspiracin
Las races absorben humedad del suelo, la cual es transmitida a la atmsfera por
evapotranspiracin. La evapotranspiracin incluye el efecto combinado de evaporacin de la
humedad de la corteza terrestre por extraccin, a travs de las races y la transpiracin por el
follaje.
Su efecto es una disminucin de la humedad en el suelo. Cada tipo de vegetacin en un
determinado tipo de suelo, tiene un determinado potencial de evapotranspiracin y se obtienegeneralmente, una humedad de equilibrio dependiendo de la disponibilidad de agua lluvia y
nivel fretico.
En climas tropicales los volmenes de evapotranspiracin son generalmente, mayores que en
zonas con estaciones, debido a que la temperatura ayuda en el proceso de evapotranspiracin.
La evapotranspiracin profundiza los niveles de aguas freticas y al mismo tiempo puede
producir asentamientos de suelos arcillosos blandos y agrietamientos por desecacin.
El rea de influencia depende de la extensin y profundidad del sistema radicular. Durante un
da soleado un eucalipto puede extraer del suelo hasta 500 litros de agua y un pasto hasta un
litro por metro cuadrado. Los rboles espaciados cercanamente y las hierbas extraen ms aguaque los pastos.
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La clave desde el punto de vista de ingeniera es determinar la humedad mxima y el nivel
fretico crtico para un talud determinado, teniendo en cuenta el efecto de la vegetacin.
Los valores de la tabla 2.0 - Corresponden a la evapotranspiracin, suponiendo la disponibilidad
permanente de agua. Generalmente la evapotranspiracin real es muy inferior a la terica,
debido a que comnmente la disponibilidad de agua en el suelo para evapotranspiracin esinferior a la capacidad de las plantas
Especie Et/ Eo
Eucalipto 1.5
Arroz 1.35
Palma de aceite 1.2
Cacao 1.0
Bosques 0.9
Ficus 0.9
Pastos 0.8
Papa 0.7
Caa deaz
car 0.73
Banano o pltano 0.70
Maz 0.67
Algodn 0.63
Caf 0.5
TABLA 2 - Relaciones de R para diferentes especies vegetales
d. Acumulacin de agua
El agua acumulada en el follaje retrasa el flujo y disminuye el potencial de avenidas torrenciales.
La cantidad de lluvia acumulada por la vegetacin depende especialmente de la densidad
interna del follaje medida por el total de rea de hojas por rea nominal (Tabla 3.).
Generalmente el volumen de agua acumulada llega a un mximo y a partir de ese momento el
follaje no tiene capacidad para acumular ms agua.
Especie vegetalAltura de lluvia
acumulada (mm)
Pastos bajos 1
Pastos altos 2
Bosques tropicales 2.5
Bosques poco densos 0.5
Bosque de conferas 1
Caa de azcar 0.6
Maz 0.8
Tabaco 1.8
TABLA 3 - Volumen promedio de agua acumulada para diferentes especies vegetales
e. Drenaje por el Follaje
Parcialmente la lluvia interceptada es transportada hasta el suelo por el follaje especialmente
en los pastos de hoja ancha. El agua interceptada se transporta a lo largo de las hojas
concentrndose en el pie de la planta. Para que este flujo ocurra se requiere que las hojas tengan
una pendiente entre 30 y 70 situacin muy comn en los pastos de alturas medianas. Se
deben esperar grandes caudales de drenaje por el follaje en las plantas con una arquitectura de
follaje con hojas que parten directamente desde el pie de la planta. Este drenaje disminuye la
energa de impacto de la lluvia sobre el suelo, disminuyendo la erosin. Las plantas altas y lospastos de hoja muy delgada tienen una menor capacidad de drenaje por el follaje.
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3.1.2. EFECTOS DE REFUERZO DEL SUELO
1. Las races y el follaje aslan el suelo de las fuerzas de traccin directa ocasionadas por el
flujo del agua de escorrenta.
2. Las races refuerzan el suelo aumentando la resistencia al corte (Friccin y Cohesin) y
la resistencia a las fuerzas de erosin.
3. Las races (de rboles) anclan el suelo o estratos ms profundos, creando fuerzas
resistentes al deslizamiento (Figura 1.0.)
4. Entre el sistema de races de cada rbol y los contiguos se forman efectos de arco que
ayudan en la estabilidad de la masa de suelo (Figura 2.0.)
5. Las races forman una red densa entretejida en los primeros 30 a 50 centmetros de
suelo, y esta red forma una membrana lateral que tiende a reforzar la masa de suelo
ms superficial y sostenerla en el sitio.
Sistemas de anclaje por las races
Tsukamoto y Kusakabe (1984), presentaron una clasificacin de refuerzo de taludes con las
races de los rboles (Figura 5.0. y tabla 4.0).
Tipo de Vegetacin (mm) Indice de retardanza CI n de Manning
Pasto muy alto (h > 600) 10.0 0.06 a 0.20
Pasto alto (h de 250 a 600) 7.6 0.04 a 0.15
Pasto medio (de 150 a 200) 5.6 0.03 a 0.08
Pasto corto (de 50 a 150) 4.4 0.03 a 0.06
Pasto muy corto (h < 50) 2.9 0.02 a 0.04
TABLA 4 - Valores del coeficiente de Manning n para diferentes tipos de vegetacin (Temple, 1982).
FIGURA 1.0 - Efecto estabilizante de las races contra deslizamientos de tierra
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FIGURA 2.0. Efecto de arco de las races de los rboles
FIGURA 3.0 - Efectos de la vegetacin sobre la estabilidad de un talud
TIPO A: Taludes que poseen una capa muy delgada de suelo sobre la roca masiva y sin defectosque permitan puntos de anclaje para las races y se forma una superficie de falla potencial entreel suelo y la roca. El efecto estabilizante es muy pequeo.
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TIPO B: Una capa delgada de suelo sobre una roca con fracturas o defectos que permiten laentrada y anclaje de las races. Las races penetran por las fisuras de la roca y se genera unefecto estabilizante muy importante.
TIPO C: Varias capas de suelo, o suelo-saprolito-roca y las races penetran normalmente las
interfaces reforzando los contactos entre las diversas capas.
TIPO D: Taludes con una capa gruesa de suelo y races a profundidades superiores a las de lassuperficies potenciales de falla. En este tipo de perfil la vegetacin no logra efectosestabilizantes a profundidad.
Tipo DescripcinEfecto
estabilizante
A Manto delgado de suelo sobre roca masiva no penetrable por las
races
Muy
pequeo
B Manto delgado de suelo sobre roca discontinua o fracturada
penetrable por las races
Grande
C Manto del gado de suelo sobre zona de transicin o saprolito Grande
D Manto muy grueso de suelo Pequeo
FIGURA 4. Efectos de los esfuerzos
del flujo de agua sobre una
cobertura de pastos
FIGURA 5.
Tipos de
anclaje de
las races
(Tsukamoto
y Kusakabe
1984).
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3.1.3. EFECTOS DE LA DEFORESTACIN
Los efectos de la deforestacin sobre la estabilidad de los taludes pueden no ser inmediatos.
Inicialmente se produce un cambio hidrolgico y un aumento de la erosin superficial, pero los
efectos desastrosos se observan, cuando la infraestructura radicular original se descompone,
generalmente entre 2 a 5 aos despus de la deforestacin.
Bache (1984), report que en rboles de races profundas a los 30 meses despus de la
deforestacin, la resistencia a la tensin de las races disminuy entre
65 y 86% dependiendo de la superficie. Las races ms pequeas son las que tienen mayor
resistencia a la tensin y al arrancamiento son las primeras en descomponerse. La rapidez con
que se descompone depende de la especie de rbol y de las condiciones del sitio y del suelo.
De acuerdo con Watson (1995), la tensin en el proceso de descomposicin puede determinarse
por la expresin:
Trt = Tensin de las races un tiempo t despus de cortado
Tr0 = Tensin de las races con el rbol vivo
b = Probabilidad de descomposicin
t = Tiempo desde el momento del corte
Las rachas de deforestacin en los pases tropicales son muy altas y son muy escasos los
programas de recuperacin de estas reas.
Si la vegetacin de raz profunda es removida, se reducen las tensiones capilares y se eleva el
nivel de agua fretica dentro del talud.
3.1.4. LA VEGETACIN Y LA EROSIN
Un bosque denso suministra virtualmente una proteccin completa al suelo contra la erosin
(Tabla 4.0). El follaje impide la erosin por la lluvia y demora la escorrenta, disminuyendo las
velocidades y caudales. La acumulacin de residuos vegetales forma un colchn protector
muy eficiente y la cobertura de las races evita la formacin de crcavas y profundizacin de
los cauces de las caadas. La tala de un bosque desestabiliza el equilibrio existente y se puede
producir un proceso acelerado de erosin de caractersticas catastrficas especialmente en
reas de montaa.
Vegetacin Erosin Relativa
Bosques densos 1
Pastos altos 1
Pastos bajos 5 10
Arbustos (caf) 10 20
Cultivos limpios
(papa maz)
100
TABLA 4.0 - Erosin relativa de acuerdo a la vegetacin
El pasto alto (tipo elefante o similar) evita completamente la erosin por las gotas de lluvia,
retarda el flujo y evita la erosin laminar. Las races profundas eliminan las crcavas y surcos.
Por sta razn por el control de erosin cada da se utilizan ms las especies de altura
considerable.
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3.2. ESTRUCTURAS DE CONTROL PARA EL DRENAJE TRANSVERSAL Y
LONGITUDINAL3.2.1. ZANJAS DE DRENAJE EN LADERAS
Zanjas de talud.- Se ejecutan siguiendo la pendiente del talud, discurriendo el agua porgravedad.
Aplicacin.- Se recomienda cuando las superficies de deslizamiento se encuentran a poca
profundidad.
Zanjas horizontales.- Se ejecutan de manera perpendicular a la pendiente de la ladera con
la finalidad de que el agua de la napa fretica discurra lateralmente por gravedad, a la
superficie, mediante una tubera perforada colocada en el fondo, se usa cuando la napa
fretica se encuentra en el rango de 2 a 4m
3.2.2. DRENES HORIZONTALES
Los drenes horizontales de penetracin transversal constituyen un sistema de subdrenaje, que
consiste en la introduccin de tuberas ranuradas insertadas transversalmente en los taludes
de cortes y eventualmente en terraplenes, para aliviar la presin de poros.
Los drenes californianos son perforaciones de pequeo dimetro y gran longitud en relacin
con su dimetro efectuadas en el interior del terreno natural o de rellenos, dentro de las
cules se colocan generalmente tubos, que en la mayora de los casos, sern ranurados o
perforados.
El objetivo principal de un tratamiento mediante drenes californianos es el de reducir las
presiones intersticiales de una zona determinada, agotar una bolsa de agua o rebajar el nivel
fretico.
DRENES HORIZONTALES O DE PENETRACION
Un dren horizontal o sub dren de penetracin consiste en una tubera perforada colocada a
travs de una masa de suelo mediante una perforacin profunda sub horizontal o ligeramente
inclinada, con la cual se busca abatir el nivel fretico hasta un nivel que incremente la
estabilidad del talud (Figura 13.17).
Tubos de Drenaje
Zanjas conrelleno parael drenaje
NivelFretico
Figura 6. Perfil
transversal de
Zanjas
Longitudinales
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La principal ventaja de los drenes horizontales es que son rpidos y simples de instalar y se
puede obtener un aumento importante del factor de seguridad del talud en muy poco tiempo.
El dimetro de las perforaciones es de aproximadamente 3 a 4 pulgadas dentro de las cuales se
colocan tuberas perforadas. Los tubos utilizados son metlicos, de polietileno o PVC. ,
generalmente en dimetros 2 3, aunque en ocasiones se emplea otro tipo de dimetro. Latubera se puede perforar con agujeros circulares o ranurar en sentido transversal. Los orificios
de la tubera se hacen generalmente, en dimetros de 5 a 1.5 milmetros con una densidad de
15 a 30 agujeros por metro de tubera. En ocasiones los sub drenes se disean para que
recolecten agua solamente en el sector cercano a la punta interior y se inyecta con un
impermeabilizante, la longitud restante de tubo (Figura 13.18). En esta forma se impide que el
agua captada se re infiltre nuevamente en la trayectoria de salida.
Figura 7 - Esquema general de colocacin de un sub dren de penetracin.
Figura 8 - Sub dren de penetracin diseado para captar solamente en la punta interior.
La longitud de los drenes depende de las necesidades de drenaje. Comnmente sus longitudes
varan de 10 a 40 metros, pero se conoce de drenes instalados de hasta 120 metros de longitud.
En general, la longitud requerida puede ser determinada dibujando una seccin del talud con su
probable crculo de falla superpuesto sobre una seccin geolgica, en la cual se podrn observar
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los acuferos y corrientes de agua presentes. Los drenes deben instalarse de tal manera que
abata o se elimine el nivel de agua o la saturacin por encima de la superficie potencial de falla.
Las perforaciones se realizan a inclinaciones de 5% al 20% de pendiente de inicio, pero a medida
que avanza la perforacin el peso de la tubera hace que esta se deflecte y poco a poco va
disminuyendo est pendiente. Un dren de 60 metros de longitud puede quedar hasta dosmetros por debajo del nivel de dren propuesto terico. Despus de nivelar el equipo se le da la
inclinacin y direccin al dren de acuerdo a los datos del estudio geotcnico previo y se inicia la
perforacin.
Como usualmente este tipo de subdrenaje se realiza en suelos blandos, se requiere emplear una
tubera de revestimiento para su perforacin, as ocurre con frecuencia la falla de las paredes
del filtro y en ocasiones se dificulta la colocacin de la tubera de filtro. En los 3 a 6 metros ms
cercanos al borde del talud se debe emplear tubera no perforada y si es necesario se ancla en
concreto 1.0 a 2.0 metros de tubera.
En Mxico se ha empleado un tipo de subdren horizontal sin tubera, en el cual la perforacin serellena con material granular filtrante. En este caso se trabaja con perforaciones hasta de 6 de
dimetro y se requiere un sistema de control superficial para evitar la salida de las arenas del
subdren.
a. APLICACIN DE LOS DRENES HORIZONTALES
Sistema de drenaje para evacuar el agua de escorrenta y la existente en la capa fretica. Se
realizan zanjas de recogida de agua en coronacin de talud y en su pie y pozos profundos con
conexin horizontal entre ellos en profundidad para aumentar la eficacia del drenaje. Tambin
se disponen drenes californianos sub horizontales para evacuar el agua del interior.
b. UBICACIN
Se determinara en funcin a la naturaleza de los terrenos atravesados, para lo que debern
tenerse en cuenta sus condiciones hidrogeolgicas. Buena parte del xito de este tratamiento
depende del acierto en su disposicin, por lo que el conocimiento de la estructura geolgica enla que se perforen resulta de capital importancia.
Figura 9.
Perforacin e
Instalacin de
los drenesCalifornianos
u Horizontales
en la ladera
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c. PERFORACION
La inclinacin de la perforacin, descendente hacia el talud, ser como minimo del 3%.
La perforacin de los drenes californianos simultneamente a la excavacin de los desmontes,
sobre todo en parmetros de altura superior al rango de maniobra de la maquinaria habitualpara este tipo de trabajos, puede simplificar su ejecucin y mejorar las condiciones de drenaje
durante la propia excavacin.
d. TUBOS
En general los drenes californianos se proyectaran con tubos en su interior, metlicos o plsticos
PVC, perforados o ranurados, con dimetro mnimo 5 cm. Las ranuras u orificios debern
disponerse a lo largo de aquellas zonas del tubo que, tras su ubicacin en el interior del terreno,
supongan captacin de agua, si bien normalmente podrn admitirse longitudes mayores de
estas zonas con orificios o ranuras.
e. AGUAS CAPTADAS
Los caudales y el tiempo durante el que los drenes californianos aporten agua, dependern de
volmenes y condiciones de recarga de las zonas drenadas, as como la permeabilidad de los
materiales en cuestin. Cuando se dispongan como drenaje de materiales de baja
permeabilidad, de alto alivio de presiones pueden implicar un periodo de tiempo prolongado,
normalmente de varios meses, siendo el caudal evacuado escaso.
El agua procedente de los drenes californianos deber canalizarse adecuadamente, de manera
que no afecte a los taludes o superficies por las que escurran las aguas captadas, proyectando
en caso necesario tubos o bajantes conectadas a cunetas u otros elementos del drenaje
superficial.
f. Equipos De Perforacin De Sub Drenes Horizontales
El rendimiento de las perforaciones depende del equipo que se est empleando y del tipo de
material. En condiciones ideales se pueden tener rendimientos hasta de 50 metros/da, pero
habitualmente el rendimiento est por debajo de los 10 metros/da. Entre los equipos de
perforacin utilizados para la construccin de sub drenes horizontales se pueden mencionar los
siguientes:
1. Equipo Ha roto percusinEs tal vez el ms rpido y eficiente debido a que emplea sistemas de rotacin y percusin, perosu empleo es limitado por su costo y por la necesidad de ubicacin de grandes compresores de
aire cerca al sitio de perforacin. Es el equipo ideal para sub drenes profundos.
2. Equipo a rotacin HidrulicaGeneralmente, se emplean los mismos equipos que se usan para perforaciones verticales y
muestreo de suelos. Comnmente estn montadas sobre patines. Su rendimiento no es grande
pero es el sistema ms frecuentemente empleado por su disponibilidad y facilidad de
transporte.
3. Equipo a Rotacin simple (Auger)Este sistema es sencillo pero su uso est limitado a sub drenes poco profundos.
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4. Equipo a percusinSe le emplea en materiales blandos y tiene el inconveniente de la dificultad para mantener una
pendiente, especialmente cuando encuentra cantos o rocas duras.
El equipo que se utilice para la instalacin de drenes de penetracin transversal, ser eladecuado para obtener la calidad especificada en el proyecto y en cantidad suficiente para
producir el rendimiento establecido en el programa de trabajo, siendo responsabilidad del
Constructor su seleccin pero deber contar con la aprobacin del Interventor. Dicho equipo
deber ser mantenido en ptimas condiciones de operacin durante el tiempo que dure la obra
y ser operado por personal capacitado. Si durante la ejecucin del trabajo y a juicio del
Interventor, el equipo presenta deficiencias o no produce los resultados esperados, se
suspender inmediatamente el trabajo en tanto que el Constructor corrija las deficiencias, lo
reemplace o sustituya al operador. Los atrasos en el programa de ejecucin, que por este motivo
se ocasionen, sern imputables exclusivamente al Constructor.
El equipo deber ser el adecuado para perforar barrenos en cualquier direccin y en profundidadhasta de treinta (30) metros. Podr ser equipo ligero rotatorio o a percusin con martinete en
el frente (down the hole), que permita obtener perforaciones con dimetros de cincuenta
milmetros (50 mm) a ciento cincuenta milmetros (150 mm), en suelo o en roca.
Las plataformas contaran con canastillas telescpicas, de accionamiento hidrulico o neumtico,
cuya versatilidad de movimientos permitan acercar y retirar el equipo, materiales y personal
para la perforacin e instalacin de los drenes de penetracin transversal.
g. Diseo de Sub drenes de penetracin
Para la ubicacin de los drenes se recomienda hacer previamente un estudio geotcnico para
determinar las caractersticas del rgimen de aguas subterrneas.
Es importante la ubicacin de piezmetros abiertos de control que permiten medir el
abatimiento del nivel de agua y le dan al Ingeniero informacin sobre la necesidad o no de
colocar ms sub drenes.
Se requiere ubicar el dren en una cota, de tal forma que la cabeza de agua sea suficiente, que
est preferiblemente por debajo de la zona fallada y debe chequearse que est ubicado dentro
del acufero. Es comn encontrar drenes que no trabajan por estar colocados por debajo del
fondo de un acufero suspendido. Adicionalmente, la pendiente debe ser tal que al profundizar
el dren no suba a cotas arriba de la lnea de nivel de agua. Estos problemas se pueden evitar con
un estudio geotcnico muy completo previo a la colocacin de los sub drenes.
Existen algunas metodologas de diseo para determinar el espaciamiento entre drenes entre
los cuales se encuentran los mtodos de Choi (1977), Prellwitz (1978), Kenney (1977). Sin
embargo, estas metodologas tienen poca aplicabilidad por cuanto no tienen en cuenta los
parmetros geolgicos y tratan el suelo como un elemento homogneo. El procedimiento de
Kenney utiliza cuatro situaciones diferentes. En los dibujos de las figuras 13.19 y 13.20 las lneas
punteadas representan una familia de drenaje que tiene el mismo valor de L, donde L = Longitud
total del dren / Ancho total del talud.
Otro de los sistemas utilizados para calcular el espaciamiento o separacin entre subdrenes es
la frmula de Kozeny:
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S = 2 h K/q
Dnde:
S = Separacin entre drenesh = Altura del nivel fretico por encima del nivel de los drenesK = Permeabilidad de la formacinq = Caudal unitario del sub dren.
La aplicabilidad de esta frmula no es muy confiable en todos los casos y comnmente se hace
la ubicacin con base en experiencias anteriores en el mismo material o a la monitoria
permanente de piezmetros, durante la instalacin de sub drenes.
Otro procedimiento consiste en colocar una hilera de sub drenes a un espaciamiento
predeterminado y colocar drenes intermedios adicionales, de acuerdo al comportamiento de los
niveles freticos en el talud. Como espaciamiento inicial generalmente, se recomienda la mitad
de la longitud total de cada dren.
3.2.3. GEOCOMPUESTOS DRENANTES
Un geocompuesto de drenaje consiste en la combinacin de geotextil y geored, combinando las
cualidades ms sobresalientes de cada material, de tal manera que se resuelva en forma ptima
la captacin y conduccin de fluidos. La geored es un geosinttico especialmente diseado para
la conduccin de fluidos, el cual es fabricado con un material resistente a los factores trmicos,
qumicos y biolgicos presentes en el suelo y que podran llegar a afectar la integridad y
desempeo de la estructura. La geored es un sistema romboidal formado por tendones
sobrepuestos conectados entre s, que forman canales de elevada capacidad drenante, tiles en
aplicaciones de ingeniera geotcnica, ambiental, hidrulica y de transporte. El geotextil
empleado para la fabricacin de geocompuestos de drenaje es el No Tejido punzonado por
agujas; ya que dentro del sistema cumple la funcin de filtro para retener el suelo y dejar pasar
el agua que posteriormente ser conducido por la geored.
Figura 10. Comparativa entre el dren Francs y Dren de geocompuesto
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a. Descripcin
Esta partida comprender la provisin del material y la ejecucin de todos los trabajos
necesarios para la colocacin geocompuestos para pantallas drenantes para lograr el drenaje de
la parte trasera de los estribos y en las estructuras en que el Supervisor ordene su utilizacin.
Estos trabajos se ejecutarn de acuerdo a lo indicado en los planos, en las especificaciones y a
lo que ordene el Supervisor.
b. Materiales
El geocompuesto deber ser liviano y flexible. Este producto estar formado por asociacin de
tres geosintticos. Los geosintticos que conforman el geocompuesto de drenaje se describen a
continuacin.
c. Ncleo Drenante
El ncleo drenante deber ser formado por una geomanta tridimensional, fabricada con
filamentos gruesos de polipropileno entrelazados, formando una estructura tridimensional que
posee 90% de vacos.
d. Filtro
El filtro ser un geotextil no tejido de fibras sintticas de polister, el cual estar termo soldada
a los hilos de la geomanta, en los puntos en contacto directo con este. El filtro geotextil deber
estar conforme a los requerimientos de la siguiente tabla:
Propiedades Hidrulicas GeotextilAbertura defiltracin
Mm AFNOR G 38017 0,145
Permisividad s-1 ASTM D 4491 1,51
Permeabilidad cm/s ASTM D 4491 1,1 x 10-1
Propiedades Mecnicas
DireccinLongitudinal
Direccintransversal
Resistencia a latraccin
KN/mASTM D 4595
5.20 2.90
Deformacin a larotura
%ASTM D 4595
37.30 36.20
Punzonamiento NASTM D 4833
602.00
Caractersticas Fsicas
Espesor MmASTM D 5199
0.7
Gramaje g/m2ASTM D 5261
100
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e. Lmina Impermeable
Una de las caras est compuesta por un Laminado de Polipropileno, capaz estar en contacto
directo con mortero o concreto fresco. Este laminado debe cumplir las siguientes caractersticas:
Propiedades HidrulicasLaminado dePolipropileno
Abertura defiltracin
Mm AFNOR G 38017 0,145
Permisividad s-1 ASTM D 4491 1,51
Permeabilidad cm/s ASTM D 4491 1,1 x 10-1
Propiedades Mecnicas
DireccinLongitudinal
Direccintransversal
Resistencia a latraccin
KN/mASTM D 4595
5.50 3.00
Deformacin a larotura
%ASTM D 4595
52.00 50.00
Caractersticas Fsicas
Espesor mmASTM D 5199
0.15
Gramaje g/m2ASTM D 5261
135
f. Geocompuesto para malla drenante
Las propiedades mecnicas y fsicas del geocompuesto para la malla drenante, debern estar
conforme a los requerimientos de la siguiente tabla:
Propiedades Mecnicas Geocompuesto
Direccinlongitudinal
Direccintransversal
Resistenciaa la traccin
KN/m ASTM D
4595
14.00 8.00
Deformacin a la rotura
% ASTM D4595
30.00 30.00
Caractersticas Fsicas
Espesor mm ASTM D5199
11.0
Gramaje g/m2 ASTM D5261
750
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La capacidad de flujo del geocompuesto deber estar conforme a los requerimientos de la
siguiente tabla:
g. Capacidad de flujo (l.s/m)
h. Instalacin
Los rollos de geocompuesto debern ser provistos con una envoltura para proteccin contra la
humedad y la exposicin a los rayos ultravioleta antes de su colocacin. Los rollos debern ser
almacenados de tal modo de protegerlos de estos elementos. Si son almacenados a la
intemperie, debern colocarse elevados y protegidos con una cobertura impermeabilizante. En
ningn momento el geocompuesto de drenaje deber estar expuesto a los rayos ultravioletas
por un perodo que exceda los 14 das.
El contratista deber manipular los rollos de geocompuesto, de forma segura para que no sean
daados. El rea de instalacin deber ser preparada perfilndola y dejndola libre de
obstrucciones que puedan daar el geocompuesto. No se deber permitir la presencia depiedras, vegetacin, races, excesivo polvo o humedad en el geocompuesto. El contratista no
deber operar ningn equipo directamente sobre el geocompuesto.
El geocompuesto de drenaje deber ser desenrollado tan suavemente como fuera posible sobre
la superficie limpia, libre de arrugas y pliegues. Puede ser instalado en su sentido longitudinal o
transversal. Los mtodos de fijacin pueden ser a travs de pines o con pegamento. El
geocompuesto de drenaje y la tubera perforada sern colocados como se detallan en los planos
y bajo la aprobacin del supervisor.
En los extremos de los tubos perforados se colocar un tubo dren PVC de 200mm de dimetro,
que cruce el estribo o muro desde el trasds hacia el intrads, de manera de eliminar el agua.
Durante la construccin, se deber tener cuidado en evitar la contaminacin del geocompuesto
de drenaje con suelo u otro material. El geocompuesto de drenaje debe ser colocado suelto y
no excesivamente tenso. Para colocarlo en ntimo contacto con el suelo, debe tenerse cuidado
de no dejar espacios vacos entre el geotextil y el suelo subyacente. Los geocompuestos de
drenaje adyacentes debern ser cosidos o traslapados, el traslape ser como mnimo 10 cm.
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IV. DESARROLLO DE LA ALTERNATIVA EMPLEADA
4.1. DESCRIPCINUna andenera viva - trincheras de control se construye con plantas vivas y materiales locales.
Una presa de control de este tipo es porosa y su principal objetivo es reducir la pendiente
efectiva en una fisura o crcava y as disminuir la velocidad del agua.
Funcin
Atrapa - El sedimento que baja por una crcava o fisura
Retiene- El material erosionado que se deposita detrs de la presa de control
Refuerza El costado de la fisura o crcava
Drena Protege Mejora
Usos de ingeniera
Impedir que las fisuras se conviertan en grandes crcavas
Reparar pequeas crcavas con una profundidad mxima de 1 m y un ancho mximo
de 2 m.
Minimizar la cantidad de material erosionado de fisuras y crcavas que llega a un sitio
de
disposicin de escombros y que de otra manera entrara en los canales de desage
naturales.
Fortalecer canales de drenaje naturales en alcantarillas y sitios de descarga de las
cunetas.
4.2. MATERIALES
- Estacas de madera dura de 1 a 2 metros de largo y 60120 mm de dimetro de, por
ejemplo, Gliricidia sepium (Madero negro) y Eritrina corallodendrum (Elequeme).
- Tallos largos de Pennisetum purpureum (pasto elefante) para presas de control
livianas y pequeas Bambusa vulgaris (Bamb) tallos de 2 - 3 aos
- Pastos robustos, como Vetiveria zizanioides (vetiver), con races fibrosas para reforzar
los costados de las crcavas
- Maleza y piedras angulares para rellenar.
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4.3. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO ALTERNATIVA TENTATIVA4.3.1. ESQUEMA
1. Recorte los taludes de lacrcava si son demasiado empinados.
Cualquier exceso de material suelto que
quede, btelo aguas arriba de la presa
de control.
2. Prepare fardos de 4 o 5 estacasde madera dura, alternando las estacas
de manera que los extremos inferiores
de algunas de las estacas queden
adyacentes al extremo superior de
otros.
3. Coloque el fardo de estacas enel costado de la crcava a una
profundidad de 1.5 a 2 m y compacte el
material alrededor del fardo.
4. Asegrese de que haya un buencontacto entre las estacas y el lecho de
la crcava ya que es all donde se
desarrollar la raz de refuerzo.
5. Asegrese de el centro de lapresa de control est ms abajo que los
costados. Esto asegurar que el reflujose canalice por el centro de la crcava lo
que evitar socavacin en los costados.
6. Antes de rellenar el rea detrs de lapresa, se procede a colocar el
geocompuesto para una adecuado
proceso de drenaje como tambin los
drenes horizontales separados cada uno de
entre 3 a 5 m cometidos con un ngulo de
inclinacin de 45 grados como mximo.
7. Rellene el rea detrs de la presacon maleza local y piedras angulares.
Siembre retoos o esquejes aguas arriba
de los costados de la crcava.
8. Calcule la distancia entre las presasde control (dependiendo de la pendiente del
lecho de la crcava y los niveles de erosin.
Donde la erosin constituya un problema,
las presas se pueden colocar en una crcava
a intervalos de 2-3 metros. Es preferible
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colocar numerosas presas pequeas y no unas pocas presas grandes.
4.3.2. Especies
Bambusa vulgaris (Bamb), Gliricidia sepium (madero
negro), Pennisetum purpureum (pasto elefante), Vetiveriazizanioides (pasto vetiver), Erythrina corallodendrum
(Elequeme).
4.3.3. Variaciones o combinaciones
En una andenera viva de control se pueden utilizar
recortes de diferentes especies
La vegetacin se puede utilizar en combinacin con
presas de control hechas con gaviones o
mampostera para proteger las paredes laterales y
los costados de las crcavas.
En crcavas ms anchas, se puede utilizar alambre
galvanizado para ayudar a amarrar las ramas
verticales y horizontales.
4.4. PROCEDIMIENTO DE LA FABRICACIN DE LA PROPUESTA A ESCALA
PASO 1:Se dio la forma a escala 1/100 las dimensiones de la maqueta hecha con cristal templado de6mm.
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PASO 2:Para la base, se us material afirmado y
piedras, antes se coloc tecnoport sobre la
base del cristal, para disminuir el peso.
PASO 3:Como material de base se us tierra
seleccionada y piedras, para darle la forma
de estratos, tanto en la base de la carretera
como en el talud.
PASO 4:Se coloc una geomalla sobre el talud
mantener el suelo sujetado y evitar el
deslizamiento de masas de suelo y el
lavado de los suelos f
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